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Énergie maréthermique ... Jules Vernes en a rêvé, un industriel s'y est ruiné !

Énergie maréthermique ... Jules Vernes en a rêvé, un industriel s'y est ruiné !
L'énergie maréthermique (ou énergie thermique des mers (ETM)) est produite en exploitant la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans. Un acronyme souvent rencontré est OTEC, pour Ocean thermal energy conversion.On attribue généralement à Jules Verne, l'idée d'utiliser les différences de températures de la mer pour produire de l'électricité. Dans son livre, Vingt mille lieues sous les mers, il fait référence aux « eaux de surface et les eaux profondes des océans pour produire de l'électricité » et cela, dès 1869. C'est le physicien français Arsène d'Arsonval, qui conceptualisa la première fois cette idée. Il voulait mettre en relation les eaux chaudes, de surface, avec les eaux froides, de profondeur. Mais dans les années 1880, la technologie existante n'est pas encore capable de réaliser un prototype.

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En raison de la surface qu'occupent les mers et les océans de la Terre, ils se comportent comme un gigantesque capteur pour :

-le rayonnement solaire (direct : flux solaire absorbé par l'océan ou indirect : rayonnement de la Terre réfléchi par l'atmosphère terrestre)
- l'énergie du vent (elle-même dérivée de l'énergie solaire)

Bien qu'une partie de cette énergie soit dissipée (courants, houle, frottements, etc..) une grande partie réchauffe les couches supérieures de l'océan.

C'est ainsi qu'à la surface, grâce à l'énergie solaire, la température de l'eau est élevée (elle peut dépasser les 25°C en zone intertropicale) et; en profondeur privée du rayonnement solaire, l'eau est froide (aux alentours de 2 à 4 °C, sauf dans les mers fermées, comme la Méditerranée, dont le plancher ne peut être "tapissé" par les "bouffées" d'eaux froides polaires qui "plongent", au nord et au sud de l'océan Atlantique, avec un débit total moyen de 25 millions de m3/seconde.

De plus, les couches froides ne se mélangent pas aux couches chaudes. En effet, la densité volumique de l'eau s'accroît lorsque la température diminue ce qui empêche les eaux profondes de se mélanger et de se réchauffer.

Cette différence de température peut être exploitée par une machine thermique. Cette dernière ayant besoin d'une source froide et d'une source chaude pour produire de l'énergie, utilise respectivement l'eau venant des profondeurs et l'eau de surface comme sources.

Il faudra attendre 1930, et le français Georges Claude, fondateur de l'entreprise Air liquide, pour voir le premier prototype construit. Son prototype, une centrale de 50kW utilisait l'eau de surface chaude (aux alentours de 25-27°C),et de l'eau pompée à plus de 700 m de profondeur (à environ 11°C). Celle-ci était construite au large de Cuba.

L’expérience de George Claude à Cuba : une leçon de ténacité pour les entrepreneurs.

Cette forme d’énergie solaire marine est peu connue du grand public et sous-estimée par les industriels du secteur de l’énergie. Cette situation semble paradoxale pour la petite communauté internationale des chercheurs et ingénieurs qui travaillent à la promotion du procédé et à l’évaluation de sa capacité à produire de l’énergie renouvelable, abondante et accessible à tous.

Déjà en 1920 quand l’industriel français G. Claude propose de construire une usine ETM de production d’électricité, il se heurte au scepticisme de ses détracteurs. Ils arguent que l’énergie nécessaire au pompage de l’eau froide doit être, selon eux, supérieure à celle produite par l’usine, et aussi de la difficulté de construire une conduite d’aspiration profonde pouvant résister aux sévères contraintes de l’environnement marin. Le procédé proposé par G. Claude est celui de l’ETM en « cycle ouvert» qui utilise l’eau comme fluide de travail.

En 1928, à Ougrée en Belgique, Claude en valide le principe en produisant de l’électricité avec une machine thermique de 60 kW alimenté avec de l’eau chaude à 33°C puisée dans le circuit de refroidissement d‘un haut fourneau et de l’eau « froide » à 12°C pompée dans la Meuse. Conforté par les résultats de cette expérience qui lui permettent de montrer que le bilan énergétique du procédé est positif, Claude décide d’en faire la démonstration dans des conditions réelles, en utilisant non plus de l’eau douce mais de l’eau de mer amenée par une conduite d’eau froide de dimensions représentatives de celles d’une petite centrale industrielle.

Claude n’était par le genre d’homme à perdre trop de temps dans son bureau et quand il eut à choisir un site propice à la réalisation de son projet c’est à bord de son propre yacht, le «Jamaïca«, qu’il le cherche et le trouve, sur la côte cubaine, dans la baie de Matanzas à 100 km à l’est de la Havanne. Les courants marins y paraissaient suffisamment faibles pour ne pas induire de contraintes excessives sur la conduite qui, partant de terre en suivant une pente douce jusqu’à une trentaine de mètre sous l’eau, doit former une chaînette inversée surplombant une falaise sous-marine verticale d’une centaine de mètres, avant de s’enfoncer jusqu’à la profondeur de 700 mètres choisie pour l’aspiration d’eau froide.

L’équipement prévu par G. Claude est la machine thermique de 60 kW électrique qu’il a déjà utilisée à Ougrée mais alimentée ici par de l’eau froide pompée en mer au moyen d’une conduite de 2 m de diamètre. Une conduite de 0,6 m eut été suffisante mais G. Claude l’a surdimensionnée pour réduire le réchauffement de l’eau froide pendant sa remontée et aussi s’approcher des dimensions des conduites répondant aux besoins des futures centrales électrique dont il imagine l’avènement commercial.

La construction de l’ "usine ETM"

La construction de l’usine, sise à terre pour en simplifier les opérations, avec son puits d’arrivée d’eau froide et sa tranchée de protection de l’atterrage de la conduite, commence au début de l’année 1929. En parallèle, dans un hangar des douanes de Matenzas, commence la construction de la conduite d’eau froide de 2 m de diamètre en tôle d’acier ondulée épaisse de 2 millimètres. Les éléments amenés de France sont soudés en tronçons de 22 mètres. Ils sont équipés de collerettes de raccordement et de joints en caoutchouc. Peints et recouverts d’isolant thermique ils sont stockés sur une jetée proche de l’usine dans l’attente de leur mise à l’eau et de leur assemblage en mer pour former une conduite longue de 2 kilomètres.

Pourtant planifiée pendant la bonne saison et une période a priori favorable de beau temps la première tentative d’assemblage rencontre des conditions de mer difficiles et la faillite de la prévision météorologique entraîne la perte de quelques centaines de mètres de tronçons.

Cet accident conduit Claude à modifier la procédure : la conduite sera d’abord assemblée dans une rivière avant d’être tirée en mer. Le Rio Canima dont l’embouchure est proche du site de construction fera l’affaire. La rivière est plutôt sinueuse mais G. Claude estime la conduite assez flexible pour s’adapter à ses méandres. Il faut d’abord draguer le banc de sable de 250 mètres qui en obstrue l’embouchure puis transporter les tronçons équipés de leurs flotteurs suffisamment en aval pour les assembler tout en les maintenant à poste, ancrés à des blocs de béton coulés dans la rivière. À la fin du mois d’août 1929 la conduite est prête à être « flottée» hors de la rivière jusqu’à sa tranché d’atterrage située à 7 km de l’embouchure.

La fabrication de la nouvelle conduite d’eau froide commence au début du mois de mars 1930. Construite sur place elle est composée en trois éléments qui seront mis en place successivement afin de réduire le risque de manipuler une seule longueur de tuyau de 2000 mètres et pesant 400 tonnes !. Le premier élément A de 150 mètres part du puits d’atterrage jusqu’à la profondeur de 18 mètres. Le dernier, le C, long de 1750 mètres, doit être posé de façon à permettre à des scaphandriers de le connecter à l’élément A par l’intermédiaire de l’élément B construit à la longueur ad hoc pour compléter la conduite. Après un premier échec l’élément A est mis en place le 8 juin. La tranchée est comblée avec du béton pour éviter que l’atterrage ne soit détruit par la houle. Dix sept jours plus tard c’est C qui est tiré vers le large, mis à poste et maintenu dans le prolongement de la tranchée à l’aide de 12 remorqueurs et de deux câbles d’amarrages qui lient l’extrémité coté terre à deux ancrages disposés en «V» de chaque coté du puits d’eau froide. La manœuvre suivante consiste à couler lentement l’extrémité profonde de C en vidant progressivement l’air des flotteurs qui le maintiennent en surface. C’est une manœuvre délicate et Claude a pris soin de donner « l’ordre écrit » de commencer à vider les flotteurs proches du rivage de finir par ceux situés au large. Hélas !, son ordre n’est pas respecté et c’est l’extrémité située au large qui coule la première. La tension dans les câbles de retenue est telle qu’ils cassent et l’élément C coule, irrémédiablement perdu. Si Claude avait disposé de moyens de communication plus performants pour contrôler les opérations, par exemple des « talkies-walkies » au lieu de mégaphones pour communiquer avec les patrons des remorqueurs, il est probable que ce nouvel accident aurait pu être évité.

Quelques jours après l’installation de la conduite, l’eau profonde arrive enfin dans le puits avec un débit de 4000 m3 par heure et une température de 13°C ; G. Claude estime que la température au point de pompage à 700 m de profondeur est de 11 °C. Le fonctionnement de la machine thermique est stabilisé. Elle produit 22 kW avec des débits égaux pour l’eau chaude et l’eau froide de 0,2 mètres cubes par seconde et des températures d’entrée et de sortie de 27 à 25° à l’évaporateur et de 13 à 15° au condenseur. La perte de charge dans la conduite d’eau froide est mesurée par la hauteur d’eau dans le puits : elle est de 3 mètres. G. Claude déduit de ces résultats que l’on pourrait extraire au moins 300 kW de puissance brute et 240 kW nette d’électricité de chaque mètre cube d’eau froide alimentant une usine ETM fonctionnant avec un écart de température de 24° C; cela sans tenir compte des "nombreuses possibilités d’amélioration du procédé".

Conforté dans ses convictions après le succès de sa démonstration G. Claude propose alors la construction d’une centrale électrique ETM de 25 MW net près de Santiago de Cuba. Il en estime le coût entre 3 et 4 millions de dollars US (valeur 1930). Cette puissance est l’étape intermédiaire qu’il estime nécessaire de franchir avant d’entreprendre la construction de centrales commerciales ETM de plusieurs centaines de MW. Mais la crise économique frappe alors le monde et G. Claude ne trouve pas les aides financières nécessaires à la mise en œuvre de sa stratégie de développement de la filière ETM. Après une dernière aventure, brésilienne celle-là, et l’échec de son usine flottante ETM «La Tunisie» en 1935, la seconde guerre mondiale puis son procès à la Libération pour «attitude collaborationniste» avec l’Allemagne nazie mettent fin aux espoirs de Claude de réaliser son rêve. Il meurt en 1960.

On dit que le puits d’arrivée d’eau froide de l’expérience ETM de Cuba, baptisée «Piscine de Claude», serait devenue la piscine d’eau de mer favorite des écoliers de Matanzas.

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