Énergie osmotique : définition, fonctionnement, avantages et inconvénients

Les océans, recouvrant 70 % de la surface du globe terrestre, regorgent des sources d'énergie presque inépuisables. Parmi les énergies marines les plus populaires figure l’énergie marémotrice et la biomasse maritime. La première est issue des courants de marée qui actionnent une turbine pour générer de l’électricité. L’autre est obtenue par fermentation des algues pour produire du biogaz et des biocarburants. Encore méconnue du grand public, l’énergie osmotique suscite pourtant un intérêt particulier de la part des chercheurs. Faisant actuellement l’objet de nombreuses recherches scientifiques, elle pourrait devenir l’une des énergies renouvelables les plus rentables dans le monde. 

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Qu’est-ce que l’énergie osmotique ? 

L’énergie osmotique ou l’énergie bleue est une énergie obtenue par la différence de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce contenues dans deux réservoirs distincts. Une membrane semi-perméable, dite « sélective », sépare les deux eaux.  Elle laisse passer l’eau et pas les sels minéraux.

L’énergie osmotique s’appuie sur le principe de l’osmose. L’eau de mer renferme du sel dissout, aussi appelé chlorure de sodium, qui se présente sous forme d’ions (Na⁺ et Cl^-). L’eau douce en contient également, mais en faible quantité. Les deux liquides ont alors une concentration saline différente. Selon un mécanisme naturel, les molécules d’eau (H₂0) de la solution moins concentrée (eau douce) se déplacent vers la solution plus concentrée (eau de mer). Par conséquent, la quantité de l’eau de mer augmente. Cette réaction s’arrête lorsqu’un équilibre de salinité est atteint entre les deux réservoirs. Elle crée une pression osmotique au sein de l’eau douce, exploitable pour produire de l’électricité.

À l’origine, la technologie osmotique était surtout testée pour dessaler et déminéraliser l’eau de mer afin de pallier une éventuelle raréfaction de l’eau potable. Cependant, les scientifiques se sont très vite intéressés à l’énergie générée.

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

Le phénomène d’osmose se trouve généralement dans les endroits où l’eau salée et l’eau douce se rencontrent naturellement. Des centrales de production d’énergie électrique peuvent donc être installées à l’embouchure des fleuves. Des pompes et des conduits acheminent les deux liquides dans des réservoirs séparés par une membrane semi-perméable. Sous l’effet de la pression engendrée par la mise en contact des deux solutions, l’eau salée est dirigée vers la centrale. Elle fait tourner une turbine qui enclenchera un alternateur pour générer de l’électricité. Elle est comparable au débit d’eau d’une chute qui peut être converti en énergie hydraulique. 

En 2009, Statkraft, une entreprise norvégienne, a mis en service le premier prototype de centrale osmotique destinée à la production d’électricité, avec une puissance de 4 KW (Kilowatt).  Selon les résultats qu’elle a publiés, un mélange d'eau douce et d'eau salée d'une masse volumique globale de 1 010 kg/m³ permet à une turbine d’atteindre une puissance de 2 MW (Mégawatt), soit l'équivalent de l'énergie produite par une chute d'eau de 270 m. 

Les avantages et les inconvénients de l’énergie bleue

L'énergie osmotique est une énergie prometteuse qui suscite de plus en plus d'intérêt en tant qu'alternative aux sources traditionnelles d'électricité. Néanmoins, elle présente certains inconvénients.

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L’osmotique : une énergie propre et à potentiel immense

L’énergie bleue présente un réel potentiel, estimé à environ 1 700 TWh (Terawatt-heure) si l’ensemble des embouchures de fleuves dans le monde était exploité.  À titre d’exemple, l’océan Pacifique en compte, à lui seul, 238 et l’océan Arctique 37.

Contrairement à d’autres énergies renouvelables, comme l’énergie solaire et l’énergie éolienne, l’énergie osmotique ne dépend pas des conditions météorologiques. Un temps nuageux influe négativement sur le rendement des panneaux photovoltaïques. De même, la plupart des éoliennes ne produisent pas d’électricité lorsque la vitesse du vent est inférieure à 3 m/s ou au-delà de 25 m/s. D’après les statistiques, une centrale osmotique peut fonctionner quasiment en continu pendant approximativement 8 000 heures par an, soit 3 ou 4 fois plus qu’un parc éolien. De plus, elle nécessite moins d’aménagements des estuaires par rapport au barrage hydraulique. 

Les centrales osmotiques ont un très faible impact environnemental. À l’inverse des centrales thermiques, elles n’émettent pas de gaz à effet de serre. Elles exploitent uniquement le phénomène d'osmose entre l'eau de mer et l'eau douce, sans nécessiter de combustion des ressources fossiles (charbon, fioul, gaz naturel). En outre, elles n’engendrent pas des nuisances sonores.  L’énergie bleue est donc une énergie propre qui contribue à la transition énergétique vers des solutions écologiques.

L’osmotique : un rendement énergétique faible

Découverte dans les années 1950, l’énergie bleue est restée inexploitée à grande échelle en raison d’un manque de maturité de la technologie. Les performances des membranes semi-perméables constituent, à ce jour, un frein majeur pour le développement du procédé osmotique. Elles sont très onéreuses, avec une capacité de production faible d’environ 5 W/m². Grâce aux avancées de la nanotechnologie, les chercheurs ont pu créer des nouvelles membranes avec des rendements de plus en plus élevés, et qui sont beaucoup moins chères. Ils lancent désormais le défi de rehausser l’énergie osmotique au rang des énergies renouvelables les plus compétitives.

Le nettoyage des membranes semi-perméables fait également partie des principaux inconvénients de l’exploitation de l’énergie osmotique. Celles-ci doivent être entretenues régulièrement dans le but de limiter les risques d’obstruction. Pourtant, cette opération s’avère coûteuse en raison de leurs surfaces importantes.

L’énergie osmotique : une énergie du futur en France

En France, une grande partie de l'électricité consommée provient de l'énergie nucléaire, représentant plus de 70 % de la production totale.  Dépendantes de l’uranium, les centrales nucléaires génèrent une quantité importante de déchets radioactifs, dangereux pour la santé et pour l'environnement. Face à la volonté des pouvoirs publics de décarboner l’énergie française, les technologies utilisant le potentiel des océans demeurent donc intéressantes. 

En raison de son énorme potentiel, estimé à près de 550 TWh, plusieurs spécialistes considèrent l'énergie osmotique comme l'avenir de la production électrique dans l’Hexagone. Cette forme d'énergie renouvelable offre une opportunité de diversifier le mix énergétique français, tout en contribuant à la lutte contre le changement climatique.