Utiliser l’énergie en friche Blue Energy – une innovation révolutionnaire

par Heini Hofmann

Même dans leurs rêves les plus audacieux, les deux inventeurs, Thomas Edison et Nikola Tesla, connus de tout étudiant en physique, ne purent imaginer qu’environ 125 ans plus tard leur vision d’un système de propulsion thermomagnétique serait mise en pratique de façon révolutionnaire grâce à un ophtalmologue – une contribution arrivant à point nommé pour le tournant énergétique.
Les efforts pour utiliser l’énergie à basse température en dessous de 100°?C – étant mondialement une des plus grandes sources d’énergie – pour la production de courant sont déjà anciens. C’est ainsi qu’en 1888, Thomas Edison décrivit le générateur pyromagnétique et une année plus tard Nikola Tesla le moteur magnétocalorique. Depuis, il y eut des douzaines de tentatives pour construire un moteur thermomagnétique (MTM).
En Suisse, le professeur Peter Egolf et son équipe de la Haute Ecole spécialisée de Suisse occidentale (HES-SO) avec le soutien de l’Office fédéral de l’Energie ont décrit à plusieurs reprises les possibilités de réaliser et d’appliquer des moteurs thermomagnétiques. Mais personne n’a jamais réussi à construire un système utilisable à débit continuel – jusqu’à ce qu’un ophtalmologue et inventeur passionné ait une vision. Cela prouve que les innovations ne doivent pas forcément provenir de laboratoires d’idées établis, mais peuvent parfois provenir de la tête d’un individu doué.

Un prototype industriel est en préparation

Depuis qu’un modèle de démonstration a été mis en service aux bains thermaux de Bad Zurzach et qu’un premier prototype applicable industriellement sera testé en Suisse cette année encore, tout commence à bouger. Tout comme autrefois les petits garçons observaient avec de grands yeux brillants la mise en marche du volant de leur petit modèle de machine à vapeur, l’équipe Blue Energy a vibré lorsque leur bébé MTM s’est mis en marche à Zurzach. Car dans cet appareil, il y a un grand potentiel, confirmé par la science.
A l’heure actuelle, il n’y a au monde que peu de technologies pour utiliser l’énergie à basse température de manière économique. Organic Ranking Cycle (ORC) en est une qui a déjà été mise au point, mais contrairement aux installations MTM, elle est très complexe, exige d’énormes travaux d’entretien et le prix d’achat du courant est trop élevé. On fait aussi des recherches dans le domaine des générateurs thermoélectriques transformant deux sources de chaleur de température inégale directement en énergie. Mais là, on se concentre sur des températures de départ élevées, par exemple des gaz d’échappement de moteurs.
Dans le domaine des basses températures par contre, il n’y a pas grand-chose, donc peu de concurrence, ce qui permet à Swiss Blue Energy SA, basée à Zurzach, travaillant en collaboration étroite avec l’Office fédéral de l’Energie, d’être à la pointe dans cette technologie et sur le marché. Les trois cerveaux de pointe de cette nouvelle technologie au grand potentiel d’application dans les pays industrialisés et dans les pays en voie de développement sont le promoteur principal l’ophtalmologue Nikolaus Vida de Bad Zurzach, le professeur à l’EPFZ Hugo Tschirky et Kurt Heiniger, professeur de la Haute Ecole spécialisée du Nord-Ouest de la Suisse de Windisch. (Malheureusement, Kurt Heiniger est décédé dans ses montagnes bien aimées quelque temps après la rédaction de cet article; le projet cependant sera poursuivi.)

Le carrousel thermomagnétique

Comment cette «machine miraculeuse» fonctionne-t-elle? Tout le monde sait qu’un aimant adhère au fer. Ce qui est par contre moins connu, c’est qu’avec l’échauffement du fer au-dessus de la température de Curie, la force d’adhésion disparaît et l’aimant tombe. L’explication est que les composants (atomes, molécules, ions), alignés régulièrement dans le fer froid et pouvant donc réagir à un champ magnétique externe, commencent à vibrer avec l’échauffement et lorsque la température de Curie est atteinte elles perdent leur alignement structuré et ne réagissent donc plus à l’aimant. Ce processus est cyclique.
Cependant, la construction d’une propulsion thermomagnétique performante implique qu’on réussisse à changer, sous l’influence de la température, l’état de matériaux magnétocaloriques appropriés en un temps minimum, c’est-à-dire en millisecondes. La solution consiste en des matériaux ferromagnétiques appropriés et un interrupteur thermomagnétique, activé par un médium de températures différentes. La clé du succès était de réaliser cela.
Dans un boitier cylindrique (et comme il se doit pour Blue Energy de couleur bleue) se trouve, en analogie avec une roue de moulin couchée, une plaque tournante. Le matériel magnétocalorique y est arrangé en cercle et est conduit entre divers aimants fixes. Près de ceux-ci, il est amené dans un état magnétique actif, c’est-à-dire attiré, ce qui met la plaque en rotation. Afin de maintenir celle-ci, le matériel est démagnétisé par un interrupteur thermique en passant entre les aimants. Cette procédure changeante (effet de Curie) se répète continuellement ce qui fait que le carrousel high-tech tourne, comme poussé par une main invisible.

Le principe d’entrainement magnétocalorique:
1. le matériel ferromagnétique est attiré par les aimants fixes,
2. l’«interrupteur thermomagnétique» active la démagnétisation du matériel,
3. le matériel démagnétisé s’éloigne du champ magnétique,
4. l’interrupteur thermomagnétique active à nouveau l’effet ferromagnétique, le matériel est à nouveau attiré etc.

Le problème de l’utilisation de gadolinium

Pour cette raison le profane est tenté de croire en un mouvement perpétuel. Mais là aussi, il y a aussi une force de propulsion. Le «carburant» pour ce mouvement circulaire est – étonnamment – de l’eau froide et de l’eau chaude disponibles dans le domaine de la basse température. Mais cette «roue hydraulique» n’utilise, contraire à une roue de moulin, pas la force de l’eau mais la différence de température. Pour cette raison, il y a des conduites d’eau chaude et d’eau froide dans le boitier cylindrique contenant l’assiette couchée, et l’eau utilisée s’écoule à nouveau.
Avec l’état actuel de la technique, il suffit d’avoir de l’eau chaude de 30°?C avec une différence de 20°?C par rapport à l’eau froide. Dans le prototype de démonstration de Zurzach, on utilise avec succès les eaux usées du bain thermal. Avec des eaux usées très chaudes, il serait même possible de l’utiliser plusieurs fois dans une installation en cascades, ce qui augmenterait encore le rendement.
Mais le hic est dans la pièce centrale de cette machine innovatrice, dans le matériel magnétocalorique responsable de l’effet de magnétisation. Actuellement, dans le domaine de la basse température, on ne peut utiliser qu’un seul élément du groupe des terres rares, le gadolinium, (avec une température de Curie d’environ 19°?C). Mais il est très cher et difficile à travailler. C’est pourquoi la science cherche, en coopération avec Swiss Blue Energy, des matériaux alternatifs qui permettent, suivant la qualité des sources d’eau localement disponibles, de choisir les températures de Curie optimales.

Contribution active au tournant énergétique

Si l’on réussit, les possibilités d’application sont quasiment illimitées. Comme source de chaleur entrent en ligne de compte des eaux usées avec des niveaux de température différents selon les entreprises industrielles ainsi que l’énergie solaire thermique et la géothermie de sources naturelles. L’utilisation de chaleur résiduelle industrielle représente en outre une contribution importante pour éviter les émissions de CO2. Les installations de Blue Energy peuvent être utilisées avec de l’eau réchauffée et de l’eau à température environnementale plus fraîche (énergie solaire thermique ou des systèmes de refroidissement photovoltaïque). Les sites idéaux sont des lieux ensoleillés aux bords de lacs, de rivières et de mers.
Concernant la géothermie présente partout: étant donné qu’on n’utilise outre de l’eau froide de l’eau en dessous de 100°?C, il n’est pas nécessaire d’effectuer des forages en profondeur problématiques et chers. Il suffit de creuser dans des couches près de la surface. Des régions tectoniquement actives telles l’Islande ou le Japon sont les lieux d’implantation optimaux pour des installations de Swiss Blue Energy. Des études concernant le degré d’efficacité montrent en outre que celui-ci est sensiblement plus élevé en travaillant avec les basses températures qu’avec toutes les autres technologies disponibles actuellement.
Avec cette nouvelle procédure thermomagnétique utilisée dans les domaines de la technique et de l’industrie, il sera possible d’utiliser la chaleur résiduelle et la chaleur naturelle, disponibles en quantités inépuisables, dans le domaine des températures basses pour produire de l’énergie de rotation qui peut servir par exemple à la propulsion de générateurs électriques. Blue Energy semble donc prédestinée pour participer de manière essentielle au tournant énergétique envisagé en Suisse et à l’étranger.    •
Informations complémentaires (en allemand et anglais) sur: www.swiss-blue-energy.ch
(Traduction Horizons et débats)

Un projet Eureka a déjà été accepté

Dans le développement de Swiss Blue Energy pour la mise sur le marché, il y a encore quelques obstacles à franchir: primordialement l’optimisation du matériel magnétocalorique et donc de «l’interrupteur thermomagnétique», mais aussi la configuration de dimensions d’installation sensées pour l’utilisation industrielle. Mais tout semble être sur la bonne voie. Une perspective réjouissante est qu’un projet Eureka pour la recherche de nouveaux matériaux magnétocaloriques en collaboration avec l’Université polytechnique de Delft a déjà été accepté.
Les avantages de cette innovation sont évidents et le potentiel d’utilisation de cette nouvelle technologie est pratiquement illimité. Les modules de Blue Energy peuvent être construits en différentes dimensions, ne produisent pas d’émissions, sont silencieux et ne demandent pratiquement pas d’interventions dans le paysage. Ils sont fondés sur une mécanique simple à faible usure, ont des prix de production avantageux et sont facilement transportables pour une utilisation décentralisée (dans des endroits isolés ou dans les pays en voie de développement). En outre, ils peuvent être mis en marche et arrêtés en quelques secondes ce qui rend superflu tout système d’exploitation et d’accumulation.
Une telle exploitation flexible et la simplicité du système permettent la production de courant électrique à un prix avantageux en comparaison avec d’autres technologies. En bref: le principe de Blue Energy correspond à la conscience écologique grandissante d’utiliser de la chaleur restante de manière sensée au lieu de l’évacuer dans les rivières ou dans des tours de refroidissement. Cette nouvelle étoile dans le ciel du courant électrique contribuera donc à éclairer notre avenir énergétique.