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PAT ETM : rétrospective 2012

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L’année 2012 fut riche pour le PAT ETM (Prototype A Terre sur l’Energie Thermique des Mers). Arrivé en plusieurs modules (7 containers) en février à l’IUT de Saint-Pierre, il n’aura fallu que trois mois aux équipes de DCNS, concepteur du système, pour effectuer le montage, les essais préliminaires ainsi que la mise en place des nombreux dispositifs de sécurité. C’est ainsi que les premiers essais de R&D, menés par les chercheurs du laboratoire PIMENT de l’Université et DCNS, ont pu débuter courant mai. L’objectif de ces essais en 2012 était de tester trois configurations système différentes afin de comparer les résultats de chacune d’elles. Ceci fut d’ailleurs l’objet de la convention signée entre la Région Réunion (co Maître d’Ouvrage) et DCNS en mars dernier (ici). Les changements du process étaient donc focalisés sur les échangeurs thermiques, plus précisément l’évaporateur, car c’est sur cet élément majeur que les meilleurs espoirs de perfectionnement sont portés.

Pour rappel, le principe de l’ETM (illustré ci-dessus) utilise la différence de température entre les eaux de surface et les eaux profondes. Un écart d’au moins 20° est nécessaire et plus la différence est grande, meilleur est le rendement. C’est pourquoi l’exploitation de cette énergie se limite donc à la zone intertropicale qui présente des eaux de surface suffisamment chaudes. De même, il est impératif d’aller puiser l’eau au-delà de 1000 m de profondeur pour obtenir une température suffisamment basse (autour de 5°). L’idée est alors de créer une boucle thermodynamique (cycle de Rankine) : le fluide de travail est évaporé grâce à l’eau chaude de surface et condensé par l’eau froide profonde.

Le PAT ETM est donc un banc expérimental de cette technologie (cette dernière étant parfaitement maîtrisée mais pouvant et devant être thermodynamiquement optimisée afin d’améliorer les performances de production électrique) ayant pour objectif de réaliser plusieurs séries d’essais afin d’améliorer la connaissance du système avant d’installer une centrale en mer. Par ailleurs, le PAT n’est pas relié directement à la mer, l’eau chaude et l’eau froide sont fournies par une pompe à chaleur aux mêmes températures que l’on trouve en mer.

Le premier évaporateur testé fut une version « tubulaire noyée », schéma ci-dessous, dans lequel le fluide de travail liquide arrive en partie basse puis s’évapore au contact des tubes traversés par l’eau chaude. Cet échangeur fait figure de solution de référence en la matière car son comportement est relativement bien connu par les thermodynamiciens. Cependant, malgré cette qualité, les calculs théoriques ont montré que sa puissance thermique semblait inférieure à d’autres évaporateurs de taille équivalente mais fonctionnant sur un principe différent.

C’est ainsi qu’un deuxième évaporateur a été conçu et installé sur le PAT. Très similaire au premier en taille, forme et matériau, il possédait néanmoins une différence majeure sur le principe de fonctionnement puisqu’il s’agissait d’une version « tubulaire arrosée ». En effet, le fluide de travail était cette fois-ci projeté sur les tubes traversés par l’eau chaude optimisant ainsi l’évaporation. L’inconvénient de cet échangeur par rapport au précédent étant qu’il nécessite une pompe de circulation pour la projection du fluide de travail sur les tubes. Cette pompe consomme bien sûr de l’électricité, ce qui représente de l’électricité en moins injectée sur le réseau électrique en condition réelle en mer. Le travail consiste donc à comparer le gain de puissance obtenu grâce à la technologie « arrosée » par rapport à la consommation électrique de la pompe afin de voir si la part d’électricité injectée au réseau in fine est supérieure à celle avec le premier évaporateur.

Le troisième évaporateur testé fut très différent des deux précédents en taille, forme et matériau puisqu’il s’agissait d’un échangeur à plaques. Son principe est similaire à celui du schéma ci-dessous, le fluide de travail (liquide) coule d’un côté de la plaque pendant que l’eau chaude coule de l’autre côté en sens inverse. La vapeur qui sort de l’échangeur est toutefois composée de gouttelettes de liquide ce qui nécessite la mise en place d’un séparateur en aval. Il s’avère que la puissance thermique de cet échangeur est supérieure aux deux précédents mais son fonctionnement optimal de manière autonome reste très complexe à mettre en œuvre.

L’objectif de 2013 est, dans la même lignée que 2012, de tester notamment un nouvel évaporateur très prometteur.

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