Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Énergie de la mer

Introduction

L'énergie de la mer peut provenir de différentes sources :

  • du soleil, soit indirectement du fait du vent qui donne naissance aux vagues, soit directement du fait du gradient thermique existant entre la surface des mers chaudes et l'eau profonde, qui permet d'actionner un cycle thermodynamique à bas écart de température. On parle alors de conversion de l'énergie thermique des mers (ETM), ou en anglais d'ocean thermal energy conversion (OTEC). Les dispositifs de conversion en sont encore, dans ces deux cas, au stade de prototypes ;

  • de la gravitation, du fait des mouvements relatifs de la terre, de la lune et du soleil, qui créent les marées. On parle alors d'énergie marémotrice. Peu de sites cependant permettent de franchir le seuil de rentabilité pour ces installations. En France, l'usine de la Rance a été mise en service en 1966. Elle dispose de 24 bulbes de 10 MW et produit 0,5 TWh/an (figure ci-dessous).

Conversion de l'énergie thermique des mers

Les cycles ETM ou OTEC ont pour vocation de générer de l'électricité dans les eaux chaudes tropicales en utilisant la différence de température entre les eaux de surface (26-28 °C) et en profondeur (4 à 6 °C) à partir de 1000 m (figure ci-dessous).

Deux grands types de cycles sont utilisés : les cycles fermés et les cycles ouverts, inventés par deux Français, respectivement Jacques d'Arsonval en 1881 et son élève Georges Claude en 1940, qui procéda à une première réalisation.

Dans tous les cas, la nécessité de véhiculer de très grands débits et de pomper l'eau froide à très grande profondeur induit des consommations d'auxiliaires importantes. L'optimisation d'un cycle OTEC doit impérativement prendre en compte ces valeurs.

Quoique techniquement valides, les cycles OTEC ne sont pas encore rentables sur le plan économique. Des prototypes de diverses puissances sont envisagés, notamment à Hawaï et à Tahiti.

Les cycles fermés utilisent les eaux chaudes à environ 27 °C pour faire évaporer un liquide qui bout à très basse température, tel que l'ammoniac ou un fluide organique. La vapeur produite entraîne une turbine, puis est condensée par échange thermique avec de l'eau froide à environ 4 °C provenant des couches profondes de l'océan.

Le cycle thermodynamique est analogue à celui qui est utilisé dans les cycles géothermiques binaires, à la seule réserve que l'écart de température entre les sources chaude et froide est très réduit. Le dimensionnement des échangeurs de chaleur est bien évidemment encore plus critique compte tenu de ce très faible écart de température. Leurs surfaces doivent être aussi grandes que possible tout en restant réalistes.

Dans les cycles ouverts, les eaux chaudes à environ 26 °C sont détendues dans une enceinte à basse pression (on parle de flash), ce qui permet d'en évaporer une petite fraction (de l'ordre de 5 %). La vapeur produite entraîne une turbine, puis est condensée dans une enceinte à très basse pression par échange thermique avec l'eau froide à environ 4 °C provenant des couches profondes de l'océan. Le condensat est de l'eau presque pure, qui peut être utilisée pour l'alimentation.

Le cycle ouvert présente donc l'avantage de produire à la fois de l'électricité et de l'eau douce, mais le très faible rapport de détente implique de mettre en œuvre des turbines de très grande dimension. Il met en jeu cinq éléments : un flash-évaporateur, une turbine, un condenseur, un bassin de collecte de l'eau de mer utilisée, et une pompe à vide.

Compléments

Fiche thématique

Une fiche thématique sur les capteurs solaires thermiques explique comment ils peuvent être modélisés.

Fiches-guides

Une fiche-guide vous aidera à modéliser ces deux types de cycles.

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