La Centrale Osmo-Végétale - EN 2050, QU'AUREZ-VOUS FAIT POUR LA PLANETE ?
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Jérémy DUTHEIL - 25 ans
Ingénieur en Chimie Verte – Doctorant en Bioénergies & Génétique
Prix Etudiant Epe-Metro 2012
EN 2050, QU’AUREZ-VOUS FAIT POUR LA PLANETE ?
La Centrale Osmo-Végétale
...de chasseurs-cueilleurs d’énergie à cultivateurs d’énergie
EN 2050, QU’AUREZ-VOUS FAIT POUR LA PLANETE ?
Vous aurez 60 ans, nous serons près de 10 milliards sur Terre.
Au rythme actuel, nous aurions besoin de trois planètes.
Heureusement, vous aurez agi !
Quelle innovation ou évolution aurez-vous apportée dans votre métier ou votre secteur (énergie,
habitat, mobilité, agriculture, santé, finance...), dès les dix prochaines années, pour maîtriser les
risques associés à cette croissance ?
Votre réponse, précise et concrète, peut être technique, économique, diplomatique ou réglementaire.
Si l’humanité continue sur sa trajectoire actuelle, en 2050 nous serons peut-être 10 milliards, nous
aurons des besoins énergétiques jamais atteints et des ressources fossiles probablement épuisées ou
sur le point de l’être. Il faudra remonter presque 2 milliards d’années en arrière pour trouver une
atmosphère aussi carbonée et chaude que celle de 2050. La biodiversité aura connu sa septième
extinction massive, pire encore que celle ayant entrainé la disparition des dinosaures. Les conflits
géopolitiques pour la domination des quelques ressources restantes auront atteint leur paroxysme.
En 2050 j’espère que j’aurai pu aider à apporter des solutions de fond à ces problèmes apportés par le
développement anthropique tel qu’il est envisagé depuis 250 ans.
Plutôt que de chercher des solutions cosmétiques pour limiter les dégâts que nous allons continuer de
causer, j’espère que j’aurai pu profondément changer la façon dont l’humanité conçoit son
développement.
Les connaissances multiples en chimie, biologie, environnement, énergie et industrie que je m’efforce
de collecter depuis 5 ans me servent déjà à dépeindre une vision globale de la logique shadoquienne de
notre développement. Ces compétences me serviront, je l’espère, à trouver les meilleures solutions à
nos problèmes, permettant d’allier les besoins des uns aux impératifs des autres.
J’ai la très ferme conviction que la solution qui permettra d’inverser la tendance actuelle de
réchauffement planétaire ne sera pas une nouvelle technologie sortie du cerveau d’un génie, comme a
pu l’être la radioactivité en son temps, mais une utilisation ingénieuse de la plus belle invention de la
planète pour laquelle l’homme n’est responsable de rien sinon de sa destruction: je parle de la plante et
particulièrement des arbres.
Je propose ici une idée, à ma connaissance jamais décrite ailleurs, qui permettrait de fixer
efficacement et durablement de colossaux volumes de carbone de l’atmosphère, inversant ainsi la
tendance planétaire au réchauffement, et le tout de manière rentable énergétiquement et
financièrement (en tout cas je l’espère): la Centrale Osmo-Végétale.
Bien entendu il y a certains verrous technologiques à faire sauter avant que mon idée fonctionne mais
le principe relève de la science et non pas de la science-fiction.
J’espère que ma démonstration n’est pas trop pleine d’imprécisions et qu’elle saura vous convaincre.
Bonne lecture !
De chasseurs-cueilleurs de l’énergie à cultivateurs d’énergie
Merci à mes anciens professeurs :
Sylvie CONDOM maître de conférence à L’ENSCM et spécialiste en nanofiltration à l’Institut Européen
des Membranes de Montpellier
Eric DUBREUCQ professeur à SupAgro et spécialiste en amélioration de microorganismes et
biotechnologies des lipides
de m’avoir transmis leur savoir pendant mon passage à l’école...
...et d’avoir trouvé le temps de répondre à mes questions pour ce projet!
Merci aussi à Juan Fontecilla de l’institut de Biochimie Structurale de m’avoir fournit la figure traitant de
la composition de l’atmosphère depuis l’apparition de la Terre.
La Centrale Osmo-Végétale
I- La photosynthèse
a- Créatrice de complexité chimique
b- Source de toute vie sur Terre
II- Le cycle du carbone
a- Dans le temps
1- Le carbone atomique est devenu du carbone moléculaire
2- Le carbone moléculaire s’est retrouvé enfoui
b- Dans l’espace
III- Les énergies et le carbone
a- Le confort et l’énergie
b- Les énergies carbopositives : Les centrales thermique à ressources fossiles
c- Les énergies carboneutres
1- L’énergie nucléaire
2- Les énergies renouvelables
i- Hydraulique
ii- Solaire
iii- Eolien
iv- Marin
d- La filière biomasse et les biocarburants
e- L’osmose comme source d’énergie : Le projet Norvégien de Statkraft
1- L’osmose avance (forward osmosis)
2- La centrale osmotique
3- Les perspectives de leur technologie
f- Problématique des filières énergétiques
IV- Une variante carbopositive : La centrale Osmo-Végétale
1- L’arbre : une solution au problème ?
i- Changer de regard sur l’arbre
ii- Planter des arbres pour ralentir le réchauffement climatique et fixer le carbone
iii- Légitimer financièrement l’existence des forêts vivantes
2- La centrale-osmovégétale
i- Quels produits mélanger ?
ii- Quelle membrane utiliser ?
iii- Quels rejets de la centrale ?
iv- Quel potentiel énergétique ?
v- D’autres perspectives : Améliorer les arbres ?
V- Conclusion
VI- Références et sources
I- La photosynthèse
a- Créatrice de complexité chimique
La photosynthèse est un
processus biologique qui utilise
l’énergie solaire, l’eau et le dioxyde de
carbone afin de créer des molécules
plus complexes indispensables au
fonctionnement de la cellule.
Le photosystème II capte
l’énergie solaire via ses antennes
photosynthétiques, les molécules
qu’elles contiennent atteignent alors
un état excité, chargées d’énergie, et
cette énergie est ensuite utilisée pour
rompre la liaison chimique des
molécules d’eau et en extraire 4
protons et 4 électrons (c’est cette
opération qui dégage le dioxygène).
Ces électrons voyagent ensuite dans la
cellule de complexe protéique à Figure 1 : La photosynthèse alimente les cellules végétales en électrons en cassant
une molécule d’eau. Les électrons alimentent toutes les voies métaboliques de la
complexe protéique par excitation de cellule qui fixe alors le carbone, l’azote et le soufre pour fabriquer toutes les
molécules, jusqu’à atteindre la molécules du vivant.Source (réf 1):
ferrédoxine qui va transmettre cette
énergie à différentes enzymes qui s’en serviront pour, à partir des nutriments élémentaires : carbone,
azote et soufre naturellement disponible dans l’environnement, créer les briques de la vie : acides
nucléiques, acides aminés, sucres et lipides, avec quoi la cellule fabriquera ses membranes cellulaires,
ses protéines et enzymes et pourra multiplier son patrimoine génétique (l’ADN) et ainsi se multiplier par
division.
Ces briques du vivant sont créées à partir de rien par tous les organismes autotrophes, c’est à dire
ceux réalisant la photosynthèse. L’énergie solaire captée par l’organisme se trouve alors emprisonnée
dans chacune de ses molécules.
b- Source de toute vie sur Terre
Avant la vie, il n’y avait sur Terre que des atomes individuels, la vie en a émergé très difficilement,
cherchant divers moyens pour assurer sa pérénnité à partir des seules ressources minérales dont elle
disposait. Puis le vivant a connu sa plus grande révolution lorsque la photosynthèse est apparue.
La photosynthèse est le seul processus biologique terrestre qui a une balance de complexité
chimique positive, c’est à dire qui, tout considéré, créée des molécules. Là où tout les autres procédés
vivants brûlaient des molécules pour en créer d’autres, là où les premières formes de vie dépendaient
des quelques molécules que le monde minéral seul avait pu fabriqué spontanément, la photosynthèse
en créée à partir de rien.
A compter de cette découverte, toute la Biosphère dépendra pour sa survie de ce processus
biologique : les organismes hétérotrophes ont trouvé dans ces nouveaux organismes une nouvelle
source d’énergie infiniment plus efficace. Le développement du monde hétérotrophe n’a pu se produire
efficacement que lorsqu’ils ont pu disposer des ressources illimitées apportées par la photosynthèse.
Ainsi, toute forme de vie terrestre voit dans chacune de ses cellules, chacune de ses molécules, couler
l’énergie solaire captée un jour par un organisme photosynthétique. S’il ne s’agit pas de la molécule
originellement créée, il s’agit alors d’une molécule créée via la consommation d’une molécule de la
photosynthèse. En chacun de nous il coule l’énergie du soleil.
II- Le cycle du carbone
Comme décrit précédemment, avant la vie, et schématiquement, avant la photosynthèse, la
majorité des atomes que contenait la planète Terre étaient présents sous leur forme élémentaire
(carbone sous forme CO2 ou CH4, azote sous forme N2, soufre sous forme SH2 etc...). Lorsque la
photosynthèse apparut, la vie commença à pouvoir transformer ce stock de molécules et à assembler ces
briques en molécules plus complexes. Le cycle du carbone nous intéresse particulièrement parce que c’est
son taux dans l’atmosphère à un instant t qui détermine grandement la température d’une époque.
a- Dans le temps
1- Le carbone atomique est devenu du carbone moléculaire
La quantité d’atome de carbone sur Terre est
finie. Elle n’a pas varié depuis la création de la
Terre. A l’origine, la température terrestre était très
élevée. L’eau n’était pas présente sous sa forme
liquide. La Terre refroidissant peu à peu, l’eau a pu
commencer à précipiter, formant les océans et
entrainant avec elle une grande partie du carbone
atmosphérique. L’eau liquide permit alors
l’apparition de la vie. Les premiers organismes
photosynthétiques apparurent ensuite, et le
carbone contenu dans l’air devint biomasse vivante,
les atomes devinrent molécules plus complexes et
vie. Cette nouvelle diminution du taux de carbone
entraina une autre chute des températures et,
couplée à différents évènements comme
notamment l’augmentation du taux d’oxygène dans Figure 2: La composition atmosphérique depuis l’apparition de la Terre
l’air par ces mêmes organismes, créa une corrélée aux preuves géologiques et paléontologique dont nous
atmosphère profondément différente à laquelle ces disposons.(réf 2)
organismes n’étaient pas adaptés : diminution de la température et apparition d’une atmosphère très
oxydante ont entrainé la mort en masse de ces organismes. Leur propre mode de développement a
entrainé leur perte.
2- Le carbone moléculaire s’est retrouvé enfoui et, avec lui, le climat de l’époque
Figure 3: Formation du Pétrole : 1/ les organismes photosynthétiques meurent en raison des variations climatiques et
environnementales engendrées par leur prolifération. 2/ les cadavres coulent au fond des océans et sont recouvert par les sédiments.
3/ enfouie dans le sol, la biomasse subit une augmentation de la température et de la pression. 4/ la biomasse devient pétrole.
Ces premiers organismes vivants qui avaient capté dans leur biomasse le carbone atmosphérique
moururent et leurs cadavres en vinrent à couvrir le fond des océans. Les mouvements des sols
recouvrirent ces cadavres et finirent par isoler durablement ce carbone de la Biosphère. Emprisonnée
dans les sols, cette biomasse carbonée souffrit d’augmentation de la pression et de la température et le
carbone, autrefois aérien sous forme simple puis vivant sous forme moléculaire, devint alors pétrole : de
lourdes molécules composées d’atomes de carbones liés entre eux, retenant dans toutes ces liaisons
chimiques de l’énergie solaire concentrée. Le pétrole n’est pas une ressource minérale, il s’agit bien
d’une ressource organique et autrefois vivante.
Ces évènements eurent lieu il y a quelques 2 milliards d’années, mais ce cataclysme climatique
permit cependant à de nouveaux organismes, mieux adaptés à la nouvelles atmosphère, moins
carbonée, plus froide et plus oxydante, d’apparaitre. Depuis 2 milliards d’années la vie évolua au fil de
l’évolution. D’autres changements climatiques de grande ampleur entrainèrent ce qu’on appelle
aujourd’hui les 6 extinctions massives d’espèces, mais la vie perdura cependant jusqu’à notre ère.
Ce qu’il est nécessaire de remarquer sur ces 6 extinctions massives, c’est que chacune eu pour
cause un facteur non lié à la Biosphère. La plus connue de ces extinctions, la plus récente, est celle qui a
vu la disparition des dinosaures. Les raisons présumées de cette catastrophe pour la vie sont des
activités volcaniques extrêmes peut-être combinées à la chute d’un astéroïde, ces 2 phénomènes, ne
dépendant pas de la moindre activité biologique, ont obscurcit le ciel, rendant impossible la
photosynthèse. La disparition de beaucoup de plantes entraina la disparition des organismes herbivores
puis des carnivores s’en nourrissant. Ne survécurent à ces nouvelles conditions de vie que les quelques
organismes charognards qu’étaient les petits mammifères, qui eurent ensuite la voie libre pour occuper
toutes les niches écologiques libérées par la disparition des dinosaures.
Un autre exemple marquant est la plus grave des extinctions massives (Permien Trias l y a
252millions d’anées), celle-ci vit la disparition de plus de 95% des espèces marines et 70% des espèces
terrestres. La raison est ici aussi d’origine extérieure à la biosphère : La raison présumée en est la
tectonique des plaques qui aurait refermé un océan. Changeant ainsi les courants marins qui régulaient
le climat et eutrophisant (diminution de l’oxygène) les océans.
On retiendra de ces catastrophes que, depuis 2 milliards d’années, les écosystèmes ont connus 6
remises à zéros, et qu’à chaque fois l’écosystème s’est effondré, non pas de lui-même, mais à cause
d’un évènement qu’il ne pouvait contrôler, extérieur à l’écosystème.
b- Dans l’espace
On le sait, le taux de
carbone atmosphérique, influe
directement la température
globale, au même titre que
d’autres phénomènes comme
les courants marins. La
compréhension du cycle du
carbone est donc un des
leviers qui nous permettra de
diminuer ce taux de carbone
et peut-être espérer contrôler
notre climat :
En dehors de toute
activité humaine, le carbone
Terrestre se trouve dans 3
lieux : Figure 4 : Le cycle du carbone et les flux massiques associés. Les flèches en noir correspondent
aux flux tels qu’ils étaient équilibrés avant l’ère industrielle (avant 1750) les flèches en rouges
Dans l’Atmosphère correspondent aux variations depuis lors. Le bilan net pour l’atmosphère correspond à une
sous forme de dioxyde de augmentation de près de 30% de la quantité de carbone. (réf 3)
carbone CO2 ou de méthane CH4. C’est le seul carbone qui participe à l’effet de serre et à la régulation
climatique. Cette quantité de carbone est stable lorsque l’écosystème est lui aussi stable et non-
perturbé.
Dans la Biosphère sous forme de Biomasse : lignocellulose des arbres, lipides membranaires et
protéines de toutes les formes de vie etc... Ce carbone solide ne participe pas directement à l’effet de
serre. Cependant le carbone de la Biosphère s’échange en permanence avec le carbone atmosphérique
via la photosynthèse des organismes autotrophes qui le fixent et la respiration des hétérotrophes qui en
dégagent.
Dans la Lithosphère sous forme de pétrole, gaz naturel et charbon. Ce carbone là ne participe
plus depuis 2 milliards d’année à la régulation du climat.
On le sait désormais, la température Terrestre se détermine depuis 2 milliards d’années en
fonction de la quantité de carbone contenue dans les 2 première « sphères », et particulièrement dans
la première : l’atmosphère.
Cependant depuis quelques décennies, les activités anthropiques déséquilibrent profondément
l’écosystème et sa régulation climatique :
En utilisant le pétrole et le charbon depuis la révolution industrielle, l’Homme a créé une
communication entre la lithosphère et l’atmosphère. Nous avons fortement agrandit le pool de carbone
que se partagent l’atmosphère et la Biosphère : nous injectons chaque jour de plus en plus de carbone
dans un endroit où il n’a rien à faire.
Et pour aggraver le tout, nous travaillons chaque jour à nous assurer que ce carbone reste le plus
nocif possible en l’empêchant de se fixer dans la Biosphère : en déforestant, nous empêchons la fixation
du carbone et le laissons dans la seule sphère où son impact est dramatique. Nous allons ainsi recréer
irrémédiablement l’atmosphère qu’avait la Terre il y a de ça plusieurs milliards d’années : une
atmosphère irrespirable, moins oxygénique, plus carbonée et bien sûr, plus chaude, avec tout ce que ça
implique pour l’écosystème qui n’y est plus adapté.
Le résultat de ce dérèglement se chiffre déjà : nous vivons en ce moment la 7ème extinction
massive d’espèce, le taux de disparition des espèces est évalué de 10 à 100 fois pire que celui des 6
précédentes extinctions et la raison cette fois est bien liée à une activité biologique : la nôtre.
III- Les énergies et le carbone
a- Le confort et l’énergie
Le confort est une notion ancienne, mais son sens
moderne est devenu très différent de celui du passé.
Autrefois il pouvait faire référence à l’espace ou aux
ornements dont on pouvait disposer, mais aujourd’hui il
fait référence au bien-être et aux économies de corvées.
Ce confort moderne, qui passe par l’accession à sans
cesse plus d’outils technologiques, nous en sommes
devenus complètement dépendants, et ce à la fois
physiquement et philosophiquement: par le confort de
nos maisons modernes nous nous protégeons contre la
rudesse de la Nature sauvage tout en nous éloignant de
notre condition d’animal sensible et fragile. Figure 5 : Population mondiale corrélée à de grands
évènements du développement Humain. La révolution
Le confort moderne est le fruit des révolutions industrielle est estimée à 1750 et la révolution « verte » de
industrielle de 1750 et agricole de 1950. Ces 2 l’après guerre : 1950. A ces 2 dates la population mondiale a
évènements ont permis 2 booms consécutifs de la connu des booms de croissance phénoménaux.(réf 4)
population mondiale et selon plusieurs prédictions de
l’ONU la population mondiale pourrait atteindre les 10 milliards en 2050 et les 15 milliards en 2100.
D’autres scénarios prévoient que la population se stabiliserait ou encore connaitrait une diminution
avant de se stabiliser. Quoi qu’il en soit, il est vraisemblable que les humains du futur seront toujours
très attachés à leur confort, tout différent qu’il puisse être de celui d’aujourd’hui.
Mais d’autres vérités concernant le confort existent: la première c’est que sa condition principale,
ce qui l’alimente et le rend possible, c’est l’énergie. Il n’y a pas d’électricité sans énergie, il n’y a pas
d’électroménager sans usines alimentées en énergie, il n’y a pas de liberté de déplacement sans
voitures et l’énergie requise pour la faire avancer et cette énergie ne nous est pas acquise.
En effet, avant 1750 et depuis la découverte du feu nous trouvions de l’énergie en brulant du bois.
Bois qui appartient à la Biosphère et n’avait jamais causé de problème environnemental notable, pas
plus que permis de boom démographique. Par contre depuis 1750 nous piochons notre énergie dans le
charbon, le gaz et le pétrole. Trois ressources qui n’appartiennent plus à la Biosphère depuis 2 milliards
d’années, le confort actuel n’est donc en fait qu’un emprunt fait à la Nature. Nous nous glorifions d’être
devenus indépendants de cette Nature et pourtant nous n’en avons jamais été aussi dépendants.
Une deuxième vérité c’est que c’est cette même quête du confort qui rend la nature plus rude, en
effet nous voulons être protégés des intempéries, nous allons dépenser des milliards d’euros, yens,
dollars et watts pour nous protéger des intempéries : ouragans, inondations, canicules, tornades... Mais
nous ne voulons pas comprendre que c’est l’extraction même de ces watts du sol qui cause ces
problèmes climatiques et les agrave, essayer de les atténuer en déployant plus de solutions à base de
watts est futile.
b- Les énergies carbopositives : Les centrales thermique à ressources fossiles
Comme expliqué plus tôt, cela fait bientôt 3 siècles que nous extrayons du sol le carbone
moléculaire qui y est enfoui depuis des milliards d’années. Nous brûlons les molécules carbonées (de gaz
naturel, charbon ou pétrole) qui ont été créées par les premiers organismes photosynthétiques. Et en
faisant cela, nous réduisons ce carbone moléculaire en carbone atomique par la réaction suivante :
CnH2n + O2 -> nCO2 + H2O + énergie
L’énergie thermique issue de la combustion des hydrocarbures sert à faire bouillir de l’eau dont la
vapeur entraine des turbines et des dynamos pour produire de l’électricité. C’est le fonctionnement de
toutes les centrales thermiques actuelles.
Plus récemment de nouveaux types de centrales thermiques apparaissent et proposent d’exploiter
des cycles thermodynamiques différents et ainsi atteindre de meilleurs rendements énergétiques, tout
en limitant les émissions de particules autres que le carbone.
Ces améliorations, bien que nécessaires pour limiter les dégâts environnementaux, ne doivent pas
faire perdre de vue la réalité de ce type de centrales : leur fonctionnement se base sur des ressources
épuisables, de plus en plus chères, problématiques d’un point de vue géopolitique et dont l’utilisation a
un effet cataclysmique sur l’environnement.
Sur ce dernier point en effet, on voit bien que le problème de ce procédé réside dans le relargage
atmosphérique du CO2. Ce même CO2 qui n’a plus sa place dans la Biosphère depuis longtemps. Un
simple coup d’oeil au graphique de la composition atmosphérique au cours des âges suffit pour
comprendre le danger que nous faisons prendre à notre Biosphère en la mettant sous perfusion de
carbone : nous risquons de revenir à une atmosphère que la planète n’a pas connu depuis des milliards
d’années, et aucun des organismes qui vivent aujourd’hui n’est adapté à une telle atmosphère. Cette
inconscience cause déjà la 7ème extinction massive d’espèces. Le plus urgent aujourd’hui est de trouver
un moyen de fixer ce carbone qui n’a plus rien à faire dans notre Biosphère.
Mais à quel prix? Pouvons-nous nous passer de notre confort? Sans doute pas. Pouvons-nous
trouver d’autres sources d’énergie ? Sans doute que oui.
c- Les énergies carboneutres
Ces énergies sont décrites comme telles car, dans l’inconscient collectif, elles ne sont pas sensées
émettre de CO2 lors du processus de production d’énergie. Cependant pour nombre d’entre elles la vérité
est toute autre et des limites parfois inatendues se présentent aussi.
Figure 6 : Emissions en CO2 des différentes
filières de production d’électricité. Les
Energies fossiles sont extrêmement
émettrices de gaz à effet de serre (à
l’exception du nucléaire) là où les énergies
renouvelables sont presque carboneutres.
(réf 5)
1- L’énergie nucléaire
L’énergie nucléaire propose d’utiliser la radioactivité naturelle des atomes les plus lourds présents
sur notre planète. C’est l’instabilité de certaines variantes des atomes d’uranium que l’on utilise ici pour
produire de l’électricité. Ces atomes instables éclatent naturellement en dégageant des rayonnements,
ces rayonnements sont alors utilisés pour faire bouillir de l’eau et entrainer des turbines et produire de
l’électricité.
Ce procédé n’émets effectivement pas de carbone lors de l’étape de production d’énergie, il
pourrait ainsi sembler une excellente alternative pour réduire les émissions de gaz à effets de serre.
Mais cependant il faut garder à l’esprit que le nucléaire ne peut pas non plus être une solution durable
de production d’électricité ; même sans parler des risques extrêmes liés à la maitrise même de la
technologie (les évènements de Fukushima, Three Miles Island et Tchernobyl), la raison la plus simple de
cette non-durabilité est tout simplement la faible quantité d’uranium existante sur Terre.
Par contre, la question peut se poser de favoriser le nucléaire par rapport aux centrales
thermiques comme énergie de transition avant d’avoir découvert l’énergie verte du futur. Le dilemme
posé ici en est de savoir choisir entre la peste et le choléra. Le nucléaire présente beaucoup de risques,
mais le thermique n’en présente pas moins en terme de réchauffement climatique imminent. Expliquer
vouloir la sortie du nucléaire sans proposer d’alternative au pétrole et au charbon fait courir à toute la
planète un danger bien plus terrible encore que celui posé par le seul risque d’une explosion de
centrale.
Actuellement la population souhaite la sortie du nucléaire car le risque d’une destruction locale
de l’environnement lors d’un accident nucléaire lui semble trop grand. Il faut rappeler à cette
population que l’alternative à cette destruction locale est la destruction à moyen terme, voire court
terme si on parle en terme géologique, de la totalité de l’écosystème.2- Les énergies renouvelables
Ces énergies sont dites renouvelables car le mode même de la génération d’électricité de chacun de
ces procédés se fait sur la base de l’utilisation d’un consommable dont la quantité n’est pas limitée dans
le temps. Elles présentent aussi l’avantage de ne pas émettre de carbone à part lors de la fabrication et
l’entretien des outils technologiques nécessaires. Sans être exhaustif, je décrirai ici les quelques limites
générales de ces technologies à l’heure actuelle.
i- Hydraulique
La technologie des barrages vise à bloquer le cours d’une rivière et créer une rétention d’eau
suffisamment importante pour que lors de l’ouverture des vannes, la pression de l’eau soit suffisante
pour entrainer des turbines et produire de l’électricité.
Le procédé n’émet pas de carbone à part lors de la construction des installations. Mais la
destruction locale de l’environnement qu’il entraine pose problème. Des forêts, pièges à carbone, sont
noyées dans les lacs artificiels, et la faune et la flore des cours d’eaux sont profondément perturbées en
amont et en aval des barrages.
L’autre principale limite de la technologie est son potentiel de développement, en effet en Europe
la quasi-totalité des fleuves est déjà barrée plusieurs fois et la technologie n’est déjà plus extensible.
Dans d’autres pays où l’irrigation des cultures est encore plus primordiale que sous nos latitudes, de
nombreux fleuves n’arrivent déjà plus à leur embouchure en raison des trop nombreux prélèvements
qui y sont faits. A terme, la question d’utiliser l’eau pour la production d’énergie ou bien d’aliments
risque également de se poser.
ii- Solaire
Les panneaux solaires utilisent l’énergie lumineuse du soleil pour en faire de l’électricité. La
technologie utilise des matériaux inorganiques très couteux à base de silicium qui, sous l’excitation des
photons, créent un courant électrique.
Ces panneaux solaires pourraient virtuellement être installés dans toutes les places extrêmement
ensoleillées de la planète comme les déserts, mais c’est alors le problème de l’acheminement de
l’électricité vers les lieux où elle est consommée qui va poser problème. De plus la production de ces
panneaux solaires est encore loin d’être verte, de même que l’entretien. Au vu des émissions de CO2 elle
n’est pas neutre non plus, mais elle reste avantageuse par rapport aux différents types de centrales
thermiques.
Un autre inconvénient de cette technologie est son intermittence, la production d’électricité par le
solaire ne se fait que durant la journée et est plus efficace durant les saisons à ensoleillement maximal
comme l’été. Pourtant on le sait, les pics de consommation électriques ont lieu la nuit pour l’éclairage et
l’hiver pour le chauffage. L’énergie solaire nécessite donc de déployer d’autres appareils permettant le
stockage de cette électricité et, à ce jour, de tels accumulateurs (piles chimiques par exemple)
présentent eux aussi de nombreux problèmes environnementaux.
iii- Eolien
Cette énergie vise à directement faire tourner des dynamos sous l’action du vent.
C’est effectivement une des énergies les plus « carboneutres » existantes avec l’hydraulique et le
nucléaire, mais tout comme pour le solaire elle pose le problème de l’intermittence de la production
d’électricité. Un pays ou une région ne peut pas dépendre pour son énergie des aléas du vent et cette
électricité ne peut pas suffire pour se substituer seule aux centrales thermiques.
iv- Marin
Récemment d’autres idées d’énergies renouvelables sur les mers fleurissent, parmi elles :
- L’éolien offshore, qui propose d’utiliser des éoliennes en mer où les vents sont plus
fréquents et forts.
- « L’hydraulien », qui propose d’exploiter les courants marins de la même manière que les
éoliennes exploitent les courant aériens.- L’énergie houlomotrice, qui utilise l’énergie de la houle des vagues pour produire de
l’électricité.
Ces quelques exemples d’énergies marines sont séduisants eux aussi mais posent également
d’autres questions comme la perturbation des écosystèmes marins, les conflits avec les voies maritimes,
l’impossibilité de mettre en place de telles technologies pour les pays sans littoraux marins etc...
v- La filière biomasse et les biocarburants
La filière Biomasse vise à faire pousser des arbres, puis les transformer en granules pour les brûler
dans des centrales thermiques. La conversion de cette biomasse ligno-cellulosique en bioéthanol est
également possible et pourrait apporter une alternative au pétrole et aux biocarburants actuels qui sont
en compétition avec l’alimentaire. Couplé à une exploitation durable des forêts, ces procédés sont
considérés par beaucoup comme carboneutres en émissions de CO2 et connaissent une croissance
exponentielle. A titre d’exemple le Canada est, avec 33 usines de production de granules, le quatrième
plus grand producteur après les Etats-Unis, l’Allemagne et la Suède, et le deuxième plus grand
exportateur au monde (1,2 million de tonnes exportées en 2010 vers l’Europe, soit une augmentation
de 700 % en huit ans). Capacité de production qui devrait encore augmenter de dix fois d’ici 2020.
Pourtant, cette filière ne devrait pas être considérée comme carboneutre. Un récent rapport de
Greenpeace, dont une partie des allégations ont été confirmées par le CNRS, mets en évidence le fait
que cette carboneutralité est fictive. Le principe jusqu’alors invoqué par les industriels pour cette
carboneutralité est le fait que, théoriquement, tout le carbone qui transite par cette filière est en circuit
fermé : le carbone émis lors de la combustion est ensuite refixé dans les nouvelles plantes qui poussent.
Cependant les travaux de Greenpeace (réf 6 : Rapport sur la filière Biomasse) révèlent que « les
centrales électriques nord-américaines fonctionnant à la biomasse émettent jusqu’à 150 % de plus de
CO2, 400 % de plus de monoxyde de carbone irritant pour les poumons, et 200 % de plus de particules
fines qui causent l’asthme que celles à charbon pour produire la même quantité d’énergie ». Plus
problématique, le rapport révèle également que le bilan carbone de la filière ne peux pas être neutre
sur des échelles de temps si courtes, en effet, ils démontrent que pour que la forêt puisse fixer
efficacement du carbone, et ainsi fermer le cycle, il faudrait la laisser pousser plus longtemps avant de la
couper, la filière devient carboneutre sur une centaine d’années d’exploitation et au début de la
création de la filière ce sont les émissions de carbone qui prédominent sur la fixation.
L’autre point problématique est le potentiel de la filière. Le rapport montre que tous les arbres
coupés en 2008 dans quatre provinces canadiennes, représentant 47 millions de mètres cubes, ont
seulement contribué à hauteur de 3,4 % de la production totale d’énergie primaire (chauffage et
électricité) du pays. Et pour fournir ne serait-ce que 15 % de la production électrique canadienne, il
faudrait brûler l’équivalent de tous les arbres coupés en 2008 au Canada (147 millions de m3). Quant au
biocarburant, plus de 560 000 arbres devraient être coupés chaque jour pour produire assez d'éthanol
pour alimenter l’ensemble des voitures canadiennes.
Au final, l’ONG dénonce le fait que cette filière n’est pas comptabilisée pour les émissions de CO2
du Canada (en vertu de la carboneutralité supposée) alors qu’en réalité, selon le rapport, elles s’élèvent
à 40 mégatonnes par an, chiffre qui dépasse celui du parc automobile canadien en 2009. Malgré cette
mise au point, l’ONG rappelle cependant que cette filière reste préférable aux filières du thermique
fossile.d- L’osmose comme source d’énergie : Le projet Norvégien de Statkraft
Depuis que le coût de la production d’énergie a explosé ces dernières décennies, cette compagnie
norvégienne s’est mise à étudier la production d’énergie par les procédés membranaires qui exploitent
l’énergie osmotique. Leur procédé propose d’utiliser l’eau de mer, l’eau douce et une membrane
organique pour produire de l’électricité.
1- L’osmose avance (forward osmosis)
Ce phénomène naturel est en fait une conséquence de la 2ème loi de la thermodynamique. Celle
qui veut que tout système évoluera toujours vers un état d’entropie maximale. L’entropie étant une
grandeur qui mesure le désordre, tout système naturel évolue vers l’état où le désordre est maximum.
Le phénomène d’osmose est la tendance de toute substance à vouloir se répartir de manière
homogène lorsqu’il est plongé dans un liquide. L’exemple typique en est la diffusion naturelle du sirop
de grenadine dans un verre d’eau : l’eau (le solvant) va diluer le sirop (le soluté) jusqu’à ce qu’il soit
uniformément répartit dans toute la solution.
Lorsqu’on empêche la diffusion naturelle du
soluté dans le solvant, par exemple en plaçant une
membrane semi-perméable (c’est à dire perméable au
solvant mais pas à certains solutés) entre 2 solutions de
concentrations différentes, le solvant va se répartir des
2 côté de la membrane pour essayer d’équilibrer au
mieux les 2 concentrations. Ce mouvement du solvant
entraine une variation des volumes des 2 solutions, et
la différence d’altitude qui s’ensuit caractérise la
pression osmotique du système.
Figure 7 : Principe de l’osmose. Le solvant se déplace au travers
de la membrane pour équilibrer les concentrations des solutés
2- La centrale osmotique des 2 côtés de la membrane. Il en résulte une différence de
pression : la pression osmotique. (réf 7)
Comment produire de l’énergie
avec ce phénomène? En diluant de
l’eau douce dans de l’eau de mer au
travers d’une membrane, Statkraft
créée de manière continue l’élévation
du niveau de l’eau salée dans ses
cuves (l’équivalent d’une colonne
d’eau d’environ 120m de haut), cette
élévation naturelle de l’eau est
ensuite exploitée en la dirigeant vers
un canal où sa descente entraine des
turbines et produit de l’électricité
comme pour un barrage.
Leur procédé en est encore au
stade du prototype industriel et les
verrous technologiques à faire sauter
pour rendre le procédé définitivement
Figure 8 : La centrale Osmotique de Statkraft. L’eau douce et l’eau de mer sont rentable concernent essentiellement la
mélangées au travers d’une membrane. Le niveau de l’eau salée augmente et permet qualité de la membrane organique
d’entrainer des turbines qui produisent de l’électricité. (réf 8)
(leur membrane en acétate de
cellulose a une puissance de 1W/m2 et
2
ils estiment que 5W/m seront nécessaires pour devenir rentables) qu’ils utilisent et le système
d’acheminement de l’eau à la turbine.
Selon leurs calculs, une centrale de la taille d’un stade de football devrait avoir une capacité de 25
MW, ce qui suppose cinq millions de mètres carrés de membranes. Une telle installation pourra
produire 166 GWh par an – soit la consommation de 30 000 ménages.3- Le potentiel énorme mais limité de leur technologie
Cette source d’énergie écologique et renouvelable devrait en principe pouvoir être exploitée
partout où de l’eau douce se jette dans la mer. La production peut se dérouler en continu,
indépendamment des conditions météorologiques ce qui présente un avantage certain par rapport aux
autres énergies renouvelables non hydrauliques.
Selon leurs calculs, le potentiel de production de l’énergie osmotique à l’échelle planétaire est de
1600 à 1700 TWh par an, ce qui correspond à 50 % de la production électrique annuelle de l’Union
européenne, ou encore la consommation énergétique totale de la Chine en 2008. Le potentiel de
l’Europe est chiffré à environ 180 TWh.
Arrivée à maturité, l’énergie osmotique se présentera certainement comme une des énergies les
plus carboneutres de toutes mais elle restera tributaire de la disponibilité en eau douce et donc de la
compétition avec l’agriculture (de nombreux fleuves n’atteignent déjà plus les océans en raison de cette
problématique). Et même si toutes les embouchures de fleuves de la planète étaient équipées, la seule
énergie osmotique ne sera pas suffisante pour alimenter l’humanité entière en énergie propre, il est
donc encore trop tôt pour crier victoire.
e- Problématique des filières énergétiques
Après cette brève mise à plat des différentes méthodes dont dispose l’Homme pour produire
l’énergie dont il est si dépendant, il apparait clairement que toutes ces différentes techniques
produisent de l’énergie au détriment d’émissions de carbones et donc du réchauffement climatique.
Certaines sont plus vertueuses que d’autres dans le sens qu’elles se rapprochent de plus en plus
de la carboneutralité absolue. Cela est une excellente chose en soit, mais le dérèglement climatique est
déjà en cours à cause du carbone fossile que nous réinjectons quotidiennement dans notre atmosphère
et de la déforestation galopante qui ne permet plus la fixation de ce carbone par les arbres.
L’enjeu à venir ne devrait plus être de trouver comment ralentir les émissions de carbone, mais
comment les inverser. Comment faire pour faire baisser le taux de carbone atmosphérique et le
ramener à son niveau préindustriel?
Au delà même de cet enjeu climatique capital, il y a aussi la question de la durabilité de notre
mode de développement basé sur le fossile. Que fera t-on lorsque les vannes du pétrole se
refermeront? Chaos et anarchie? Le Développement Durable n’est pas une mode ou une coquetterie
intellectuelle, il s’agit bien de l’enjeu capital de notre ère.IV- Une variante carbonégative : la centrale Osmo-Végétale
On ne tue pas la vache quand on veut récupérer du lait...
1- L’arbre : une solution au problème ?
i- Changer de regard sur l’arbre
Un arbre on en fait du papier, du bois de chauffage et même maintenant des biocarburants.
Pourtant un arbre, c’est bien plus que du bois mort et quelques feuilles. C’est bien plus que de la
lignocellulose inerte qui pousse et dont on se donne tout droit d’en disposer à notre convenance. Un
arbre c’est une usine à molécules, l’usine la moins chère du monde parce qu’elle fabrique tout à partir
de la seule énergie solaire de l’eau et du CO2 atmosphérique, le tout sans aucune action humaine.
Dans un arbre on trouve certes de la lignocellulose, mais il ne s’agit là que du squelette de l’arbre
et aujourd’hui nous ne savons exploiter que celui-ci pour faire de l’énergie. Pourtant il y a aussi la sève
qui a un potentiel énergétique fort.
A quoi sert la sève ? ou plutôt les sèves ? Pour vivre les feuilles ont besoin d’eau et de sels
minéraux venant du sol et les racines ont besoin des molécules complexes fabriquées par la
photosynthèse des feuilles. Pour ces 2 rôles l’arbre a 2 sèves qui transitent par 2 types de canaux : le
xylème et le phloème, le premier apporte les sels minéraux et l’eau aux feuilles et le deuxième apporte
les nutriments élaborés aux racines, le tout pour assurer la survie de l’ensemble.
On comprend bien que les caractéristiques physico-chimiques des sèves de toutes les plantes sont
aussi variées qu’il y a d’espèces végétales différentes. On peut trouver des sèves extrêmement acides ou
basiques, particulièrement riches en sucres simples, en lipides, en sels etc... Les caractéristiques varient
également en fonction des types de sols et des différentes variétés de plantes. C’est cette diversité si
abondante qui fait la richesse de l’arbre et qu’il va falloir désormais considérer.
ii- Planter des arbres pour ralentir le réchauffement climatique et fixer le carbone
Ce qui nous intéresse chez l’arbre c’est sa capacité à fixer rapidement et simplement dans la
Biosphère du carbone et ainsi le retirer de l’atmosphère où sa présence entraine les dégâts que nous
connaissons. En effet de 20 à 50% de la matière produite par l’arbre est constituée de CO2 (réf 9). Donc
si un sapin de 15m pèse (tout compris) environ 2 Tonnes, ce sont ainsi entre 400 et 1000kg en moyenne
de CO2 qui sont séquestés dans chaque arbre adulte et qui sont retirés de l’atmosphère.
Schématiquement, les 165 GtC excédentaires dans notre atmosphère représentent ainsi
seulement entre 100 et 400 millions d’arbres à planter pour retourner au climat préindustriel.
En outre de la simple fixation du carbone atmosphérique, par la plantation d’arbres, on a un
effet considérablement positif sur l’écosystème, sa simple présence prévient l’érosion des sols, créée
l’humus qui rend les sols fertiles, sa transpiration permet un cycle de l’eau fonctionnel et optimal (50m2
de forêt abaisse la température locale de 3,5°C et augmente l’humidité de 50%, réf 9), les forêts sont
des refuges de biodiversité (50% de la biodiversité terrestre) qui permettent d’apporter subsistance à
1,6milliards d’humains , etc...
Pourtant des enquêtes de l’ONU ont montré que la moitié des forêts de la planète a été détruite
au XXème siècle. Entre 2000 et 2005, 7,3 millions d’hectares de forêts tropicales ont disparu chaque
année, soit 20000 hectares par jour. Par ces déforestations et dégradations contribuent d’environ 15 à
20% aux émissions de CO2. Et ainsi L’ONU estime que la plantation de forêts pourrait compenser 15% de
ces émissions au XXIème siècle.
iii- Légitimer financièrement l’existence des forêts
Actuellement, l’homme cultive des forêts parce qu’il trouve un intérêt financier dans sa découpe
(bois de chauffage, bois matériau), il ne laisse les forêts intactes que par contrainte légale (réserves
naturelles, espaces verts...) ou parce qu’il a pu y trouver un intérêt économique quelconque (zone de
loisirs forestiers, campings, etc...), mais ces exemples ne peuvent être étendus à l’infini et justifier des
plantations d’arbres en masse dans une société où c’est la logique implacable de l’économie qui guide
les actes humains de grande envergure.Tout l’enjeu de l’inversion des émissions de gaz à effets de serre réside dans le fait de trouver
une validité économique à l’existence des forêts en tant que telles et pas en tant que bois de chauffage
en attente d’être brûlé (Greenpeace a démontré que la filière biomasse n’était pas carboneutre et ne
pouvait servir qu’à ralentir les émissions de CO2). De plus, l’ONU estime que l’on pourrait « compenser »
15% des émissions de carbone si on plantait des forêts. Mais si il était possible de trouver une légitimité
économique à garder le carbone sous sa forme solide plutôt que gazeuse, nul doute que les attentes de
l’ONU seraient largement dépassées. Et si en plus cette légitimité économique pouvait être une
substitution au prélèvement du carbone fossile, nul doute non plus que la compensation carbone
espérée par l’ONU deviendrait une véritable « inversion carbone ». Mais à ce jour le défi reste non
relevé.
2- La Centrale Osmo-Végétale
Figure 9 : La centrale Osmo-Végétale. A partir d’eau de mer et de sève, on récupère de l’énergie osmotique. Les rejets servent à alimenter
des bassins d’algues marines pour la production de biocarburants.
Voici la description d’un type nouveau de centrale énergétique qui permettrait de légitimer la
présence de forêts intactes. Par ce procédé membranaire librement inspiré du procédé de Statkraft de
récupération de l’énergie osmotique entre l’eau de mer et l’eau douce, on trouverait une source
d’énergie virtuellement inépuisable et renouvelable basée non plus sur la « consommation du vert »,
mais sur le « maintient du vert ».
i- Quels produits mélanger ?
Concrètement, la centrale utiliserait toujours 2 solutions de compositions différentes séparées par
une membrane semi-perméable, mais là où le solvant était l’eau douce (ressource limitante) et le solutéVous pouvez aussi lire
