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L'énergie osmotique

Publié le 05/08/22, par Perrine

L’énergie osmotique fait partie des énergies marines, elle permet de produire de l’électricité à partir de la pression effectuée par la différence entre l’eau de mer et l’eau douce des fleuves. Cette énergie pourrait couvrir un tiers de nos besoins énergétiques dans l’avenir.

La première centrale osmotique a été mise en service en novembre 2009 par la société Statkraft Energi à Hurum, près d'Oslo. Le budget de Recherche & Développement (R&D) est estimé à 1.4 millions 'euros (soit 11 millions de couronnes norvégiennes) pour cette centrale.

L’énergie osmotique à quoi ça sert ?

Une centrale osmotique est capable de produire de l’électricité à partir du mouvement chimique entre l’eau de mer et l’eau douce des fleuves lorsqu’elles se rencontrent. On appelle ce mouvement l’osmose.

Cette technologie est très prometteuse puisqu’elle peut être produite partout à l’embouchure des fleuves. Elle pourrait produire 1700 TWh d’électricité par an au niveau mondial. Et pas, contrairement à l'énergie solaire ou éolienne, cette énergie renouvelable peut produire de l'électricité en continu. Elle répond aux besoins de base du réseau électrique au même titre que l'hydroélectricité.

27 000 TWH D'ÉNERGIE OSMOTIQUE SONT GÉNÉRÉS ANNUELLEMENT À TRAVERS LE MONDE NATURELLEMENT SANS ÊTRE EXPLOITÉE, C'EST L'ÉQUIVALENT DE LA DEMANDE MONDIALE ACTUELLE EN ÉLECTRICITÉ.

Comment fonctionne cette énergie renouvelable ?

La production de l'énergie osmotique passe par plusieurs étapes. Le processus est simple :

  • l’eau douce et l’eau de mer sont pompées dans leur milieu naturel
  • l’eau de mer est filtrée puis mise dans un échangeur de pression pour être pressurisée
  • 80 à 90% de l'eau douce traversent la membrane semi-perméable, ce qui provoque une surpression dans le bassin d'eau salée et donc augmente le débit
  • un tiers du mélange des deux eaux est transféré dans une turbine pour y produire de l’électricité, le reste est acheminé dans l’échangeur de pression pour pressuriser à nouveau l’eau de mer pompée

Pour vous donner un exemple, d'après les résultats de Statkraft, un mélange d'eau douce et d'eau salée d'une masse volumique totale de 1010 kg/m3, permettrait à la turbine hydraulique d'atteindre une puissance de 2 MWh. Cette puissance est l'équivalent de l'énergie produite par une chute d'eau de 270 mètres.

Les avantages de l’énergie osmotique ✔

Une centrale osmotique à de nombreux avantages, comme le fait qu'elle soit considérée comme une énergie "bleu" car son exploitation est très intéressante :

  • l'eau douce et l'eau de mer sont très simples à obtenir car la planète est recouverte à 70% d'eau et les embouchures des fleuves où l'eau douce et l'eau de mer se rencontrent se compte par milliers.
  • la production de cette électricité ne rejette pas de CO², ni aucun gaz polluant ou matière radioactive.
  • l’énergie ne dépend pas du climat ou des conditions météorologiques
  • les centrales osmotiques demandent peu d’aménagements des estuaires, contrairement à un barrage hydraulique et elles sont très silencieuses.
  • les centrales sont capables de fonctionner 8000 heures par an, ce qui est 3 voire 4 fois plus qu’une éolienne.

Les inconvénients de l'énergie osmotique ❌

Mais cette énergie renouvelable possède aussi quelques inconvénients, due au fait qu'elle ne soit pas encore assez répandue car elle reste au stade de l'innovation en matière d'énergie verte, et au fait qu'il reste encore des étude à faire au niveau matériel :

  • la production des membranes à grande échelle n’est pas encore possible et est très chère. Des milliers de mètres-carrés de membrane sont nécessaires pour produire de l’électricité,
  • les zones pour implanter les centrales sont déjà très urbanisées ou industrialisées
  • le rendement est limité par le manque de performance des membranes et les investisseurs ne sont pas attirés.

Comment l'énergie osmotique produit-elle de l'électricité ?

Il existe différentes techniques pour produire de l’électricité à partir de cette énergie :

L'osmose à pression retardée ⚡

L’osmose à pression retardée est une technique qui nécessite deux bassins séparés par la membrane semi-perméable. Dans un des bassins se trouve de l’eau douce et dans l’autre se trouve de l’eau salée. Les molécules d’eau douce qui traversent la membrane augmentent la pression dans le bassin d’eau salée, cette eau sous pression est envoyée dans une turbine qui fabrique l’électricité.

L'électrodialyse inverse 🔄

Cette technique repose sur la composition de l’eau salée. L’électrodialyse inverse nécessite aussi deux bassins séparés d’une membrane, c’est lors de la migration des ions que les solutions se chargent et produisent du courant électrique.

Pour faire face à la faible performance de la membrane, des chercheurs ont mis au point avec succès une membrane avec une épaisseur de 3 atomes. L’avantage de cette technologie c’est qu’elle fait ses preuves, mais aucune centrale ne compte utiliser cette technique faute d’investissements.

Les enjeux des centrales osmotiques

Écosystèmes et biodiversité 🌍

Les différents écosystèmes aquatiques à l'embouchure des rivières, dans les deltas et les estuaires, sont des milieux fragiles. C'est pourquoi il est important de connaître les impacts potentiels d'une centrale osmotique :

  • l'érosion des berges et les glissements de terrain
  • les déplacements des sédiments, l'augmentation de la turbidité et la compaction du sol
  • la qualité de l'eau suite aux déversements des produits de nettoyage
  • la modification des débits et de la direction des courants

Quel est le coût et le rendement de cette énergie renouvelable 💰

A l'heure d'aujourd'hui, le rendement des centrales osmotiques est le frein principal au développement et à l'épanouissement de cette énergie marine. Cette technologie engendre des coûts de production très importants, en partie dûs au nettoyage des membranes semi-perméables. C'est justement sur ce point que les scientifiques internationaux, ainsi que les chercheurs français, concentrent tous leurs efforts.

Développement durable 🍃

Pour une centrale osmotique, les impacts environnementaux et sociaux sont principalement basés sur l'entretien de celle-ci. Les impacts sont les mêmes que pour ceux d'une usine de traitement d'eau avec membrane, qui eux sont plutôt bien documentés :

Ampoule électrique avec une jeune pousse à l'intérieur pour représenter le développement durable
  • modification de l'habitat et de la végétation qui peut affecter la faune aquatique, car en rejetant de l'eau de façon régulière et en grande quantité, cela peut changer le mélange naturel d'eau
  • effets des produits de nettoyage
  • création de matières résiduelles humides (boue et membrane usée)
  • modification du milieu d'accueil avec la création d'une digue ou d'un bassin pour optimiser le potentiel de la centrale
  • des conflits possibles avec les activités de navigation et de pêche

Source : Connaissances des énergies / Énergie de la mer / Hydroquebec / Engie

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L’énergie osmotique fait partie des énergies marines, elle permet de produire de l’électricité à partir de la pression effectuée par la différence entre l’eau de mer et l’eau douce des fleuves. Cette énergie pourrait couvrir un tiers de nos besoins énergétiques dans l’avenir.

La première centrale osmotique a été mise en service en novembre 2009 par la société Statkraft Energi à Hurum, près d'Oslo. Le budget de Recherche & Développement (R&D) est estimé à 1.4 millions 'euros (soit 11 millions de couronnes norvégiennes) pour cette centrale.

L’énergie osmotique à quoi ça sert ?

Une centrale osmotique est capable de produire de l’électricité à partir du mouvement chimique entre l’eau de mer et l’eau douce des fleuves lorsqu’elles se rencontrent. On appelle ce mouvement l’osmose.

Cette technologie est très prometteuse puisqu’elle peut être produite partout à l’embouchure des fleuves. Elle pourrait produire 1700 TWh d’électricité par an au niveau mondial. Et pas, contrairement à l'énergie solaire ou éolienne, cette énergie renouvelable peut produire de l'électricité en continu. Elle répond aux besoins de base du réseau électrique au même titre que l'hydroélectricité.

27 000 TWH D'ÉNERGIE OSMOTIQUE SONT GÉNÉRÉS ANNUELLEMENT À TRAVERS LE MONDE NATURELLEMENT SANS ÊTRE EXPLOITÉE, C'EST L'ÉQUIVALENT DE LA DEMANDE MONDIALE ACTUELLE EN ÉLECTRICITÉ.

Comment fonctionne cette énergie renouvelable ?

La production de l'énergie osmotique passe par plusieurs étapes. Le processus est simple :

  • l’eau douce et l’eau de mer sont pompées dans leur milieu naturel
  • l’eau de mer est filtrée puis mise dans un échangeur de pression pour être pressurisée
  • 80 à 90% de l'eau douce traversent la membrane semi-perméable, ce qui provoque une surpression dans le bassin d'eau salée et donc augmente le débit
  • un tiers du mélange des deux eaux est transféré dans une turbine pour y produire de l’électricité, le reste est acheminé dans l’échangeur de pression pour pressuriser à nouveau l’eau de mer pompée

Pour vous donner un exemple, d'après les résultats de Statkraft, un mélange d'eau douce et d'eau salée d'une masse volumique totale de 1010 kg/m3, permettrait à la turbine hydraulique d'atteindre une puissance de 2 MWh. Cette puissance est l'équivalent de l'énergie produite par une chute d'eau de 270 mètres.

Les avantages de l’énergie osmotique ✔

Une centrale osmotique à de nombreux avantages, comme le fait qu'elle soit considérée comme une énergie "bleu" car son exploitation est très intéressante :

  • l'eau douce et l'eau de mer sont très simples à obtenir car la planète est recouverte à 70% d'eau et les embouchures des fleuves où l'eau douce et l'eau de mer se rencontrent se compte par milliers.
  • la production de cette électricité ne rejette pas de CO², ni aucun gaz polluant ou matière radioactive.
  • l’énergie ne dépend pas du climat ou des conditions météorologiques
  • les centrales osmotiques demandent peu d’aménagements des estuaires, contrairement à un barrage hydraulique et elles sont très silencieuses.
  • les centrales sont capables de fonctionner 8000 heures par an, ce qui est 3 voire 4 fois plus qu’une éolienne.

Les inconvénients de l'énergie osmotique ❌

Mais cette énergie renouvelable possède aussi quelques inconvénients, due au fait qu'elle ne soit pas encore assez répandue car elle reste au stade de l'innovation en matière d'énergie verte, et au fait qu'il reste encore des étude à faire au niveau matériel :

  • la production des membranes à grande échelle n’est pas encore possible et est très chère. Des milliers de mètres-carrés de membrane sont nécessaires pour produire de l’électricité,
  • les zones pour implanter les centrales sont déjà très urbanisées ou industrialisées
  • le rendement est limité par le manque de performance des membranes et les investisseurs ne sont pas attirés.

Comment l'énergie osmotique produit-elle de l'électricité ?

Il existe différentes techniques pour produire de l’électricité à partir de cette énergie :

L'osmose à pression retardée ⚡

L’osmose à pression retardée est une technique qui nécessite deux bassins séparés par la membrane semi-perméable. Dans un des bassins se trouve de l’eau douce et dans l’autre se trouve de l’eau salée. Les molécules d’eau douce qui traversent la membrane augmentent la pression dans le bassin d’eau salée, cette eau sous pression est envoyée dans une turbine qui fabrique l’électricité.

L'électrodialyse inverse 🔄

Cette technique repose sur la composition de l’eau salée. L’électrodialyse inverse nécessite aussi deux bassins séparés d’une membrane, c’est lors de la migration des ions que les solutions se chargent et produisent du courant électrique.

Pour faire face à la faible performance de la membrane, des chercheurs ont mis au point avec succès une membrane avec une épaisseur de 3 atomes. L’avantage de cette technologie c’est qu’elle fait ses preuves, mais aucune centrale ne compte utiliser cette technique faute d’investissements.

Les enjeux des centrales osmotiques

Écosystèmes et biodiversité 🌍

Les différents écosystèmes aquatiques à l'embouchure des rivières, dans les deltas et les estuaires, sont des milieux fragiles. C'est pourquoi il est important de connaître les impacts potentiels d'une centrale osmotique :

  • l'érosion des berges et les glissements de terrain
  • les déplacements des sédiments, l'augmentation de la turbidité et la compaction du sol
  • la qualité de l'eau suite aux déversements des produits de nettoyage
  • la modification des débits et de la direction des courants

Quel est le coût et le rendement de cette énergie renouvelable 💰

A l'heure d'aujourd'hui, le rendement des centrales osmotiques est le frein principal au développement et à l'épanouissement de cette énergie marine. Cette technologie engendre des coûts de production très importants, en partie dûs au nettoyage des membranes semi-perméables. C'est justement sur ce point que les scientifiques internationaux, ainsi que les chercheurs français, concentrent tous leurs efforts.

Développement durable 🍃

Pour une centrale osmotique, les impacts environnementaux et sociaux sont principalement basés sur l'entretien de celle-ci. Les impacts sont les mêmes que pour ceux d'une usine de traitement d'eau avec membrane, qui eux sont plutôt bien documentés :

Ampoule électrique avec une jeune pousse à l'intérieur pour représenter le développement durable
  • modification de l'habitat et de la végétation qui peut affecter la faune aquatique, car en rejetant de l'eau de façon régulière et en grande quantité, cela peut changer le mélange naturel d'eau
  • effets des produits de nettoyage
  • création de matières résiduelles humides (boue et membrane usée)
  • modification du milieu d'accueil avec la création d'une digue ou d'un bassin pour optimiser le potentiel de la centrale
  • des conflits possibles avec les activités de navigation et de pêche

Source : Connaissances des énergies / Énergie de la mer / Hydroquebec / Engie


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