Énergie thermique des mers - Définition

Cycle ouvert

Le cycle commence par le pompage de l’eau de mer de surface qui se trouve dans les environs de 26 °C. On l’introduit dans un évaporateur qui sera mis sous vide, pour favoriser l’effet d’évaporation, car sous pression relative négative, l’évaporation se produit à plus faible température et la vapeur est débarrassée du sel, mais sur le débit d’eau qui traverse l’évaporateur, seulement 0,5% de vapeur d’eau est produite, le reste de l’eau est rendu à la mer à 21 °C . La faible pression générée par la vapeur suffit à entraîner un turbogénérateur qui produira de l’électricité. Puis, la vapeur est transférée dans le condenseur à double paroi, qui avec l’eau froide pompée en profondeur vers les 5 °C, va faire condenser la vapeur en eau douce qui pourra être utilisée à la consommation.

Les techniques de l’E.T.M.

L’E.T.M. produit de l'énergie grâce à un fluide de travail (eau de mer, ammoniac [NH3]ou un autre fluide qui dont le point de condensation est proche de 4 °C). Ce fluide passe de l’état liquide à l’état vapeur dans l’évaporateur, au contact de l’eau chaude puisée en surface. La pression produite par la vapeur passe dans un turbogénérateur pour faire tourner une turbine et produire de l’électricité, après que le gaz ait perdu de la pression, il passe dans un condenseur pour retourner à l’état liquide, au contact de l’eau froide puisée en profondeur.

L’E.T.M. a besoin de beaucoup d’eau : il faut un très grand débit d’eau de mer pour compenser la faible efficacité due au faible gradient de température et de très grands diamètres de canalisations pour limiter les pertes de charges. Actuellement, il est possible d’utiliser des tuyaux en PEHD (Polyéthylène Haute Densité) de 1,5 mètres diamètre, mais dans le futur s’il se construit des centrales de grosses puissances, il faudra des canalisations de 15 mètres de diamètre.

L’E.T.M. fonctionne avec un différentiel de températures de l'ordre de 20 °C. Plus le différentiel de température est élevé, plus la production est élevée. En descendant en profondeur on puise de l’eau plus froide et la production à iso-volume augmente.

A ce jour, il existe trois types de centrales E.T.M. :

• cycle ouvert
• cycle fermé
• cycle hybride

Le cycle thermodynamique de l’ammoniac [NH3]

Le cycle thermodynamique fonctionne avec plusieurs transformations à la suite, ce qui en fait donc un cycle. En tout, il y a quatre transformations :

• Entre 1 et 2 une compression adiabatique avec la pompe
• Entre 2 et 3 un échauffement isobare avec l’évaporateur
• Entre 3 et 4 une détente adiabatique avec le turbogénérateur
• Entre 4 et 1 un refroidissement isobare avec le condenseur

Cycle fermé ou cycle de Rankine

Le cycle fermé utilise le même matériel qu’une pompe à chaleur (évaporateur, condenseur), mais tandis qu’une pompe à chaleur produit une énergie thermique à partir d’une énergie électrique, le cycle fermé d’une centrale E.T.M. utilise le procédé inverse. Cela veut dire qu’à partir d’une énergie thermique, on va produire une énergie électrique. On utilise donc toujours l’eau chaude de surface qui se trouve à 26 °C, qu’on met dans l’évaporateur à double paroi. D’un côté, il y aura l’eau et de l’autre de l’ammoniac NH₃, et donc l’eau va donner ses calories à l’ammoniac pour lui permettre de s’évaporer, car l’ammoniac a une température d’évaporation inférieure à celle de l’eau. L’eau passée dans l’évaporateur retourne à la mer, à la température de 23 °C. L’ammoniac évaporé passe dans un turbogénérateur pour produire de l’électricité. Puis l’ammoniac passe dans un condenseur à double paroi pour se condenser, car l’ammoniac passe ses calories à l’eau froide puisée en profondeur à 5 °C, pour y retourner à 9 °C. Une fois condensé, l’ammoniac revient dans l’évaporateur, grâce à un circulateur, pour refaire le cycle.