La mer source
d’énergie thermique
Cette réalisation de chauffage thermodynamique réalisée en France à
Marseille sous le nom Thassalia est l'opportunité
pour l'auteur de ce site d’attirer
l’attention du lecteur sur le fait que la température de l'eau de mer va en
décroissant au fur et à mesure que l'on s'enfonce sous la surface de l'océan
alors qu'elle augmente lorsque l'on s'enfonce dans le sol. Vu les températures
requises pour produire de l'énergie il est probable que l’homme n'est pas
près de produire de l’énergie électrique industriellement et surtout
économiquement en utilisant la mer. Il en est tout autrement de l’énergie
thermique.
L'invention du terme "gothermie" par
l'usine nouvelle montre encore une fois la confusion des genres qui règne
toujours entre les interactions nucléaires forte et faible en ce
qui concerne les formes
d'énergies. Il va devenir urgent que le Grand Larousse en 5 volumes ajoute
en urgence le mot aquathermie dans son recueil de mots ou que Bernard
Pivot qui a été "mangé par les mots" prenne la décision de le faire.
Ceci afin que nous puissions faire enfin la distinction entre la géothermie et
l'aquathermie, entre le suffixe géo (sol) et le suffixe aqua (eau).
Il va falloir aussi que nous prenions acte que l'eau, formidable
véhicule thermique, est autant sensible à l'interaction nucléaire des
rayons solaires qu'à la chaleur souterraine de l'interaction nucléaire.
Lorsque l’on
sait que près de la moitié de la population mondiale vit à moins de 100 km du
littoral on mesure combien le complexe de chauffage et de climatisation Thassalia près de
Marseille annoncé
sur internet à mi mot par l’Usine Nouvelle est très important pour le
devenir énergétique de l’homme. Ceci dans la mesure où ce complexe récupère la
chaleur thermique renouvelable contenue dans la mer pour son confort. Et ceci
en été comme en hiver dans la mesure où il refroidit l’eau de mer en hiver pour
chauffer l’habitat et où il la réchauffe pour le climatiser en été. Cette importante réalisation de 35 millions d’€ a été
financée avec l’aide de la région PACA et par Engie au travers des mécanismes financiers associées à la fiscalité
de la taxe carbone contrôlés par l’Ademe.
On se demande pourquoi Engie, fournisseur de gaz a qualifié cette importante station de
pompage associée à une grosse pompe à chaleur de « géothermie
marine ». Ceci alors que tous les transferts d’énergie thermique
venant de la mer vers les bâtiments ou y retournant sont assurés par de l’eau
salé côté mer et par de l’eau douce côté bâtiments. On ne peut que regretter à
nouveau cette regrettable confusion des genres. L’appellation « aquathermie
marine » aurait pour cette raison été certainement mieux adaptée.
Quoiqu’il en soit, ce qui compte, c’est le résultat escompté de cette
réalisation de 19 MW et ceci qu’elle soit en mode chauffage où en mode
climatisation. Les deux figures ci-dessous donnent une idée du fonctionnement
dans son principe de base. Elles permettent de comprendre pourquoi les deux ∆T de
quelque 7°C sont sensiblement équivalents. La première tranche vient d’être inaugurée en octobre
2016. Les quelque 500 000 logements et bureaux qui pourront être chauffés ou climatisés à la fin de ce
projet vont bénéficier d’un rabais de leurs charges de chauffage et climatisation
par le fait que 70% de l’énergie thermique nécessaire est prélevée dans la mer.
Cela correspondant sensiblement à un COP de 3,3 avec un besoin en énergie
primaire et une émission de gaz à effet de serre diminué dans les mêmes
proportions.
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A noter qu’en
Méditerranée la température
à - 1000 m de fond est voisine de 5°C en se modifiant assez peu
entre l'hiver et l'été Certes les
conditions de température d’une mer interne comme la mer méditerranée sont
différentes de celles régissant les océans en région tropicale mais nul doute
que ce genre d’équipement va pouvoir moyennant adaptation trouver acquéreur. |
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Sur la gauche période hivernale sur la droite période estivale(SHOM, IGN,ESRI)
Deux modes de marche
distinctes régissent le fonctionnement de l’ensemble :
- L'hiver mode chauffage (On refroidi l’eau de mer)
Pompage de l’eau de mer à faible profondeur (– 5
m) à une température voisine de
14°C avec rejet à environ 7°C à quelque
-1000m
∆T environ 7°C (l'eau de mer gèle à -2°C)
Figure 1
COP théorique = Tc /(Tc
– Tf) = (273 + 80)/(80 – 14) = 5,35.
En pratique la température de la source
chaude limitée à 60°C a permis d’obtenir des COP réels voisin de 4 soit 1 kWh
électrique consommé pour 4 kWh thermique délivrée pour le chauffage de
l’habitat
- L'été mode climatisation (On réchauffe l’eau de mer)
Pompage de l’eau
de mer à - 1000m à une température voisine de 7°C avec rejet à environ 14°C à 5m de la surface
∆T à nouveau environ 7°C
Figure 2
Pour compréhension de la valve faisant la commutation
voir les principaux
composants d’une PAC eau eau
Alors que la température de l’eau de mer est constante à
grande profondeur et proche de 5° C en Méditerranée en dessous de 1000 m, elle évolue plus ou moins en surface selon la
saison.
A une profondeur de 5 m, elle varie par exemple entre 14
et 22 °C selon que l’on est en hiver ou en été.
Lorsque Thassalia fonctionne
en hiver en pompe à chaleur conventionnelle en chauffant les bâtiments, la
température de la source froide est donc voisine de 14° soit sensiblement 4 °C
au-dessus de la température de la source froide d’une PAC sur nappe
conventionnelle améliorant le COP de la pompe à chaleur par rapport à une PAC
sur nappe conventionnelle. Par le fait que les deux ∆T
soient sensiblement les mêmes, la puissance en mode chaud (chauffage) est
équivalentes à celle en mode froid
(climatisation). A noter que cette capacité de pouvoir disposer autant
d'énergie pour la climatisation que pour le chauffage correspond bien au besoin
de l'homme dans une région où il fait plutôt
chaud l'été (40°C ) et pas très froid l'hiver (0°C). En effet la différence
hiver-été entre la température extérieure et avec une
température de confort de 20°C est la même au signe près - 20°C et +
20°C. Cela signifie que les débits d'eau de mer circulant dans l'échangeur de
température assurant la fonction évaporateur en
mode chauffage et condenseur en mode chauffage sont les mêmes ce qui simplifie
le circuit et sa compréhension. Les débits d'eau sont loin d'être négligeables
puisqu'en chauffant 500 000 logements sur la base d'une déperdition de 50 kWh
par m² habitable conforme à la RT2012 la déperdition annuelle
prévisible est de 250 000 000 kWh.
Quelques
calculs pour situer approximativement le complexe :
Sur la base d'une puissance de 19 MW
(19 000 kW) le
débit d'eau de mer requis dans l'échangeur à contre-courant constituant
l'évaporateur est égal à
Q = 19 000/(1,16
x 6) soit Q = 2300 m3/h
Soit à la vitesse de 1m/s compatible avec ce genre d'équipement une tuyauterie
de 0,75 m2 ayant un diamètre intérieur proche de 1m
Avec une viscosité cinématique de l'eau à 7°C voisine de 1,3 centistoke Voir l’eau
véhicule thermique
Et les pertes de charges en
ligne du logiciel OCES
La mer lieu de stockage de l’énergie électrique