quand l'eau salée rencontre l'eau douce

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Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …? 71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique . « Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression » A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ? Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas) Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces. Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes : lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na + . Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on obtient une conversion du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable. Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie élaboration de membranes efficaces. Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013. Principe de fonctionnement des nanotubes Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358. Pression osmotique retardée (PRO) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentrations différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été mise en service par la compagnie Statkraft en 2009. L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans la mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer et donc une surpression. 1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante. La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m² D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Australie) Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13. Potentiel énergétique selon les concentrations salines Module de la centrale de Statkraft Electrodialyse inversée (RED) Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na + et une autre riche en Cl - . On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique. Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na + , Cl - ). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière. La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW. D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010 Localisation de la digue de Afsluitdijk - une énergie naturelle: pas besoin de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poissons, récupération des micro-organismes à l'aide de tambours rotatifs→ réintroduits dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourrait réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO 2 /an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO 2 , CH 4 et le N 2 O. Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ? - Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours. Pourquoi ces usines ne sont- elles pas plus répandues ? Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences. http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant. David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8. http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutro phisation-dorigine-anthropique/ IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY. Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100. Phénomène d’eutrophisation locale http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html Le principe de diffusion Eau salée: 30g (NaCl)/L Eau douce: 1g (NaCl)/L Uniformisation des concentrations dans un mélange - par mouvement de solutés: diffusion. -par mouvement de solvant (basse concentration vers haute concentration): osmose. La pression osmotique (П) de la solution est la pression nécessaire pour arrêter l’osmose. Membrane semi-perméable: passage de l’eau uniquement https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose Documentaire, 2015, diffuse par France 5 réalisé à Wetsus et à REDstack par Jérôme-Cécil Auffret : Du sel dans mon moteur, https://vimeo.com/137681053 Tableau comparatif de différentes sources d’énergie

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Page 1: Quand l'eau salée rencontre l'eau douce

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …?

71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique .

« Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression »

A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ?

Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas)

Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces.

Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes : lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na+. Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on obtient une conversion du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable.

Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie élaboration de membranes efficaces.

Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Principe de fonctionnement des nanotubes

Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes

Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech

Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358.

Pression osmotique retardée (PRO) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentrations différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été mise en service par la compagnie Statkraft en 2009.

L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans la mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer et donc une surpression.

1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante.

La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m²

D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Australie)

Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13.

Potentiel énergétique selon les concentrations salines

Module de la centrale de Statkraft

Electrodialyse inversée (RED)

Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na+ et une autre riche en Cl-. On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique.

Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na+, Cl-). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière.

La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW.

D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010

Localisation de la digue de Afsluitdijk

- une énergie naturelle: pas besoin de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poissons, récupération des micro-organismes à l'aide de tambours rotatifs→ réintroduits dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourrait réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2/an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ?

- Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours.

Pourquoi ces usines ne sont-elles pas plus répandues ?

Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences.

http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html

Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant.

David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8.

http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutrophisation-dorigine-anthropique/

IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY.

Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100.

Phénomène d’eutrophisation locale

http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html

Le principe de diffusion

Eau salée: 30g (NaCl)/L Eau douce: 1g (NaCl)/L

Uniformisation des concentrations dans un mélange - par mouvement de solutés: diffusion. -par mouvement de solvant (basse concentration vers haute concentration): osmose.

La pression osmotique (П) de la solution est la pression nécessaire pour arrêter l’osmose.

Membrane semi-perméable: passage de l’eau uniquement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose

Documentaire, 2015, diffuse par France 5 réalisé à Wetsus et à REDstack par Jérôme-Cécil Auffret : Du sel dans mon moteur,

https://vimeo.com/137681053

Tableau comparatif de différentes sources d’énergie

Page 2: Quand l'eau salée rencontre l'eau douce

Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces.

Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes (lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na+. Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on a obtient une conversions du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable.

Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie-> élaboration membranes efficaces.

Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Pression osmotique retardée (PRO) Electrodialyse inversée (RED) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentration différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été misé en service par la compagnie Statkraft en 2009.

L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer donc une surpression.

1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante.

La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m²

D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Anstralie)

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …?

71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique .

« Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression »

A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ?

Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na+ et une autre riche en Cl-. On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique.

Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na+, Cl-). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière.

- une énergie naturelle: pas besoins de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poisson, récupération des micro-organismes à l'aide de tambour rotatif → réintroduit dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourraient réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2 / an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ?

La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW.

- Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours.

Pourquoi ces usines ne sont-elles pas plus répandues ?

Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences.

http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html

http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html

D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010

Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant.

David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8.

http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutrophisation-dorigine-anthropique/

Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358.

Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13.

IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY.

Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100.

Potentiel énergétique selon les concentrations salines

Localisation de la digue de Afsluitdijk

Module de la centrale de Statkraft

Phénomène d’eutrophisation locale

Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas)

Principe de fonctionnement des nanotubes

Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes

Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech

Page 3: Quand l'eau salée rencontre l'eau douce

Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces.

Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes (lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na+. Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on a obtient une conversions du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable.

Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie-> élaboration membranes efficaces.

Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Pression osmotique retardée (PRO) Electrodialyse inversée (RED) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentration différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été misé en service par la compagnie Statkraft en 2009.

L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer donc une surpression.

1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante.

La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m²

D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Anstralie)

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …?

71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique .

« Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression »

A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ?

Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na+ et une autre riche en Cl-. On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique.

Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na+, Cl-). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière.

- une énergie naturelle: pas besoins de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poisson, récupération des micro-organismes à l'aide de tambour rotatif → réintroduit dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourraient réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2 / an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ?

La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW.

- Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours.

Pourquoi ces usines ne sont-elles pas plus répandues ?

Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences.

http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html

http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html

D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010

Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant.

David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8.

http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutrophisation-dorigine-anthropique/

Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358.

Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13.

IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY.

Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100.

Potentiel énergétique selon les concentrations salines

Localisation de la digue de Afsluitdijk

Module de la centrale de Statkraft

Phénomène d’eutrophisation locale

Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas)

Principe de fonctionnement des nanotubes

Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes

Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech

Le principe de diffusion

Eau salée: 30g (NaCl)/L Eau douce: 1g (NaCl)/L

Uniformisation des concentrations dans un mélange - par mouvement de solutés: diffusion. -par mouvement de solvant (basse concentration vers haute concentration): osmose.

La pression osmotique (П) de la solution est la pression nécessaire pour arrêter l’osmose.

Membrane semi-perméable: passage de l’eau uniquement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose

Documentaire, 2015, diffuse par France 5 réalisé à Wetsus et à REDstack par Jérôme-Cécil Auffret : Du sel dans mon moteur,

https://vimeo.com/137681053

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Australie)

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Page 4: Quand l'eau salée rencontre l'eau douce

Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces.

Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes (lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na+. Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on a obtient une conversions du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable.

Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie-> élaboration membranes efficaces.

Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Pression osmotique retardée (PRO) Electrodialyse inversée (RED) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentration différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été misé en service par la compagnie Statkraft en 2009.

L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer donc une surpression.

1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante.

La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m²

D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Anstralie)

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …?

71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique .

« Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression »

A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ?

Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na+ et une autre riche en Cl-. On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique.

Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na+, Cl-). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière.

- une énergie naturelle: pas besoins de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poisson, récupération des micro-organismes à l'aide de tambour rotatif → réintroduit dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourraient réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2 / an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ?

La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW.

- Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours.

Pourquoi ces usines ne sont-elles pas plus répandues ?

Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences.

http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html

http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html

D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010

Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant.

David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8.

http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutrophisation-dorigine-anthropique/

Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358.

Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13.

IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY.

Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100.

Potentiel énergétique selon les concentrations salines

Localisation de la digue de Afsluitdijk

Module de la centrale de Statkraft

Phénomène d’eutrophisation locale

Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas)

Principe de fonctionnement des nanotubes

Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes

Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech

Le principe de diffusion

Eau salée: 30g (NaCl)/L Eau douce: 1g (NaCl)/L

Uniformisation des concentrations dans un mélange - par mouvement de solutés: diffusion. -par mouvement de solvant (basse concentration vers haute concentration): osmose.

La pression osmotique (П) de la solution est la pression nécessaire pour arrêter l’osmose.

Membrane semi-perméable: passage de l’eau uniquement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose

Documentaire, 2015, diffuse par France 5 réalisé à Wetsus et à REDstack par Jérôme-Cécil Auffret : Du sel dans mon moteur,

https://vimeo.com/137681053

Page 5: Quand l'eau salée rencontre l'eau douce

Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces.

Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes (lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na+. Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on a obtient une conversions du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable.

Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie-> élaboration membranes efficaces.

Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Pression osmotique retardée (PRO) Electrodialyse inversée (RED) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentration différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été misé en service par la compagnie Statkraft en 2009.

L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer donc une surpression.

1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante.

La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m²

D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Anstralie)

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …?

71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique .

« Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression »

A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ?

Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na+ et une autre riche en Cl-. On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique.

Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na+, Cl-). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière.

- une énergie naturelle: pas besoins de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poisson, récupération des micro-organismes à l'aide de tambour rotatif → réintroduit dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourraient réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2 / an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ?

La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW.

- Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours.

Pourquoi ces usines ne sont-elles pas plus répandues ?

Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences.

http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html

http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html

D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010

Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant.

David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8.

http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutrophisation-dorigine-anthropique/

Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358.

Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13.

IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY.

Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100.

Potentiel énergétique selon les concentrations salines

Localisation de la digue de Afsluitdijk

Module de la centrale de Statkraft

Phénomène d’eutrophisation locale

Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas)

Principe de fonctionnement des nanotubes

Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes

Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech

Le principe de diffusion

Eau salée: 30g (NaCl)/L Eau douce: 1g (NaCl)/L

Uniformisation des concentrations dans un mélange - par mouvement de solutés: diffusion. -par mouvement de solvant (basse concentration vers haute concentration): osmose.

La pression osmotique (П) de la solution est la pression nécessaire pour arrêter l’osmose.

Membrane semi-perméable: passage de l’eau uniquement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose

Documentaire, 2015, diffuse par France 5 réalisé à Wetsus et à REDstack par Jérôme-Cécil Auffret : Du sel dans mon moteur,

https://vimeo.com/137681053

- une énergie naturelle: pas besoin de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poissons, récupération des micro-organismes à l'aide de tambours rotatifs→ réintroduits dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourrait réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2/an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Page 6: Quand l'eau salée rencontre l'eau douce

Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces.

Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes (lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na+. Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on a obtient une conversions du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable.

Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie-> élaboration membranes efficaces.

Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Pression osmotique retardée (PRO) Electrodialyse inversée (RED) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentration différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été misé en service par la compagnie Statkraft en 2009.

L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer donc une surpression.

1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante.

La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m²

D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Anstralie)

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …?

71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique .

« Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression »

A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ?

Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na+ et une autre riche en Cl-. On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique.

Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na+, Cl-). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière.

- une énergie naturelle: pas besoins de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poisson, récupération des micro-organismes à l'aide de tambour rotatif → réintroduit dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourraient réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2 / an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ?

La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW.

- Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours.

Pourquoi ces usines ne sont-elles pas plus répandues ?

Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences.

http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html

http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html

D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010

Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant.

David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8.

http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutrophisation-dorigine-anthropique/

Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358.

Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13.

IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY.

Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100.

Potentiel énergétique selon les concentrations salines

Localisation de la digue de Afsluitdijk

Module de la centrale de Statkraft

Phénomène d’eutrophisation locale

Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas)

Principe de fonctionnement des nanotubes

Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes

Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech

Le principe de diffusion

Eau salée: 30g (NaCl)/L Eau douce: 1g (NaCl)/L

Uniformisation des concentrations dans un mélange - par mouvement de solutés: diffusion. -par mouvement de solvant (basse concentration vers haute concentration): osmose.

La pression osmotique (П) de la solution est la pression nécessaire pour arrêter l’osmose.

Membrane semi-perméable: passage de l’eau uniquement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose

Documentaire, 2015, diffuse par France 5 réalisé à Wetsus et à REDstack par Jérôme-Cécil Auffret : Du sel dans mon moteur,

https://vimeo.com/137681053

Page 7: Quand l'eau salée rencontre l'eau douce

Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces.

Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes (lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na+. Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on a obtient une conversions du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable.

Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie-> élaboration membranes efficaces.

Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Pression osmotique retardée (PRO) Electrodialyse inversée (RED) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentration différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été misé en service par la compagnie Statkraft en 2009.

L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer donc une surpression.

1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante.

La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m²

D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Anstralie)

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …?

71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique .

« Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression »

A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ?

Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na+ et une autre riche en Cl-. On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique.

Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na+, Cl-). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière.

- une énergie naturelle: pas besoins de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poisson, récupération des micro-organismes à l'aide de tambour rotatif → réintroduit dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourraient réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2 / an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ?

La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW.

- Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours.

Pourquoi ces usines ne sont-elles pas plus répandues ?

Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences.

http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html

http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html

D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010

Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant.

David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8.

http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutrophisation-dorigine-anthropique/

Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358.

Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13.

IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY.

Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100.

Potentiel énergétique selon les concentrations salines

Localisation de la digue de Afsluitdijk

Module de la centrale de Statkraft

Phénomène d’eutrophisation locale

Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas)

Principe de fonctionnement des nanotubes

Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes

Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech

Le principe de diffusion

Eau salée: 30g (NaCl)/L Eau douce: 1g (NaCl)/L

Uniformisation des concentrations dans un mélange - par mouvement de solutés: diffusion. -par mouvement de solvant (basse concentration vers haute concentration): osmose.

La pression osmotique (П) de la solution est la pression nécessaire pour arrêter l’osmose.

Membrane semi-perméable: passage de l’eau uniquement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose

Documentaire, 2015, diffuse par France 5 réalisé à Wetsus et à REDstack par Jérôme-Cécil Auffret : Du sel dans mon moteur,

https://vimeo.com/137681053

Page 8: Quand l'eau salée rencontre l'eau douce

Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces.

Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes (lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na+. Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on a obtient une conversions du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable.

Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie-> élaboration membranes efficaces.

Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Pression osmotique retardée (PRO) Electrodialyse inversée (RED) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentration différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été misé en service par la compagnie Statkraft en 2009.

L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer donc une surpression.

1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante.

La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m²

D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Anstralie)

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …?

71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique .

« Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression »

A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ?

Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na+ et une autre riche en Cl-. On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique.

Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na+, Cl-). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière.

- une énergie naturelle: pas besoins de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poisson, récupération des micro-organismes à l'aide de tambour rotatif → réintroduit dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourraient réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2 / an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ?

La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW.

- Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours.

Pourquoi ces usines ne sont-elles pas plus répandues ?

Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences.

http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html

http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html

D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010

Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant.

David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8.

http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutrophisation-dorigine-anthropique/

Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358.

Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13.

IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY.

Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100.

Potentiel énergétique selon les concentrations salines

Localisation de la digue de Afsluitdijk

Module de la centrale de Statkraft

Phénomène d’eutrophisation locale

Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas)

Principe de fonctionnement des nanotubes

Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes

Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech

Le principe de diffusion

Eau salée: 30g (NaCl)/L Eau douce: 1g (NaCl)/L

Uniformisation des concentrations dans un mélange - par mouvement de solutés: diffusion. -par mouvement de solvant (basse concentration vers haute concentration): osmose.

La pression osmotique (П) de la solution est la pression nécessaire pour arrêter l’osmose.

Membrane semi-perméable: passage de l’eau uniquement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose

Documentaire, 2015, diffuse par France 5 réalisé à Wetsus et à REDstack par Jérôme-Cécil Auffret : Du sel dans mon moteur,

https://vimeo.com/137681053

Page 9: Quand l'eau salée rencontre l'eau douce

Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces.

Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes (lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na+. Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on a obtient une conversions du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable.

Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie-> élaboration membranes efficaces.

Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Pression osmotique retardée (PRO) Electrodialyse inversée (RED) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentration différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été misé en service par la compagnie Statkraft en 2009.

L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer donc une surpression.

1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante.

La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m²

D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Anstralie)

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …?

71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique .

« Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression »

A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ?

Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na+ et une autre riche en Cl-. On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique.

Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na+, Cl-). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière.

- une énergie naturelle: pas besoins de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poisson, récupération des micro-organismes à l'aide de tambour rotatif → réintroduit dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourraient réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2 / an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ?

La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW.

- Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours.

Pourquoi ces usines ne sont-elles pas plus répandues ?

Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences.

http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html

http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html

D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010

Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant.

David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8.

http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutrophisation-dorigine-anthropique/

Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358.

Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13.

IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY.

Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100.

Potentiel énergétique selon les concentrations salines

Localisation de la digue de Afsluitdijk

Module de la centrale de Statkraft

Phénomène d’eutrophisation locale

Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas)

Principe de fonctionnement des nanotubes

Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes

Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech

Le principe de diffusion

Eau salée: 30g (NaCl)/L Eau douce: 1g (NaCl)/L

Uniformisation des concentrations dans un mélange - par mouvement de solutés: diffusion. -par mouvement de solvant (basse concentration vers haute concentration): osmose.

La pression osmotique (П) de la solution est la pression nécessaire pour arrêter l’osmose.

Membrane semi-perméable: passage de l’eau uniquement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose

Documentaire, 2015, diffuse par France 5 réalisé à Wetsus et à REDstack par Jérôme-Cécil Auffret : Du sel dans mon moteur,

https://vimeo.com/137681053

Page 10: Quand l'eau salée rencontre l'eau douce

Conclusions et perspectives L’énergie osmotique a donc un potentiel important, aujourd’hui limité par un frein technologique : les membranes peu efficaces.

Les nanotubes Intégration de nanotubes aux membranes (lorsqu’ il ya une différence de concentration en sels de chaque côté d’un canal chargé négativement (Bore/Azote), celui –ci attire les cations Na+. Ce phénomène associé à l’écoulement du fluide dans le tuyau, on a obtient une conversions du gradient de salinité en énergie électrique, directement utilisable.

Le générateur parfait Couplage des deux principes d’énergie osmotique, gradient de salinité et électrodialyse inversée, pour en retirer un maximum d’énergie-> élaboration membranes efficaces.

Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Pression osmotique retardée (PRO) Electrodialyse inversée (RED) La PRO est basée sur les mouvements d’eau entre deux solutions de concentration différentes, par exemple entre l’eau douce et l’eau de mer. De nombreux pays s’y intéressent aujourd’hui, comme la Norvège, où la première usine prototype a été misé en service par la compagnie Statkraft en 2009.

L’eau douce et l’eau salée sont respectivement prélevées dans le fleuve et dans mer, puis sont filtrées et menées à deux réservoirs séparés par une membrane en acétate de cellulose, dont les micropores laissent seulement passer les molécules d’eau. Sous l’effet de la différence de pression osmotique, 80 à 90% de l’eau douce traverse alors la membrane, ce qui provoque une augmentation de volume dans le réservoir d’eau de mer donc une surpression.

1/3 de l’eau -> turbine -> électricité 2/3 de l’eau -> échangeur de pression avec l’eau de mer entrante.

La membrane utilisée se présente sous forme de rouleaux appelés modules. 2000 m² de membrane dans l’usine 1 m²: 1 à 2 W d’électricité. => production totale : 2 à 4 KW Objectif pour rentabilité: 5W/m²

D’autres projets de recherche sont en cours (ex: Anstralie)

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce: une osmose rentable …?

71% de la surface du globe est recouverte par les océans. Là où l’eau douce rejoint l’eau de mer, au niveau des deltas et des estuaires, une énergie importante est libérée: l’énergie osmotique .

« Le delta de l'amazone produirait la puissance de 100 réacteurs nucléaires; quant à la puissance de la rencontre entre l'eau douce et l'eau salée, elle atteint 30 bars de pression »

A l’heure où la consommation énergétique mondiale poursuit sa croissance, l’exploitation d’une telle source d’énergie est-elle une solution envisageable ?

Les deux eaux en présence tendent à équilibrer leur concentration en sel. On utilise une membrane cationique (qui laisse passer les cations) et une membrane anionique (qui laisse passer les anions) séparant les réservoirs d’eau salée et d’eau douce : les ions vont migrer vers la solution la moins concentrée en sel, suivant un sens orienté par les membranes. On obtient ainsi une solution riche en Na+ et une autre riche en Cl-. On a alors une différence de potentiel entre ces deux solutions, ce qui permet un flux d’électrons et donc un courant électrique.

Ce processus est utilisé pour la production d’énergie électrique par l’entreprise REDstack aux Pays-Bas. L’usine prototype est située à Afsluitdijk, sur une digue de 42 Km reliant deux parties de la côte hollandaise et séparant la mer du Nord du lac d’IJssel. Le sel (NaCl) dissout dans l’eau est ionisé. Les atomes sont donc chargés négativement ou positivement (Na+, Cl-). L’électrodialyse inversée est basée sur le gradient de salinité entre l’eau de mer et l’eau de rivière.

- une énergie naturelle: pas besoins de combustion, de fusion etc... - non dépendante des conditions météorologiques → production constante d’électricité grâce au cycle de l'eau (contrairement à l’éolien ou au solaire). - des cahiers des charges pour l'environnement respectés : filtre à poisson, récupération des micro-organismes à l'aide de tambour rotatif → réintroduit dans l'eau de sortie. - adaptation aux estuaires des grands fleuves, des sites souvent urbanisés ayant un besoin énergétique important. - le remplacement des centrales à charbon avec la puissance de la salinité pourraient réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 8 Gt d'équivalent CO2 / an → soit 25 % , 27 % et 8% de réduction des émissions liées à l'énergie de CO2 , CH4 et le N2O.

Pourquoi convaincre les industries d’investir dans cette énergie ?

La puissance réelle mesurée de cette usine est de 50 KW.

- Contraintes géographiques : accès aux côtes, profondeur marine importante et fleuve au niveau d’eau suffisant et sans limon - Risques naturels liés aux littoraux et aux conflits d’usage - Impact environnemental? Modification possible des habitats (système PRO) : en changeant la concentration en nutriments en surface (-> risque d’eutrophisation locale), la température de surface, la salinité. Nettoyage chimique des membranes: seuil de toxicité Aucun effet significatif de l’usine sur les communautés benthiques prouvé. => Recherches à poursuivre. - coût financier et énergétique très incertain: estimation seulement. Eléments les plus coûteux : membranes, le prétraitement et le pompage de l’eau. - Rendements faibles car problèmes de technologie de membrane (solidité, performance, durée de vie, encrassement). Coût important (10 à 30€/m²). Recherches en cours.

Pourquoi ces usines ne sont-elles pas plus répandues ?

Joanna Kuleszo , Carolien Kroeze , Jan Post & Balázs M. Fekete (2010) The potential of blue energy for reducing emissions of CO2 and non-CO2 greenhouse gases, Journal of Integrative Environmental Sciences.

http://biology4ibdp.weebly.com/14-membrane-transport.html

http://hansvandenbos.pagesperso-orange.fr/Franse%20site/pays_bas.html

D’après un rapport de Salt Water Technologies - 2010

Gitmark, Walday, N. (2012). Environmental impacts by running an osmotic power plant.

David, B., Mora, A., & Rijck, A. De. (2015). Blue Energy : Salinity Gradient Power in Practice, 1–8.

http://beuvry.unblog.fr/2010/06/24/eutrophisation-dorigine-anthropique/

Helfer, F., Lemckert, C., & Anissimov, Y. G. (2014). Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis : Theory , performance and trends – A review. Journal of Membrane Science, 453, 337–358.

Helfer, F., Sahin, O., Lemckert, C. J., & Anissimov, Y. G. (2016). Salinity gradient energy : a new source of renewable energy in Australia, 3–13.

IRENA. (2014). SALINITY GRADIENT ENERGY.

Jia, Z., Wang, B., Song, S., & Fan, Y. (2014). Blue energy : Current technologies for sustainable power generation from water salinity gradient. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31, 91–100.

Potentiel énergétique selon les concentrations salines

Localisation de la digue de Afsluitdijk

Module de la centrale de Statkraft

Phénomène d’eutrophisation locale

Filtres à tambour (prototype des Pays-Bas)

Principe de fonctionnement des nanotubes

Schéma de la circulation d’eau dans les nanotubes

Camille Rousset, Benoît Browaeys, Nolwenn Le Doaré Janvier 2016 – M1 AETPF- AgroParisTech

Le principe de diffusion

Eau salée: 30g (NaCl)/L Eau douce: 1g (NaCl)/L

Uniformisation des concentrations dans un mélange - par mouvement de solutés: diffusion. -par mouvement de solvant (basse concentration vers haute concentration): osmose.

La pression osmotique (П) de la solution est la pression nécessaire pour arrêter l’osmose.

Membrane semi-perméable: passage de l’eau uniquement

https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose

Documentaire, 2015, diffuse par France 5 réalisé à Wetsus et à REDstack par Jérôme-Cécil Auffret : Du sel dans mon moteur,

https://vimeo.com/137681053

Tableau comparatif de différentes sources d’énergie