En Norvège, on cogite sur les énergies alternatives

Une unité pilote du Sintef étudie un procédé d'extraction du C02 par solvants requérant une colonne de 30 mètres de hauteur.
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ENQUêTE  Quatrième étape de notre série, Trondheim. Une fondation pionnière de l'étude du stockage du CO2 et experte de l'éolien offshore, le Sintef, y opère.

Il fait bon, presque chaud en ce début d'avril. Pourtant nous sommes à Trondheim, à 500 kilomètres au nord d'Oslo, à égale distance de la capitale de la Norvège et du cercle polaire. Un effet du changement climatique ? Au Sintef, le grand centre de recherche du pays, vous ne trouverez aucun chercheur pour ergoter sur ces épiphénomènes. Ici, l'évolution du climat ne se jauge pas à l'aune des bulletins météorologiques. C'est un sujet de recherche sérieux, très sérieux même... Un poste de vice-président responsable des technologies du changement climatique existe depuis deux ans. Son titulaire, Nils Røkke, coordonne les recherches sur les énergies renouvelables et le stockage du CO2. Sur les 2 100 collaborateurs du Sintef, plus de 500 y contribuent, dont 150 se consacrent aux études sur le gaz à effet de serre.

Dès 1986, des chercheurs du département pétrole du Sintef lançaient l'idée de capter le gaz carbonique pour le stocker dans le sous-sol. Une proposition suivie d'effets à partir de 1996, année où le gouvernement norvégien impose de fortes taxes sur les émissions de CO2. Sur le site gazier offshore de Sleipner, en mer du Nord, plus de 11 millions de tonnes de CO2, extraites du gaz naturel, ont été injectées dans le sous-sol. Le stockage géologique pose toujours de nombreuses questions. Depuis 2009, le Sintef est l'« institution hôte » de BIGCCS, un projet d'environ 50 millions d'euros sur huit ans, qui étudie tous les aspects du captage, de la séparation, du transport et du stockage du carbone (Carbon capture and storage, ou CCS). BIGCCS est un centre de recherche virtuelle qui associe des laboratoires norvégiens et allemands et des industriels comme Statoil, ConocoPhillips, Hydro Aluminium, Shell, Total, GDF Suez... « BIGCCS permet d'atteindre la masse critique en matière de recherche sur le sujet », souligne Nils Røkke.

Dans ce domaine comme dans d'autres, les recherches menées à Trondheim bénéficient d'un modèle unique : la coopération entre le Sintef, institution privée (fondation) et l'université technologique NTNU. Coopération ? Le mot est faible. À Trondheim, chercheurs du « public » et du « privé » partagent les étages des bâtiments. Dans les couloirs, de l'aveu des chercheurs, on ne sait pas toujours qui est qui.

Captage basse consommation

C'est sur ce modèle que fonctionne l'unité pilote de captage du CO2 bâtie à la sortie de Trondheim, au bord du fleuve qui traverse la ville. Pour développer un procédé d'extraction par solvants, fondé sur une colonne de 30 mètres de haut, 18 chercheurs du Sintef sont associés à une douzaine de chercheurs de NTNU. Ces derniers traitent les aspects les plus fondamentaux - chimie des solvants, thermodynamique, cinétique des réactions... -, Sintef optimise le process. La technique a été utilisée à l'échelle industrielle (à Sleipner, notamment), mais pour l'installer sur les gaz de combustion d'une centrale thermique, il faudra la déployer à une échelle dix fois plus grande. Le défi majeur : réduire la consommation d'énergie. « Nous cherchons à atteindre le minimum d'énergie par kilogramme de CO2 extrait pour un solvant donné », explique Karl Anders Hoff, du Sintef. L'équipe a déjà réduit la facture de 35 %. Un autre point clé à régler est d'assurer l'innocuité du procédé, en empêchant les émissions de solvants dans l'environnement.

Les autres méthodes de captage - précombustion et combustion à l'oxygène - sont aussi étudiées au Sintef. De même que les problèmes de transport du gaz : l'expérience acquise sur les oléoducs gaziers (méthane, hydrogène) est exploitée pour concevoir le transport du CO2 sous pression. C'est du côté du stockage que l'effort est le plus significatif, avec le lancement récent du CO2FieldLab (voir encadré ci-contre), qui s'attaque au problème de fond : les fuites ! Autrement dit, comment s'assurer que le gaz injecté en sous-sol restera piégé pour des centaines ou des milliers d'années ? Une question qui n'est pas seulement technique. « La garantie que le CO2 est piégé à long terme est nécessaire pour que le stockage soit un jour valorisé sous la forme de crédit d'émission. Et donc pour son financement », affirme Erik Lindeberg, expert du Sintef. Pionnier du stockage du CO2, il a une vision des choses très pragmatique : « Nous n'avons pas les données suffisantes pour prédire à long terme les risques de fuites. Il faut mettre en place une stratégie fondée sur le contrôle des sites et la remédiation en cas de problème ».

Réduction des émissions offshore

L'autre moyen de lutter contre le changement climatique est de produire moins de CO2. Fort de son expertise dans les technologies marines, le Sintef s'est impliqué dans l'énergie éolienne offshore. Avec des équipements de premier plan. Sur une colline dominant Trondheim, Marintek, filiale du Sintef, dispose d'un bassin océanique de 80 mètres sur 50 équipé de générateurs de vagues et de courants, bardé d'instruments. L'on y effectue des mesures sur des maquettes de navires ou d'installations offshore. Des batteries de ventilateurs sont ajoutées pour tester des éoliennes flottantes. Un modèle réduit de Hywind, l'éolienne flottante mise en mer en 2009 par Statoil, a été testé à Marintek. Les essais sont complétés par des simulations numériques. « En couplant des logiciels de simulation des flotteurs et de la turbine (pales, nacelle...), nous pouvons simuler complètement l'éolienne flottante », indique Neil Luxcey, devenu chercheur à Marintek après ses études à l'École centrale de Nantes et à NTNU. Le laboratoire, dont les ateliers fabriquent tous les modèles réduits, teste aussi des hélices d'hydroliennes, afin de mesurer des champs de vitesse, la répartition des charges sur les pales...

Le bassin océanique de Marintek fait partie des moyens à la disposition de Nowitech, projet fédérateur sur l'éolien offshore piloté par le Sintef. Avec des partenaires industriels (Vestas, GE, Statoil...), et un budget de 40 millions d'euros sur 2009-2017, Nowitech veut balayer l'ensemble des questions. « Jusqu'ici, les recherches étaient focalisées sur la conception de la turbine. Nous nous intéressons également à la sous-structure, à la connexion au réseau et à la maintenance », souligne John Tande, directeur de Nowitech. Le coût de la maintenance des éoliennes en pleine mer représente 25 % du coût du kilowattheure produit. Sans compter les risques encourus par les équipes d'intervention.

Au Sintef, on construit un prototype de robot de surveillance à distance. Doté de divers capteurs (micros, caméras, capteurs de gaz, capteurs thermiques...) et de moyens de transmission, il serait installé dans la nacelle afin de détecter les risques de pannes. Quant à la connexion de l'éolienne au réseau, il s'agit d'une question clé pour une source d'énergie intermittente. En simulant le réseau électrique, le laboratoire « smart grid » étudie, lui, l'impact de diverses techniques de connexion des turbines. Enfin Nowitech ne restera pas confiné dans l'enceinte des laboratoires. Le projet disposera de sa propre éolienne flottante, au large de la côte ouest de la Norvège, à partir de 2012-2013. Une unité modeste (200 kW), mais qui, c'est une première, sera totalement ouverte à la recherche.