Qu'est ce que le SWAC ?

Qu'est ce que le SWAC ?

Principe :

La climatisation marine, ou SWAC(Sea Water Air Conditioning) utilise une source renouvelable et locale d’eau froide située à proximité pour refroidir un bâtiment. Les territoires insulaires présentent le lieu idéal de déploiement de cette technologie, car ils constituent un réservoir de besoin de froid important (la climatisation peut y représenter plus de 30% de la consommation électrique), et l’océan qui les entoure est un réservoir de froid conséquent. 

L’idée du SWAC est de valoriser directement cette ressource. Cela permet principalement de réduire la consommation électrique à besoin de froid identique.

Les sources de froids sont variées :

 

  • Le fond des océans : le mouvement convectif les fonds océaniques entretient une couche froide située de 800 à 1000 m de profondeur. La basse température des eaux profondes est due à ce mouvement qui déplace dans les profondeurs des masses d’eau polaires vers l’équateur. 

 

  • Le fond des lacs en région tempérée : l’eau froide, plus dense que l’eau chaude , se stocke naturellement au fond des lacs (40 à 50 m de profondeur, donc plus facilement accessible mais pour un besoin en froid en général plus modeste). Les lacs Alpins par exemple présentent un terrain favorable à un système de climatisation marine.
  • Des courants froids de surface (exemple : climatisation du centre-ville de Stockholm) ou d’autres sources froides.
Voici à titre d’exemple le gradient thermique observé au large de la côte sud de l’île de la Réunion. On observe une variation saisonnière dans les 200 premiers mètres de profondeurs, dus principalement à l’apport du soleil qui varie dans l’année. Cependant, au-delà, on observe une persistance et une stratification des couches d’eau affichant un gradient thermique uniforme toute l’année. Cela atteste de la disponibilité de cette source froide dans l’année.
Selon le besoin du client et la nature de la source froide, celle-ci peut être valorisée pour des usages autres que la climatisation. On a ainsi vu en France comme à l’étranger le déploiement de systèmes de rafraichissement de condenseurs pour des machines frigorifiques (climatisation, froid positif et négatif), où pour assister des thermo-frigo pompes à la fois en climatisation et en chauffage. C’est déjà le cas à Marseille, Biarritz, la Seyne-sur-mer, Monaco, sur le lac Léman à Genève,le lac Ontario à Toronto, etc.

Exemple de SWAC :

Les principaux projets SWAC dans le monde en 2014 
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Comment ça marche :

De l’eau de mer profonde est pompée jusqu’à la surface. L’eau froide étant plus dense que l’eau chaude, elle est disponible en profondeur tandis que les couches de surface sont réchauffées par le soleil. La profondeur de captage dépend du besoin du client, de l’allure du fond sous-marin ainsi que du profil de température qu’offre la source. 
L’eau passe ensuite à travers des échangeurs de chaleur (traditionnellement à plaque en titane, pour éviter la corrosion) et refroidit le réseau d’eau glacée de distribution du client. Durant cette étape, l’eau pompée se réchauffe de quelques degrés. Elle est ensuite rejetée dans la source, à une profondeur telle que le rejet n’influence pas l’écosystème local. Cette technologie évite et remplace les systèmes de climatisation électrique classiques.

Conception :

Rentrent dans la conception du SWAC les étapes suivantes :
  • Définition/estimation des besoins 
    • Bureau d’études thermique
    • Mesures et GTC du client, ainsi que toute documentation sur ses installations thermiques
  • Conception
    • Bureau d’études multidisciplinaire (maîtrise de différents aspects interdépendants comme la thermo-hydraulique, la résistance des matériaux, la mécanique des fluides, la thermique du bâtiment, l’ingénierie offshore, les travaux onshore, …)
    • Cadrage environnemental (selon la législation en vigueur. A titre d’exemple, en France cela inclue de façon non exhaustive l’enquête publique, l’étude d’impact, la loi sur l’eau, l’autorisation d’occupation du domaine public terrestre et maritime, les permis de construire, les éventuelles dérogations « espèces protégées », les déclarations de travaux, ou d’intention de commencement de travaux…). 
    • Montage financier : plusieurs solutions existent selon l’investisseur identifié. Le projet peut être porté par le client, par un exploitant tiers assurant la vente de froid, ou d’autres solutions. Cet aspect requiert une étude de scénario et l’établissement de business plans dédiés.
  • Fourniture du matériel
    • Fournisseur de tube et accessoires 
    • Fournisseur de filtres et crépines
    • Fournisseur de pompes 
    • Fournisseur d’échangeurs de chaleur
    • Fournisseur d’instruments de mesure
    • Fournisseur de la vantellerie 
    • Fournisseur de matériel de climatisation 
  • Prestataires de travaux terrestres
    • Soudeur de Tubes PEHD
    • Etudes géophysiques et géotechniques
    • Transport routier 
    • Forage dirigé  
    • VRD
    • Bureau d’étude génie civil/architecture 
  • Entreprises de travaux (génie civil, réseaux, hydraulique) Prestataires de travaux maritimes
    • Transport maritime
    • Bureau d’études offshore
    • Plongeurs et scaphandriers 
    • Bateaux 
  • Systèmes de distribution, d’appoints et de secours
    • Frigoriste  

Au-delà de la climatisation :

Il est à noter que pour les milieux où l’eau n’est pas assez fraîche pour refroidir le réseau du client, un captage de faible profondeur/de surface peut s’avérer tout à fait intéressant pour refroidir les condenseurs des machines frigorifiques. Cela permet d’améliorer leur efficacité pour un investissement réduit. 
En effet, la mer/l’océan ayant une inertie thermique beaucoup plus conséquente que l’air, la température présente des variations journalières très atténuées, et des variations saisonnières moins importantes que l’air. De plus, la capacité thermique à volume égal de l’eau est 1000 fois plus importante que l’air.
Un tel système améliore la performance des groupes froids conventionnels en abaissant le taux de compression des compresseurs. Cet usage est envisageable sur la production de climatisation mais également de froid négatif, voire de chauffage (en hiver la mer, étant plus chaude que l’air, peut servir de source tiède pour le fonctionnement de pompes à chaleur).

Avantages :

Economie d’Energie
C’est une méthode de climatisation utilisant une énergie renouvelable et de faible coût pour les bâtiments résidentiels et les centres commerciaux en zones côtières. La climatisation à l’eau profonde permet des économies d’énergie de 80 à 90% par rapport à un système conventionnel, en évitant la compression de fluide frigorifique.
Multi-Usages
Des possibilités de refroidissement auxiliaires disponibles : après le passage dans les échangeurs, l’eau extraite peut encore être valorisée, tout dépend de la boucle de climatisation des clients, ainsi que des besoins en évacuation de calories sur place. L’eau peut aussi être utilisée pour d’autres résultats (viviers, pisciculture, chambre froide négative, froid process, …)
Création d’Emplois
Les systèmes SWAC sont intégrés et adaptés au tissu local pour favoriser l’emploi local. En effet, leur mise en place nécessite entre autres des ouvriers et des plongeurs. Une partie de l’investissement est réinjecté dans l’économie locale au lieu d’être exportée vers les pays possédant les grands moyens offshores.
Écologique
La quantité de CO2 générée est réduite par les économies d’électricité. De plus, la boucle d’eau de mer assure la majeure partie du besoin froid, diminuant la charge en fluide frigorifique dans un contexte où les normes mondiales se renforcent sur les quotas d’émission et leurs pénalités financières. Le refroidissement des condenseurs permet également le remplacement des tours humides, source potentielle de légionnelles.
Limites
Proximité du littoral et besoin important en froid
Bien entendu, un bâtiment éloigné du littoral n’aura que peu d’intérêt à envisager un système de climatisation marine. De même, étant donné l’investissement significatif, un besoin froid de l’ordre de plusieurs MWf est souvent nécessaire pour rendre le dispositif attractif pour le client. Cependant, si la source est très accessible, comme dans le cas des lacs alpins par exemple, un besoin en froid très modeste peut garder un retour sur investissement intéressant. Ceci nécessite cependant une approche au cas-par-cas.
Délais
Ces projets sont souvent longs à développer, entre autres de par leur montant d’investissement (plusieurs millions d’euros pour les projets de quelques MWf). Les changements au niveau des décideurs/investisseurs ajoutent à la difficulté, d’autant plus que la climatisation n’est en général pas le cœur de métier des clients (il peut s’agir d’hôtels, d’hôpitaux par exemple) : ils peuvent prioriser des problèmes qui sont plus à court terme et concernent leurs activités principales.
Cavitation et écrasement du pipe
Pour tout système de pompage en aspiration, le débit est limité par la dépression maximum admissible dans le tube. Deux phénomènes sont à éviter : 
  • La cavitation : diminution de la température d’ébullition de l’eau avec la pression, formant des microbulles et provoquant des dommages rapidement irréversibles au système 
  • Le collapse du tube : son écrasement lorsqu’il est subit à une dépression trop importante
Il existe plusieurs solutions pour atténuer ces phénomènes et permettre un plus grand débit, réduisant le diamètre des pipes et le prix d’investissement.

Le cas particulier des îles

Un système de climatisation marine est le plus intéressant pour les territoires insulaires ; ils représentent le plus rapide retour sur investissement pour les raisons suivantes :
• Ils possèdent naturellement une réserve d’eau froide naturelle dans l’océan qui les entoure.
• La climatisation représente une part importante de la consommation électrique. En effet, ces territoires produisent souvent leur électricité à coût élevé en important des ressources depuis les pays exportateurs d'énergie.
• Energie chère en milieu insulaire
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