Filière d’énergie renouvelable. L’énergie .ÉTAT DE LA SITUATION– La filière osmotique

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  • LNERGIE OSMOTIQUE

    FILIRE DNERGIE RENOUVELABLE

  • TAT DE LA SITUATION

    La filire osmotique est rendue ltape du prototype et de la dmonstration. Chef de file mondial dans le domaine de lnergie osmotique, Statkraft a test sur la priode 2009-2013 un prototype de centrale osmotique dans le fjord dOslo, en Norvge.

    Entre fvrier 2012 et dcembre 2013, Statkraft et Hydro- Qubec ont ralis en partenariat des travaux de R-D dans le domaine de lnergie osmotique. Elles ont cherch surtout dvelopper des techniques de prtraitement de leau, mesurer limpact de la qualit de leau sur la performance des membranes et valuer les impacts du procd sur le plan du dveloppement durable.

    POTENTIEL OSMOTIQUE

    Au Canada, les embouchures des grandes rivires offrent un po-tentiel de dveloppement osmotique considrable long terme.

    Au Qubec, des tudes (2011) de lInstitut de recherche dHydro-Qubec ont situ 1 860 MW le potentiel osmotique exploitable pour les 30 grandes rivires dbouchant dans un milieu sal. Quatorze dentre elles (1 060 MW) se jettent dans lestuaire et le golfe du Saint-Laurent. Le dfi qui se pose aujourdhui : produire de lnergie osmotique un cot com-ptitif lhorizon 2020.

    RENDEMENT ET COTS

    Statkraft a prvu, une fois que la technologie serait rendue maturit, que le cot de production brut stablirait entre 7 et 14 /kWh. Le cot net devrait tenir compte dun rendement des centrales de 60 75 %.

    AVANTAGES ET INCONVNIENTS

    [ Production prvisible et continue.

    [ Flexibilit pour de petites ou de grandes installations.

    [ Concept volutif ou modulaire (module de membrane ajout au besoin), permettant daugmenter la puissance installe.

    [ Production dnergie prs des centres de consommation, limitant les besoins de transport dlectricit.

    [ Potentiel intressant de sites dimplantation.

    [ Technologie proche et complmentaire de celle de la filire hydrolectrique. Les centrales osmotiques peuvent tre implantes sur des rivires dj amnages.

    [ Risque lev dencrassement et de dgradation graduelle des membranes semi-permables, ncessitant un prtrai-tement pouss de leau douce et un remplacement prio-dique (5-7 ans) des membranes.

    LNERGIE DE LEAU

    NERGIE OSMOTIQUE :

    NERGIE TIRE DE LA

    DIFFRENCE DE SALINIT

    ENTRE LEAU DE MER ET

    LEAU DOUCE QUI, AU

    MOYEN DUNE TURBINE,

    EST TRANSFORME EN

    LECTRICIT.

    En couverture : Prototype decentrale osmotique de Statkraft, enNorvge. Statkraft

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  • DVELOPPEMENT DURABLE

    Les impacts environnementaux et sociaux de lexploitation et de lentretien dune centrale osmotique sont pour le moment mal connus. Cependant, ils sapparentent en partie ceux dune usine de traitement de leau (avec membrane), qui eux sont bien documents :

    [ Modification de lhabitat et de la vgtation pouvant affecter la faune aquatique. Entre autres raisons : les modifications de salinit et les rejets deau saumtre de faon rgulire et en quantit peuvent changer le mlange naturel deau de rivire et deau de mer.

    [ Effets potentiels dcoulant de lusage de produits de nettoyage.

    [ Gnration de matires rsiduelles humides (boues et membranes uses).

    [ Effets sur le milieu daccueil prvoir, sil y a ncessit damnager une digue ou un bassin pour optimiser le po-tentiel dun site dimplantation.

    [ Conflits possibles avec les activits de navigation, de pche, etc.

    [ Zro mission de gaz effet de serre et de contaminants atmosphriques lors de lexploitation.

    POUR EN SAVOIR DAVANTAGE

    Fonctionnement dune centrale osmotique

    Potentiel osmotique du Canada

    Prototype de Statkraft

    Recherches dans le monde

    Changements climatiques et qualit de lair

    Analyse du cycle de vie

    cosystmes et biodiversit

    Sant et qualit de vie

    Amnagement du territoire

    conomie rgionale

    Acceptabilit sociale

    +

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  • Fonctionnement dunecentraleosmotique

    Lorsquon spare de leau douce et de leau sale avec une membrane semi-permable, leau douce migre par osmose vers leau sale, ce qui augmente la pression du ct de leau sale. Cest la pression osmotique. Elle sert faire tourner une turbine.

    La pression osmotique est la base du procd de pro-duction dnergie conu dans les annes 1970 par lAmricain Sydney Loeb, mais dvelopp et exploit par le groupe norv-gien Statkraft entre 1997 et 2013.

    Une centrale osmotique comporte peu dlments :

    [ Une membrane semi-permable contenue dans des modules.

    [ Des filtres eau douce et eau sale qui servent optimiser la performance de la membrane.

    [ Une turbine qui gnre une force motrice en fonction dune pression osmotique et dun dbit de permation ( vitesse dcoulement).

    [ Un changeur de pression qui pressurise lamene deau sale nouvelle ncessaire au maintien dune salinit leve en aval de la membrane.

    UNE RESSOURCE DURABLE

    Rejet de concentrat

    Membrane

    Turbine

    Eau saumtre

    Eau douce

    Eau sale

    changeur de pression

    Prtraitement

    Prtraitement

    PRODUCTION DLECTRICIT

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  • Prototype de Statkraft

    Centrale osmotique dHurum, danslefjorddOslo, en Norvge

    Statkraft avait install son prototype de centrale osmotique (4 kW) dans la papetire Tofte, Hurum. Cette centrale utilisait leau de mer du fjord et leau douce dune rivire proximit circulant dans deux chambres spares par une membrane semi-permable. Type de technologie : osmose contre- pression ou technologie PRO (Pressure Retarded Osmosis).

    Recherches dans le monde

    Depuis 2007, Deltares, le centre nerlandais de recherches sur les technologies appliques de leau, du sol et du sous-sol, travaille en partenariat avec des entreprises et dautres centres de recherche dans le domaine de lnergie osmotique. Dans le cadre du programme nerlandais de dmonstration Blue Energy en cours, on cherche dmontrer le potentiel de production dlectricit selon le principe de losmose contre-pression. En novembre 2014, une centrale de 50 kW a t inaugure aux Pays-Bas.

    Wetsus, un centre de dveloppement de technologies du-rables de leau, uvre dans la conception et le dveloppement de la technologie dlectrodialyse inverse (RED), toujours dans le cadre du programme Blue Energy. Il travaille en partenariat avec les firmes KEMA et Redstack.

    LUniversit du Connecticut, en collaboration avec lUniversi-t Yale, aux tats-Unis, a conu un moteur thermique osmotique utilisant le mlange HO-NH-CO en circuit ferm. Employ dabord pour dessaler leau partir de rejets thermiques, ce pro-cd, appel Engineered Osmosis, a t adapt la production dnergie. Il est commercialis par lentreprise Oasys Water.

    Potentiel osmotique du Canada

    SITES DE POTENTIEL OSMOTIQUE

    Colombie-Britannique 580 MW

    Manitoba 340 MW

    Ontario 250 MW

    Qubec 1 860 MW

    Terre-Neuve-et-Labrador 320 MW

    Territoires du Nord-Ouest 620 MW

    Nunavut 230 MW

    Site de potentiel osmotique

    Source : Institut de recherche dHydro-Qubec

    Note : Le potentiel osmotique (MW) correspond 15 % du dbit moyen desrivires rpertories.

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  • En 2009, le Tokyo Institute of Technology a mis en exploi-tation un prototype de centrale osmotique contre-pression prs de lendroit o est situ le Uminonakamichi Nata Sea Water Desalination Center Fukuoka, au Japon. Il visait rcuprer lnergie des gradients de salinit apparaissant linterface du concentrat dune usine de dessalement deau de mer et de leau douce sortant dune usine de traitement des eaux uses. Ce prototype a t intgr au projet Mega-ton Water System, qui portait sur la conception dune usine de dessalement deau de mer dun million de mtres cubes par jour et qui a t men de 2010 2013.

    Changements climatiques etqualitde lair

    Pour la filire osmotique, les missions de gaz effet de serre et de contaminants atmosphriques sont associes la fabri-cation et linstallation de lquipement. En exploitation, les centrales osmotiques ne gnrent pas dmissions.

    Analyse du cycle de vie

    Aucune analyse du cycle de vie des centrales osmotiques nest actuellement disponible. Cependant, limpact environnemen-tal de la filire osmotique serait similaire, estime-t-on, celui des autres filires dnergie renouvelable. Ce que toutes ont en commun, lexception de la filire de la biomasse : durant lexploitation, il ny a pas dmissions de gaz effet de serre ni de contaminants atmosphriques.

    cosystmes et biodiversit

    Les cosystmes aquatiques lembouchure des rivires dans les deltas et les estuaires sont des milieux fragiles. Cest pour-quoi il est important de bien connatre les impacts potentiels de lamnagement dune centrale osmotique sur :

    [ La topographie et la gomorphologie (rosion des berges, glissement de terrain, etc.).

    [ Les proprits des sdiments et du lit des cours deau (d-placement des sdiments, augmentation de la turbidit, compaction du sol).

    [ La qualit de leau (dversement de produits chimiques et deaux uses).

    [ Lhydrologie (modification des dbits et de la direction des courants, altration des zones de mlange deau douce et deau sale, etc.).

    [ Les espces animales et vgtales aquatiques de lendroit.

    [ Les oiseaux qui se nourrissent dans les vasires, riches en microorganismes et en mollusques, se trouvant dans la zone de balancement des mares.

    Les prlvements deau douce et deau sale et le rejet deau saumtre durant lexploitation pourraient modifier le pro-fil du panache deau douce lembouchure de la rivire. Rsul-tats : altration de lenvironnement, voire impact su