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Techno/Médias

Qu'est-ce que l'énergie osmotique? Définition, avantages et inconvénients

©Eviart/Shutterstock

L’énergie osmotique fait partie des énergies marines. Elle est capable de produire de l’électricité à partir de la pression induite par la différence de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce des fleuves. Non exploitée pour des raisons technologiques, elle pourrait pourtant couvrir dans l’avenir un tiers de nos besoins énergétiques.

L'énergie osmotique : définition et intérêt

L’énergie osmotique est une énergie renouvelable appartenant au groupe des énergies marines. Elle est capable de produire de l’électricité à partir du mouvement chimique des molécules créé par la différence de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce des fleuves lorsqu’elles se rencontrent. Ce mouvement s’appelle l’osmose, son potentiel énergétique est comparable à une chute d’eau.

Cette énergie est au stade de l’expérimentation. Aucune centrale osmotique n’a été construite à ce jour. Toutefois, elle est très prometteuse puisqu’elle peut être produite partout dans le monde à l’embouchure des fleuves. Au niveau mondial, elle pourrait produire 1.700 TWh d’électricité par an, ce qui est considérable (le nucléaire en produit 2.700).

Fonctionnement de l’énergie osmotique :

  • L’eau douce et l’eau de mer sont pompées dans leur milieu naturel
  • L’eau de la mer est filtrée puis pressurisée dans un échangeur de pression
  • 80 à 90% de l’eau douce pompée traverse une membrane semi-perméable, ce qui provoque une surpression dans le bassin d’eau salée et augmente le débit. 1/3 de cette eau est dirigée vers une turbine pour y produire de l’électricité. Le reste est acheminé vers l’échangeur de pression pour pressuriser à nouveau l’eau de mer pompée

Bon à savoir : L’état cherche à favoriser les installations de matériel centré autour des énergies renouvelables. Pour cela le gouvernement propose des aides financières et une prime énergie aux particuliers ou professionnels qui souhaitent avancer sur ce type de projets.

1. L'énergie osmotique : futur de l'énergie ?

Il est difficile d’évaluer la place de l’énergie osmotique parmi les énergies renouvelables dans le futur. Ce qui est sûr, c’est qu’une centrale osmotique aurait de nombreux avantages : elle produirait une énergie totalement propre (sans aucun polluant) et sans bruit (à l’inverse de l’éolien par exemple). De plus, elle serait capable de couvrir 1/10 des besoins en électricité.

2. Avantages et inconvénients de l'énergie osmotique

La recherche avance sur le sujet en vue d’éliminer les inconvénients majeurs de l’énergie osmotique, notamment le faible rendement des membranes semi-perméables.

Avantages de l’énergie osmotique :

  • Renouvelable
  • Aucune dépendance au climat
  • Capable de fonctionner 8.000 heures par an (soit 3 à 4 fois plus qu’une éolienne)
  • Pas de rejet de CO2 ni de de problème de radioactivité
  • Peu d’aménagements des estuaires (à l’inverse d’un barrage hydraulique)

Inconvénients de l’énergie osmotique :

  • Production de membranes à grande échelle impossible
  • Rendement limité par le manque de performance des membranes
  • Coût de production des membranes élevé
  • Estuaires déjà urbanisés ou industrialisés

Les chercheurs tentent de mettre en place des condensateurs susceptibles de remplacer les membranes semi-perméables.

Comment est-ce que l'énergie osmotique produit-elle de l'électricité ?

Il existe deux techniques pour produire de l’électricité à partir de cette énergie : l’osmose à pression retardée et l’électrodialyse inverse.

Caractéristiques des deux techniques :

Type de techniques

Fonctionnement

Avantage

Inconvénient

Osmose à pression retardée

Pressurisation de l’eau salée

Phénomène naturel

Membranes chères à produire

Electrodialyse inverse

Migration des ions positifs et négatifs

Phénomène naturel

Membranes chères à produire

1. L'osmose à pression retardée

Cette technique nécessite deux bassins séparés par la membrane semi-perméable. Dans l’un se trouve de l’eau douce et dans l’autre de l’eau salée. Les molécules d’eau douce qui traversent la membrane augmentent la pression dans le bassin d’eau salée. Cette eau sous pression est envoyée dans une turbine qui fabrique l'électricité.

L’avantage est que la pression de l’eau produit de l’électricité à la manière d’un barrage hydraulique.

L’inconvénient est que la technique suscite peu d’investissements par manque d’engouement. Il faut dire qu’en l’état actuel de la recherche, une centrale osmotique nécessiterait 200.000m2 de membranes pour produire 1MW d’électricité.

2. L'électrodialyse inverse

La technique ici repose sur la composition de l’eau salée. Elle contient des ions de sodium dont la charge est positive et des ions de chlorure dont la charge est négative. L’électrodialyse inverse nécessite également deux bassins séparés par une membrane. C’est au cours de la migration des ions à travers elle que les solutions se chargent et produisent un courant électrique.

Pour pallier la faible performance de la membrane, des chercheurs de l’école Polytechnique ont mis au point avec succès une membrane d’une épaisseur de 3 atomes. Une surface d’1m2 de cette membrane serait capable de produire 1MW d’électricité.

L’avantage de cette technologie est qu’elle fait ses preuves. L’inconvénient est qu’aucune centrale n’est envisagée faute d’investissements.

Bon à savoir : l’électrodialyse reste la technologie la plus prometteuse en raison de son potentiel de rendement.

Énergie osmotique : comparaisons

L’énergie osmotique représente à l’heure actuelle seulement 0.1% du mix énergétique mondial (énergies renouvelables, énergie fossiles et énergie nucléaire).

1. L'énergie osmotique et les autres énergies renouvelables

L’énergie osmotique est une énergie verte au même titre que l’éolien, la géothermie, la biomasse ou le solaire. Le principe de l’énergie verte est qu’elle produit très peu de polluants à l’inverse des énergies fossiles dont l’exploitation génère d’importants rejets de CO2.

De plus, ces énergies dites renouvelables sont inépuisables. Si le solaire, l’éolien ou encore la géothermie nécessitent des investissements coûteux, l’énergie osmotique en revanche pourrait produire de grandes quantités d’électricité à moindre coût.

Comparaison entre les différentes énergies vertes

 

Type d’énergie renouvelable

Provenance

Usage

Pourcentage du mix énergétique verte

Inconvénients

Eolien

Vent

Electricité

12.7%

Dépendant du climat

Solaire

Soleil

Electricité

4.9%

Dépendant du climat

Biomasse

Déchets, bois

Biogaz

4%

Risque de surexploitation forestière

Pompes à chaleur

Air, eau, sol

Chaleur

10.1%

Équipements onéreux

Hydraulique

Eau

Hydroélectricité

19.3%

Impact environnemental sur les cours d’eau

Géothermie

Sol

Chaleur, électricité

1.7%

Impact environnemental (risque de séisme)

Osmose

Mer/fleuve

Electricité

0.1%

Coûteux

 

Bon à savoir : Les pompes à chaleur bénéficient d’aides financières importantes de la part de l’état et des collectivités locales au titre de la transition énergétique. Les particuliers peuvent également financer leur reste à charge par un éco-prêt à taux zéro.

2. L'énergie osmotique et les énergies fossiles

 

Les énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole) utilisent la combustion pour produire de l’électricité. Si elles sont naturellement présentes dans le sol, elles ne se renouvellent qu’à l’échelle du temps géologique (plusieurs millions d’années).

Leurs réserves ne sont donc pas inépuisables. De plus, la combustion est à l’origine d’une très forte pollution. Malgré tout, elles représentent encore les ¾ de la consommation mondiale (transport, électricité, industrie, logement).

Comparaison de leurs principales caractéristiques

 

Type d’énergie renouvelable

Provenance

Usage

Pourcentage du mix énergétique

Avantages

Inconvénients

Gaz

Norvège

Russie

Canada, USA

Iran, Qatar

Electricité

Chauffage

Production d’eau chaude

20.9%

Transportable

Emission de gaz à effet de serre

Prix volatil

Réserve limitées

Charbon

Kazakhstan

Russie

Australie

Etats-Unis

Electricité

chauffage

27%

Grosses réserves

Erosion des sols

Emission de CO2

Energie la plus polluante

Pétrole

Moyen-Orient, Afrique, Russie, Kazakhstan

Electricité

Chauffage

carburant

34.3%

Transportable

Pollution air et mer

Prix volatil

Réserves limitées

Énergie osmotique

Partout dans le monde

électricité

0.1%

Inépuisable

propre

A l’état de projet

 

3. L'énergie osmotique et l'énergie nucléaire

Contrairement aux apparences, l’énergie nucléaire est considérée comme une énergie verte à l’instar de l’énergie osmotique dans la mesure où elle n’émet pas de gaz à effet de serre. Les inconvénients du nucléaire se situent au niveau des risques de fuite et de la gestion des déchets radioactifs. Ces problèmes seraient nettement moins importants si la technologie par fusion était utilisée.

L’énergie nucléaire se sert de l’uranium pour produire de l’électricité par fission. Les réserves sont très importantes (plusieurs siècles).

 

Principales caractéristiques du nucléaire comparées à l’énergie osmotique

 

Type d’énergie renouvelable

Provenance

Usage

Pourcentage du mix énergétique

Avantages

Inconvénients

Nucléaire

Afrique (Niger, Afrique du sud)

Asie (Kazakhstan, Ouzbékistan, Chine, Mongolie)

Europe (Ukraine, Russie)

Amérique (Canada, USA, Brésil)

Electricité

10.1% pour la production d’électricité

Fort rendement

Réserves importantes

Pas d’émission de gaz à effet de serre

Gestion des déchets

Risques technologiques

Durée de vie d’une centrale : 40 ans

Énergie osmotique

Partout dans le monde

Electricité

0%

Fort potentiel

Energie verte

Aucune centrale

Technologie onéreuse