Production d’électricité, froid, eau douce et hydrogène avec une centrale thermique des mer multi-energies (POLYNERGIES)

Les îles tropicales, étant isolées de tout réseau énergétique, doivent assurer leur propre production d’énergie. Cela inclut non seulement l’électricité pour les habitations et les industries, mais aussi d’autres formes d’énergie adaptées à leurs besoins spécifiques. Contrairement aux zones tempérées, la demande en chaleur y est quasi inexistante, tandis que le besoin en climatisation est crucial, notamment dans le secteur tertiaire (hôpitaux, hôtels), grand consommateur d’énergie. Actuellement, ces systèmes de refroidissement fonctionnent majoritairement avec de l’électricité produite par des groupes électrogènes utilisant des énergies fossiles. Avec le changement climatique, l’augmentation des températures accentue cette demande, rendant nécessaire l’émergence d’une alternative durable. Un autre défi émergent est la sécheresse, qui s’intensifie chaque année et rend certaines îles de plus en plus difficiles à habiter. Le besoin en eau douce dessalée devient pressant et, sans solution renouvelable, sa production repose elle aussi sur des énergies fossiles. Par ailleurs, certains sites nécessitent une production locale d’hydrogène pour alimenter des navettes maritimes de transport, limitant ainsi l’impact environnemental des moteurs diesel sur les écosystèmes fragiles des lagons, sensibles aux pollutions sonores et chimiques.

Les énergies renouvelables disponibles, comme le solaire photovoltaïque et l’éolien, sont matures et affichent un LCOE compétitif face aux groupes électrogènes. Toutefois, leur intermittence et leur dépendance aux conditions météorologiques nécessitent des systèmes de stockage coûteux et impactants sur le plan environnemental, comme les batteries.

L’énergie thermique des mers (ETM) constitue une alternative prometteuse, exploitant la différence de température entre l’eau de surface (environ 28°C en zone tropicale) et l’eau profonde à 1 000 m (environ 5°C) pour produire de l’électricité via un système de pompage et un cycle thermodynamique en surface. Cette énergie est disponible en continu, indépendamment des conditions météorologiques, et ne nécessite pas de stockage. La Polynésie française est un emplacement idéal pour l’ETM, bénéficiant d’une température de surface stable et de fonds marins à pente abrupte, minimisant ainsi l’énergie nécessaire au pompage de l’eau profonde.

Ce projet vise à explorer de nouvelles voies de valorisation de l’eau profonde prélevée pour les installations SWAC (Sea Water Air Conditioning) et OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion). Il s'inscrit dans la continuité de programmes de recherche en cours, tels que l’ANR MAEVA et le programme ADEME OPTISWAC. Au-delà de la production d’électricité et de climatisation, ce projet ambitionne d’intégrer deux nouvelles applications essentielles : la production et le stockage d’hydrogène ainsi que la production d’eau douce. L’hydrogène serait généré par un cycle OTEC lors des périodes de faible demande en électricité, puis stocké pour une utilisation dans les transports maritimes et terrestres. Quant à l’eau douce, elle pourrait être produite par dessalement par osmose inverse, alimenté par un cycle OTEC fermé, ou via un procédé à condensation couplé à une installation SWAC. Une autre alternative serait l’utilisation d’un cycle OTEC ouvert, exploitant directement l’eau de mer pour générer de l’eau douce.

Ce projet propose de réaliser une étude de cas sur l’île de Bora Bora, en Polynésie française en lien avec le projet SWEET2 porté par la commune qui vise des objectifs techniques similaires. Les objectifs scientifiques seront donc :

• La conception d’une centrale thermique des mers (OTEC) multi-énergies capable de produire électricité, froid, eau douce et hydrogène
• Le développement d’un modèle d’optimisation économique adapté aux besoins locaux
• L’évaluation de l’impact environnemental de cette solution

Au final ce projet proposera une solution de fourniture énergétique innovante, complète et durable, adaptée aux défis énergétiques et environnementaux des territoires insulaires tropicaux.

École Centrale de Nantes :

L’Ecole Centrale Nantes a pour mission la formation initiale et continue d'ingénieurs par un enseignement dans les domaines scientifique, technologique, économique, ainsi que dans les domaines des sciences sociales et humaines. Elle dispense des formations à la recherche qui sont sanctionnées par des doctorats et d'autres diplômes nationaux de troisième cycle. L’Ecole Centrale Nantes conduit des activités de recherche fondamentale et appliquée dans les domaines scientifiques et techniques. Elle contribue à la valorisation des résultats obtenus, à la diffusion de l'information scientifique et technique et à la coopération internationale.

L’école regroupe sur son campus plus de 2250 étudiants (élèves-ingénieurs, élèves en formation continue, masters, doctorants), 500 collaborateurs, plus de 450 personnels affectés à la recherche dont 150 professeurs, chercheurs et enseignants-chercheurs, qui appartiennent à 5 laboratoires de recherche :

• Laboratoire Ambiances, Architectures, Urbanités (AAU)
• Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (GeM)
• Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Energétique et Environnement Atmosphérique (LHEEA)
• Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N)
• Laboratoire de Mathématiques Jean Leray (LMJL)
• Centre de Recherche Transrationnelle en Transplantation et Immunologie (CR2TI)

Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Énergétique et Environnement Atmosphérique (LHEEA)

Le Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Énergétique et Environnement Atmosphérique (LHEEA) de l’École Centrale de Nantes est une Unité Mixte de Recherche du C.N.R.S. (UMR 6598) composé de 140 personnes dont environ 80 permanents. Le LHÉEA compte notamment 30 enseignants-chercheurs et chercheurs, 40 doctorants et 60 ingénieurs et techniciens. Le laboratoire conduit des actions de recherche dans les domaines suivants :

• Dynamique de l’atmosphère urbaine et côtière
• Interfaces et interactions en hydrodynamique numérique et expérimentale
• Modélisation numérique en hydrodynamique pour la santé et l'ingénierie
• Modélisation des écoulements turbulents à haut Reynolds incompressibles et couplages
• Décarbonation et dépollution des systèmes énergétiques

Le laboratoire dispose par ailleurs de moyens d’essais d’envergure exceptionnelle pour un site académique (grand bassin océanique, bassin de traction, soufflerie atmosphérique, bancs d’essais moteurs).

• Diplôme d’ingénieur ou un master 2 à forte dominante énergétique, thermodynamique.
• Une compétence en modélisation et simulation dynamique serait un plus (Dymola, TRNSys, Simulink)
• D’excellentes capacités d’analyse et de synthèse, avec un esprit critique
• Un bon niveau en communication scientifique (écrit/oral)
• Un excellent niveau d’anglais