Première mondiale : la chaleur d’un volcan sous-marin transformée en électricité… mais pendant 8,7 secondes seulement

Et si l'une des plus grandes réserves d'énergie de la planète se cachait sous nos pieds ? Chaque jour, la Terre libère en effet environ 1 130 TWh d'énergie thermique, soit 2,5 fois plus que la consommation énergétique globale de l'humanité.

Alors bien sûr, cette chaleur est tellement dispersée sur l'ensemble de la surface de la planète qu'elle est difficilement exploitable. Une grande partie se dissipe en effet à travers les roches, à des températures trop faibles pour permettre une exploitation énergétique rentable. Mais certaines régions, ou certains contextes géologiques, présentent toutefois des concentrations de chaleur suffisamment fortes pour que cela devienne intéressant. C'est le cas des réservoirs géothermiques profonds, des zones de circulation hydrothermales et bien sûr des régions volcaniques.

La géothermie, qui exploite cette chaleur naturelle du sous-sol, est ainsi actuellement en plein essor. Elle permet d'alimenter des réseaux de chaleur ou de produire de l'électricité. La centrale géothermique de Sendling, à Munich, permet ainsi de fournir de la chaleur à environ 80 000 habitants et la ville prévoit d'augmenter considérablement cette ressource d'ici 2040.

Les fonds océaniques, d’immenses réservoirs d’énergie géothermique

Si pour l'instant l'exploitation de la chaleur interne de la Terre se concentre principalement sur les continents, certains chercheurs tentent désormais de la récupérer dans des environnements beaucoup plus difficiles d'accès : les océans. Les fonds océaniques évacuent en effet une quantité de chaleur nettement plus importante que la croûte continentale. Environ deux tiers de la chaleur interne totale de la Terre sont ainsi dissipés par les fonds océaniques.

Ces petits volcans sous-marins pourraient cracher d’importantes quantités de méthane

Les volcans sous-marins dits de « petit-spot » sont bien spéciaux. Situés en amont des fosses de subduction, sur une lithosphère océanique vieille et froide, loin de l’intense activité volcanique qui se manifeste au niveau des dorsales, ils joueraient pourtant un rôle non négligeable dans le cycle global du carbone.... Lire la suite

Deux mécanismes sont principalement en cause : le refroidissement de la lithosphère océanique formée à l'axe des dorsales et la circulation hydrothermale. Cette dernière est particulièrement intéressante, car l'eau chauffée en circulant au sein de la croûte océanique peut ressortir au niveau d'évents hydrothermaux à des températures qui peuvent dépasser 400 °C. Ces sources de fluides très chauds sont surtout présentes au niveau des dorsales océaniques, des arcs volcaniques associés aux zones de subduction, et des volcans intraplaques.

Localisation des principaux sites hydrothermaux connus sur le globe. © NOAA

Exploiter la chaleur des volcans sous-marins : plus facile à dire qu’à faire

Récupérer cette chaleur qui sort directement des entrailles de la Terre représente toutefois un défi de taille. Les profondeurs à atteindre dépassent généralement les 1 500 mètres et les équipements doivent donc endurer des pressions colossales, mais aussi résister aux fluides très corrosifs. Enfin, les opérations de maintenance sont autrement plus complexes qu'à terre : la moindre panne nécessite l'intervention d'un navire spécialisé et de robots sous-marins. Autant d'obstacles techniques et économiques que l'entreprise américaine Endurance Energy tente aujourd'hui de surmonter.

Cette start-up a en effet récemment installé un premier prototype de centrale géothermique sous-marine sur le volcan sous-marin Axial Seamount, situé sur la dorsale Juan de Fuca, à environ 480 kilomètres des côtes de l'Oregon. Le dispositif, nommé Adélie, est en réalité un générateur électrique de trois tonnes, conçu pour être directement installé sur le fond océanique, capter le fluide hydrothermal sortant ici à 281 °C pour vaporiser un fluide de travail dans un circuit fermé et ainsi produire de l'électricité grâce à une turbine et à un alternateur.

Mise à l'eau d'Adélie, prototype de générateur électrique sous-marin. © Endurance Energy

Un premier test a été réalisé le 27 septembre afin de démontrer qu'une telle installation pouvait fonctionner sur le fond océanique, être pilotée à distance et produire plus d'électricité qu'elle n'en consommait. Un objectif atteint, même si la phase de production électrique n'aura finalement duré qu'une trentaine de secondes !

8,7 secondes de production électrique nette : une première mondiale

Le système a ainsi produit quelque 60 wattheures d'électricité. Surtout, pendant 8,7 secondes, il a réussi à générer davantage d'électricité qu'il n'en consommait pour fonctionner. La puissance nette médiane a alors atteint environ 2 kilowatts, avec un pic à 16,5 kilowatts. L'expérience a été malheureusement interrompue suite à une anomalie de mesure du courant de la batterie.

Mise à l'eau de la foreuse pour capter les fluides géothermaux qui s'échappent des fonds marins. © Endurance Energy

Même si la durée de fonctionnement du générateur peut sembler dérisoire, il s'agit d'une réussite et d'une première mondiale selon Endurance Energy. Ce test a permis de valider plusieurs étapes essentielles. Le défi consiste désormais à fiabiliser les équipements pour prolonger cette production sur des durées beaucoup plus importantes, tout en améliorant le débit des fluides captés. Car si les fonds océaniques recèlent un immense potentiel géothermique, transformer cette chaleur en une source d'électricité exploitable à grande échelle reste encore un défi technologique considérable.

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Il ne faut toutefois pas oublier que les sites hydrothermaux recèlent souvent d'importantes communautés biologiques particulièrement fragiles. Si Endurance Energy indique avoir effectué un suivi environnemental pendant son essai, l'impact de telles installations sur ces écosystèmes devra être clairement évalué avant tout éventuel développement commercial.