Que l’on produise de l’électricité en brûlant du charbon ou en fissurant des atomes, voire en captant l’énergie dégagée par le soleil (dans le cas des centrales thermodynamiques), le procédé demeure le même : il s’agit de transformer de l’eau en vapeur afin d’actionner une turbine. Aujourd’hui, 80% de l’électricité mondiale est ainsi produite à partir de la vapeur. Mais des chercheurs envisagent de lui substituer… le dioxyde de carbone. État des lieux et perspectives des recherches et développements effectués en la matière.

Qu’est-ce que le CO2 à l’état supercritique ?

A ce jour, la plupart des centrales de production électrique utilisent de la vapeur d’eau pour actionner des turbines. Cette capacité à transformer l’énergie grâce à la vapeur remonte à la toute première Révolution industrielle. Au fil du temps, quelques améliorations ont été apportées pour parfaire le procédé. Mais il semble que ses limites de rendement soient atteintes, tant et si bien que la recherche de gains supplémentaires engendreraient pour les constructeurs des coûts prohibitifs.

Les chercheurs se penchent donc, désormais, sur le développement d’alternatives. Une des pistes privilégiées consisterait à utiliser du dioxyde de carbone à l’état supercritique (CO2-S). Par “supercritique”, il faut entendre un état dans lequel le CO2 atteint une température (31°C) et une pression (73 atmospheres) critiques.

Lorsqu’il se trouve dans un état supercritique, le CO2 serait deux fois plus dense que la vapeur. Qui plus est, le CO2-S présenterait l’avantage d’être plus facile à comprimer que la vapeur d’eau, ce qui permettrait d’extraire l’énergie de la turbine à plus haute température. D’après les chercheurs du National Energy Technology Laboratory de Pittsburgh (États-Unis), les dimensions de la turbine pourraient donc être réduite d’un facteur 10 à puissance égale, permettant de réaliser d’importants gains sur les coûts de production.

Recherches : où en est-on ? quelles perspectives ?

Les usages des turbines à CO2-S peuvent être multiples. On pense à l’exemple des producteurs producteurs de café qui utilisent déjà ce procédé pour extraire de la caféine des graines de café. Les cycles combiné à gaz, les centrales nucléaires, les centrales à charbon dotés de technologies de captage et de stockage du CO2 ou encore les centrales solaires thermodynamiques pourraient – potentiellement – tirer des bénéfices de l’usage de ces turbines à CO2-S.

Conscient de l’attractivité que représente cette nouvelle technologie, le ministre de l’Énergie américain, Ernest Moniz, a récemment annoncé l’allocation de 44 millions de dollars en faveur de la recherche et du développement. L’objectif ? Créer une centrale de démonstration de 10 MW d’ici 2016. Si les pouvoirs publics se mobilisent, il en va de même côté constructeurs puisque, fin 2014, le japonais Toshiba annonçait produire une turbine pour une centrale de démonstration à gaz de 25 MW dans l’État du Texas, fonctionnant au CO2-S. Celle-ci devrait voir le jour fin 2016.

Avant d’envisager toute commercialisation à l’échelle industrielle, il faudra toutefois s’armer de patience. Pour l’heure, les recherches se sont concentrées sur la turbine. Mais l’utilisation du CO2-S nécessitera une adaptation des matériaux des conduites de l’installation afin de faire face au pouvoir corrosif du CO2. Il s’agira par ailleurs d’améliorer la puissance des démonstrateurs. Ces derniers ont jusqu’ici atteint une puissance de l’ordre de quelques KW. Envisager une conversion en MW constitue donc un défi de taille.