Energies Marines
Energie thermique des mers : Les ambitions de DCNS

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Energie thermique des mers : Les ambitions de DCNS

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Après plusieurs années d’investissement dans le domaine de l’énergie thermique des mers (ETM), DCNS va pouvoir retirer les marrons du feu. Le groupe naval compte enregistrer cette année ses premières commandes de centrales ETM, avec pour objectif de livrer un premier équipement opérationnel en 2016. Parmi les projets les plus prometteurs actuellement en discussion, DCNS a dévoilé hier deux affaires en cours de discussion, aux Iles Vierges américaines, aux Antilles, ainsi qu’en Asie. Le groupe a, dans l’optique de remporter ces marchés, signé un accord de partenariat avec la société britannique Ocean Thermal Energy (OTE). Objectif : développer et construire conjointement des systèmes ETM, mais aussi d’air conditionné par eau de mer (Sea Water Air Conditioning – SWAC). OTE interviendra en tant que développeur de projets. La société, qui assure l’interface avec les autorités locales, désireuses de disposer de ces nouveaux équipements,  détiendra et exploitera les systèmes ETM et SWAC, pour lesquels elle apportera les financements nécessaires. DCNS, de son côté, interviendra en tant que maître d'œuvre chargé de l'ingénierie, de l'approvisionnement et de la construction des systèmes ETM et SWAC. « Dans le cadre de cet accord, OTE et DCNS mettent en place un conseil marketing conjoint. Il sera chargé de sélectionner les projets qui seront menés exclusivement entre les deux partenaires. L'expertise technique et marketing nécessaire sera mise en commun sur une base exclusive pour les projets retenus. Les compétences, l'expérience et la connaissance des marchés des deux parties seront également prises en compte au moment de choisir les projets à mener conjointement », expliquent les deux partenaires.

 

 

Système ETM offshore (© : DCNS)

Système ETM offshore (© : DCNS)

 

Partie immergée d'un système ETM offshore (© : DCNS)

Partie immergée d'un système ETM offshore (© : DCNS)

 

 

L’océanothermie

 

 

L’énergie thermique des mers, ou océanothermie (Ocean Thermal Energy Conversion – OTEC en Anglais), reprend le principe de la géothermie, mais dans un milieu marin, l’idée étant de produire de l’électricité avec de l’eau chaude et de l’eau froide prélevées dans l’océan. Un principe particulièrement bien adapté aux zones intertropicales, où la différence de température entre l’eau proche de la surface et celle présente à un millier de mètres de profondeur est de l’ordre de 20 degrés. Les dispositifs ETM utilisent des fluides thermodynamiques, que l’on trouve dans les systèmes de climatisation ou encore pour générer le froid industriel. Ces fluides présentent la particularité de se transformer en gaz à une température de 24/25 degrés et de se condenser, c'est-à-dire revenir à l’état liquide, autour de 4 degrés. Le fluide va circuler dans un échangeur, à travers un faisceau de plusieurs milliers de tubes étanches, qui vont être mis en contact avec de l’eau chaude, pompée en surface. Il en résulte une vaporisation du fluide, qui est alors expédié sous forme de gaz sous pression dans une turbine afin de faire tourner celle-ci et d’entrainer un alternateur, qui va produire l’électricité. Le gaz rejoint ensuite un autre échangeur, qu’on appelle le condenseur, où il va se détendre et se retransformer en liquide grâce au contact des tubes dans lesquels il se trouve avec de l’eau froide, pompée à 1000 mètres de profondeur. Le cycle peut alors reprendre indéfiniment, puisque le fluide et le gaz circulent dans un circuit fermé. L’énorme avantage de ce système est qu’il offre une énergie propre et surtout continue, contrairement à d’autres énergies marines renouvelables (éolien, hydrolien, houlomoteur, marémoteur) qui fonctionnent par intermittence en fonction du vent, des courants, de la houle ou encore des marées.

 

 

Principe de fonctionnement (© : DCNS)

Principe de fonctionnement (© : DCNS)

 

 

Un coût adapté aux sites isolés

 

 

On notera d’ailleurs que les zones intertropicales ne sont pas adaptées à la plupart des EMR, en raison des conditions météorologiques sévères qui peuvent y régner, ainsi que de la quasi-absence de marées. Dans les îles de ces régions, le mixe énergétique est en fait peu varié et les énergies renouvelables assez rares. Alors que la pression foncière y est très forte, ce qui complique l’implantation de moyens de production électrique, le coût de l’énergie sur les sites isolés est, logiquement, extrêmement élevé. Dans les îles intertropicales, il atteint, en moyenne, quelques 250 à 300 euros le mégawatt (MW) /heure, contre 70 à 90 euros en France métropolitaine.  Il est donc plus aisé, dans ces zones, d’obtenir une viabilité économique pour les projets d’ETM.

 

 

Des équipements de grande dimension et une approche modulaire

 

 

La différence de température entre la surface de l’eau (25/30 degrés) et les profondeurs (moins de 4 degrés) n’étant pas très importante,  le rendement du cycle est limité. Pour obtenir une production intéressante, il faut donc des équipements de grande taille. Ainsi, les échangeurs sont des pièces de belles dimensions, longues de 10 à 15 mètres avec un diamètre de 4 mètres. Pour les alimenter, la centrale est équipée de grosses pompes, d’une capacité de 20.000 m3 d’eau par heure. On notera que ces pompes sont équipées de filtres et que la vitesse de circulation de l’eau y est relativement faible, ce qui évite d’aspirer des poissons et autres organismes marins. Afin de proposer un produit économiquement intéressant et générant une puissance plus ou moins forte, DCNS a développé des modules autonomes comprenant chacun un ensemble regroupant les pompes d’eau chaude, l’échangeur, le turboalternateur, le condenseur et la pompe d’eau froide, avec les systèmes de commande et de contrôle associés. Chaque module affiche une puissance de 4 à 5 MW, un ensemble de huit modules présentant donc une puissance de 32 à 40 MW. L’énergie produite est non seulement envoyée vers le réseau électrique terrestre, mais sert également à alimenter la machinerie de la centrale, à commencer par les pompes. Les dépenses énergétiques propres du module absorbent 20 à 30% de la production électrique (il reste par conséquent 2.5 à 4 MW pour le réseau).

 

 

Système ETM terrestre (© : DCNS)

Système ETM terrestre (© : DCNS)

 

 

Structures offshores et terrestres

 

 

Les systèmes ETM sont de deux natures. Soit une installation offshore flottante, ancrée en mer, soit une centrale terrestre. Dans ce dernier cas, retenu notamment pour le projet des Iles Vierges, un long tuyau en composite part du module énergie implanté sur le littoral pour rejoindre la mer et atteindre la profondeur requise pour pomper de l’eau suffisamment froide. Cette architecture se prête bien à de nombreuses îles volcaniques, autour desquelles les fonds descendent rapidement. La longueur de la conduite, qui présente un diamètre de 2 mètres, joue bien entendu sur la viabilité économique de l’installation. C’est pourquoi, de manière générale, elle ne doit pas excéder 5 à 6 kilomètres pour des questions de coûts (réalisation, pose, puissance des pompes…)

L’autre concept d’ETM, choisi pour le projet asiatique, consiste à déployer une structure flottante qui, à l’instar des hydroliennes ou autres éoliennes, est raccordée au réseau électrique terrestre par des câbles sous-marins reliés à un transformateur installé sur la côte. La solution offshore se prête logiquement mieux aux projets de forte puissance, les questions d’encombrement étant moins importantes qu’à terre.

Qu’il s’agisse d’installations onshore ou offshore, compte tenu des régions où elles doivent être exploitées, ces structures sont résistantes aux aléas météorologiques, comme les cyclones et ouragans, doublés de fortes houles.

 

 

Système ETM offshore (© : DCNS)

Système ETM offshore (© : DCNS)

 

 

Systèmes hydrides pour fournir climatisation et eau douce

 

 

L’avantage de la technologie mise en oeuvre par les systèmes ETM est qu’elle ne se limite pas à la production d’énergie. Il est également possible de l’utiliser pour proposer une alternative aux moteurs (compresseurs) refroidissant l’eau des systèmes de climatisation, très gourmands en énergie dans les zones tropicales. Le SWAC, également appelé SDC (Sea water District Cooling), permet d’utiliser l’eau requise pour le refroidissement du gaz de la centrale ETM. Dans cette configuration, l’eau pompée dans les profondeurs de l’océan, après avoir circulé dans le condenseur, ressort à une température d’environ 14 degrés. Elle est donc encore suffisamment fraîche pour les systèmes de climatisation, vers lesquels elle est expédiée. Ainsi, dans le cadre du projet ETM des Iles Vierges, un SWAC est prévu, afin d’assurer la réfrigération de certaines infrastructures très consommatrices de climatisation.

Et il est même possible d’aller encore plus loin en générant de l’eau désalinisée  et potable qui peut servir à une production alimentaire durable et à la consommation courante. « L’intérêt des systèmes hybrides est qu’ils permettent d’utiliser l’eau pompée pour plusieurs fonctions. Tout dépend des zones. Pour la production d’eau désalinisée, par exemple, certaines îles ont des réserves conséquentes d’eau douce, comme La Réunion. D’autres, à l’image de Mayotte, sont en fort stress hydrique. Dans certaines régions, les besoins sont réels et importants. On remarque par exemple qu’autour du golfe Persique, la moitié des nouvelles usines électriques sert à désaler de l’eau de mer », note le directeur de l’activité Energie thermique des mers chez DCNS.  

 

 

Technologie maîtrisée

 

 

Pour Emmanuel Brochard, les systèmes d’ETM ne présentent pas de problème technique particulier. « Le principe de fonctionnement des systèmes ETM est simple et la technologie est maîtrisée, tant à terre qu’en mer, où l’on peut par exemple s’appuyer sur l’expérience de l’industrie offshore pour obtenir des structures flottantes capables de résister à de conditions environnementales très dures ». DCNS, qui dispose à Indret, près de Nantes, d’un site spécialisé dans la conception et la réalisation d’appareils propulsifs, a de plus une expérience historique dans le domaine des machines à vapeur, toujours d’actualité sur les bâtiments à propulsion nucléaire. Echangeurs, condenseurs et autres turboalternateurs n’ont donc pas de secret pour le groupe. « Le procédé n’est pas nouveau. Jules Verne l’évoquait déjà et on le trouve même dans un album de Black et Mortimer (publié en 1950, ndlr) ! Ce qui est compliqué, c’est de maîtriser un projet d’ensemble et d’en faire une activité industrielle à un coût pertinent. Nous nous appuyons donc sur notre expertise, DCNS ayant les compétences et le savoir-faire requis, ainsi que l’habitude de mener des projets complexes à cycles longs ».  Côté budget, le point fort du groupe français réside dans la conception modulaire de son système, permettant d’adapter facilement la puissance de la centrale au besoin du client, tout en bénéficiant d’économies d’échelle grâce à la standardisation.

 

 

Le prototype installé à La Réunion (© : DCNS)

Le prototype installé à La Réunion (© : DCNS)

 

 

Prototype à La Réunion et projet aux Antilles

 

 

Les efforts développés par DCNS dans le domaine des systèmes ETM s’inscrivent dans le cadre de sa politique de diversification vers les nouvelles technologies d’EMR. Le groupe naval travaille, ainsi, sur le segment des hydroliennes, dont un premier prototype a été testé l’an dernier au large de l’île de Bréhat, ou encore dans l’éolien flottant, la construction du démonstrateur Winflo devant débuter prochainement. Les travaux se poursuivent par ailleurs sur l’énergie houlomotrice. Dans le domaine des systèmes d’ETM, DCNS a installé un prototype terrestre à La Réunion, où il travaille avec la région et l’Université dans le cadre d’un accord de partenariat de trois ans (2011 – 2013). Réalisé à Indret, cet équipement a été installé sur le site du campus réunionnais de Saint-Pierre, où les essais menés sont jugés très concluants. « Le système a très bien fonctionné et  démontré que l’on pouvait produire de l’électricité. Ce prototype nous permet de valider les performances de production électrique, mais aussi de qualifier les équipements », précise Emmanuel Brochard. Alors que d’autres essais sont envisagés pour l’installation réunionnaise, DCNS s’intéresse également aux Antilles, un territoire « naturel » pour l’énergie thermique des mers. Suite au dossier déposé en 2010 par la Martinique dans le cadre de l’appel à candidatures pour le programme européen NER300, le groupe a travaillé avec la région pour démontrer que le projet est techniquement et économiquement pertinent sur l’île. Le dossier martiniquais faisait partie des finalistes mais les financements étant moins importants que prévu, l’Europe n’a pas pu financer tous les projets, dont celui-ci. Un deuxième appel à candidatures doit néanmoins être lancé par Bruxelles et le projet martiniquais aura alors une seconde chance, si bien entendu il est soutenu par l’Etat.

De manière générale, les projets de systèmes ETM fleurissent actuellement à travers le monde, cette technologie simple et bien adaptée aux zones intertropicales séduisant de plus en plus car elle permet de produire de manière continuelle de grandes quantités d’énergie propre, renouvelable et sûre. Une demi-douzaine de centrales sont, ainsi, déjà en construction. L’Asie, notamment, semble présenter un très fort potentiel de développement pour ce marché.  

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