Le Japon met en service la première centrale osmotique d’Asie, transformant des flux de déchets en électricité 24 h/24

Renverser la vapeur face à une faiblesse majeure des énergies renouvelables

Les panneaux solaires s’éteignent au coucher du soleil. Les éoliennes s’arrêtent quand le vent faiblit. Même la production des barrages hydroélectriques diminue lors des sécheresses prolongées. Depuis des décennies, la révolution des énergies renouvelables cherche une source d’électricité propre qui fonctionne en continu, heure après heure, sans avoir à consulter les prévisions météorologiques. En août 2025, une petite installation située sur la côte sud du Japon a commencé à faire exactement cela, en produisant de l’électricité à partir de la différence de salinité entre l’eau douce et l’eau salée. La centrale, située dans le Centre de dessalement de l’eau de mer d’Uminonakamichi Nata, à Fukuoka, est la première installation osmotique opérationnelle d’Asie. C’est seulement la deuxième centrale commerciale de ce type au monde à fonctionner en continu, après une installation danoise inaugurée en 2023. Pour un pays qui importe la majeure partie de ses combustibles fossiles et subit une pression croissante pour décarboner son économie, cette mise en service représente plus qu’une expérience locale. C’est un test grandeur nature pour déterminer si les océans qui entourent le Japon peuvent devenir une source constante d’électricité propre de base.

L’installation, également appelée Mamizupia, a officiellement commencé ses activités lors d’une cérémonie d’inauguration le 5 août 2025. Contrairement aux centrales électriques classiques, elle ne brûle aucun combustible et n’émet pas de dioxyde de carbone. À l’exception d’une turbine, elle ne comporte pratiquement aucune pièce mobile. Surtout, elle ne dépend ni de l’ensoleillement, ni de la vitesse du vent, ni des précipitations saisonnières. La centrale repose sur un principe appelé osmose à pression retardée, souvent désigné par le sigle anglais PRO, qui permet d’extraire de l’énergie exploitable de la tendance naturelle de l’eau à équilibrer les concentrations en sel. En combinant deux flux de déchets déjà produits par la ville, la saumure concentrée issue du dessalement et les eaux usées traitées d’une station d’épuration, le système produit environ 880000 kilowattheures d’électricité par an. Cette production couvre une part significative des besoins énergétiques du centre de dessalement et équivaut à la consommation de 220 à 300 foyers japonais moyens. Selon les exploitants, le taux d’utilisation approche les 90 %, un niveau de régularité que les installations solaires et éoliennes ne peuvent atteindre qu’avec des batteries de secours coûteuses.

Les principes physiques méconnus de l’énergie bleue

Pour comprendre le fonctionnement de la centrale de Fukuoka, il est utile de se rappeler un processus biologique fondamental. L’osmose est la force qui permet aux racines des arbres d’absorber l’eau du sol et empêche les cellules humaines de s’affaisser lorsqu’elles sont entourées de liquides. Lorsque deux solutions de concentrations en sel différentes se trouvent de part et d’autre d’une membrane semi-perméable, les molécules d’eau migrent naturellement du côté le moins salé vers le côté le plus salé, afin d’équilibrer les concentrations. Les ions de sel, trop volumineux, ne peuvent pas traverser la membrane : seule l’eau passe. Dans une chambre pressurisée hermétique, cette migration augmente à la fois le volume et la pression du côté salé. Les ingénieurs récupèrent cette pression, la dirigent vers une turbine et font tourner un générateur électrique. Le résultat : de l’électricité produite à partir de la seule différence chimique entre deux masses d’eau.

La technologie utilisée à Fukuoka repose sur une variante appelée osmose à pression retardée. Dans un système PRO classique utilisant de l’eau de mer et de l’eau douce, la réaction chimique fonctionne de manière optimale avec une différence de pression d’environ 26 bars, soit à peu près la pression exercée au fond d’une colonne d’eau de 270 mètres. L’installation de Fukuoka améliore le modèle théorique en utilisant, du côté salé, non pas de l’eau de mer ordinaire, mais la saumure concentrée qui reste après l’extraction de l’eau douce lors du dessalement. Du côté de l’eau douce, la centrale utilise des eaux usées traitées acheminées depuis une station d’épuration voisine. Sandra Kentish, ingénieure chimiste à l’Université de Melbourne, a expliqué que cette combinaison accentue l’écart de salinité et permet de tirer davantage d’énergie du processus qu’avec un système classique utilisant de l’eau de mer. Le Dr Ali Altaee, spécialiste des sources d’eau alternatives à l’Université de technologie de Sydney, a souligné que les deux flux étaient déjà mélangés avant leur rejet. En intercalant une membrane et une turbine, on récupère donc une énergie qui se dissiperait autrement dans la mer.

Une solution circulaire à un problème côtier

Fukuoka ne semble pas, à première vue, être une métropole confrontée à une crise de l’eau, mais sa géographie oblige la région à planifier avec soin. L’agglomération, qui compte environ 2,6 millions d’habitants, ne dispose pas de grands fleuves à proximité et ne peut donc pas compter uniquement sur des précipitations imprévisibles pour son approvisionnement en eau potable. Depuis 2005, le Centre de dessalement de l’eau de mer d’Uminonakamichi Nata sécurise l’approvisionnement local en transformant l’eau de mer en eau douce, à raison d’environ 50000 mètres cubes par jour. Ce processus, bien qu’essentiel à la vie, génère un sous-produit difficile à gérer. La saumure concentrée, dont la teneur en sel avoisine souvent les 8 %, doit être éliminée avec précaution afin de ne pas endommager les écosystèmes marins locaux.

La centrale osmotique transforme ce déchet en ressource. Au lieu de considérer la saumure comme un problème environnemental nécessitant une dilution avant rejet, les exploitants la font désormais passer dans des modules à membrane, face à des eaux usées traitées. Le passage de l’eau douce à travers la membrane accroît la pression du côté de la saumure, entraîne la turbine et produit finalement une eau diluée qui peut être rejetée en réduisant les risques pour l’environnement. En somme, la centrale transforme deux problèmes d’élimination en un seul flux énergétique. L’électricité produite est réinjectée dans le centre de dessalement, ce qui réduit ses coûts d’exploitation et sa consommation d’électricité sur le réseau classique. Kenji Hirokawa, directeur du Centre de dessalement de l’eau de mer, a présenté l’installation comme une première étape modeste plutôt que comme une solution achevée. Cette approche correspond à une technologie qui doit encore faire ses preuves à l’échelle commerciale, tout en reflétant une ambition plus large. Les villes côtières du monde entier sont confrontées aux mêmes difficultés : une demande énergétique croissante et l’élimination de la saumure. L’exemple de Fukuoka montre comment répondre simultanément à ces deux enjeux.

Les leçons d’une décennie d’essais infructueux

L’idée de produire de l’électricité à partir des gradients de salinité n’est pas nouvelle. Un chercheur américain a proposé ce concept pour la première fois en 1976 dans le Journal of Membrane Science. Pendant plus de trois décennies, la théorie est restée largement inexplorée, jusqu’à ce que la compagnie d’électricité norvégienne Statkraft commence à construire des installations expérimentales sérieuses. En novembre 2009, Statkraft a inauguré à Tofte, sur le fjord d’Oslo, le premier prototype PRO, avec pour objectif de démontrer que l’énergie osmotique pouvait être compétitive sur les marchés réels. La centrale visait une puissance nominale de 10 kilowatts, mais ne produisait en pratique que 2 à 4 kilowatts. En janvier 2014, Statkraft a mis fin au projet, annonçant que le rendement des membranes restait trop faible pour assurer la viabilité commerciale.

L’échec norvégien est devenu un avertissement sur l’écart entre la chimie en laboratoire et la rentabilité industrielle. La puissance produite par unité de surface de membrane est devenue le critère essentiel. Des recherches publiées dans des revues scientifiques ont établi que les systèmes osmotiques doivent produire environ 5 watts par mètre carré de membrane pour approcher la rentabilité financière. L’installation de Tofte n’atteignait que 1 à 3 watts par mètre carré. Les membranes étaient trop coûteuses, s’encrassaient trop rapidement et laissaient passer trop peu d’eau pour justifier l’énergie nécessaire au pompage. Au cours de la décennie suivante, la technologie a végété dans des programmes pilotes et des publications universitaires, tandis que le coût de l’énergie solaire et éolienne s’effondrait.

La centrale de Fukuoka tente d’éviter ce piège en choisissant plus judicieusement son emplacement, plutôt qu’en attendant une percée dans les matériaux. L’installation produisant déjà une saumure hypersaline et recevant des eaux usées traitées, le gradient de salinité est bien plus important que dans un système classique associant eau de mer et eau douce. Cet écart plus marqué permet aux membranes disponibles, malgré leurs imperfections, d’extraire suffisamment d’énergie nette pour rendre la centrale viable. Akihiko Tanioka, spécialiste du domaine, a salué cette étape et son potentiel plus large.

Cette mise en œuvre réussie est une avancée majeure. J’espère qu’elle sera reproduite dans le monde entier.

L’entreprise danoise SaltPower avait déjà démontré la faisabilité du concept en 2023, avec une centrale commerciale fonctionnant en continu à Mariager. L’installation japonaise, plus grande, apporte désormais un exemple asiatique et montre que la technologie PRO peut s’intégrer aux infrastructures municipales de gestion de l’eau existantes.

Une production modeste, mais régulière

À l’échelle des grands réseaux électriques, la centrale osmotique de Fukuoka est minuscule. Sa puissance moyenne en continu avoisine les 100 kilowatts, une quantité négligeable comparée aux centaines de mégawatts produits par les parcs éoliens en mer ou les centrales à gaz. Le coût du projet, environ 4.38 millions de dollars, montre que cette électricité n’est pas encore bon marché. Presque toute l’électricité produite sert au fonctionnement du centre de dessalement lui-même. L’installation fonctionne donc davantage comme un dispositif de récupération d’énergie que comme un générateur indépendant alimentant des villes.

La taille n’est toutefois pas le seul critère de pertinence. Si la centrale manque de puissance, elle compense par sa prévisibilité. Un taux d’utilisation de 90 % signifie que le système produit de l’électricité aussi bien lors des typhons que pendant les nuits sans vent ou les hivers nuageux. Deux terrains de football couverts de panneaux solaires pourraient, sur le papier, égaler sa production annuelle, mais les nuages, la nuit et les variations saisonnières de l’angle du soleil rendent cette production théorique variable dans la réalité. Les gestionnaires de réseau doivent compenser ces fluctuations à l’aide de réserves tournantes ou de batteries. À l’inverse, l’énergie osmotique offre une production stable que les fournisseurs d’électricité peuvent prévoir avec confiance.

Cette configuration est également pertinente sur le plan économique. Une étude publiée en 2024 dans Chemical Engineering Science a décrit de nouvelles modifications des membranes susceptibles de faire progresser la production durable d’électricité à partir des gradients de salinité. Par ailleurs, une analyse technico-économique de la technologie PRO publiée dans Frontiers in Energy Research a confirmé que son intégration aux usines de dessalement figurait parmi les voies les plus viables commercialement. La raison est simple : le flux de saumure est déjà produit sans coût supplémentaire et les eaux usées circulent déjà. La centrale n’a pas besoin d’acheter du combustible ni de construire des canalisations à travers des espaces naturels. Elle s’insère simplement dans un cycle d’utilisation de l’eau déjà existant.

La course mondiale aux meilleures membranes

Malgré l’optimisme suscité par Fukuoka, le secteur de l’énergie osmotique se heurte toujours à un défi lié aux matériaux. L’Agence internationale pour les énergies renouvelables estime que le potentiel technique mondial de l’énergie produite à partir des gradients de salinité pourrait atteindre 647 gigawatts et 5177 térawattheures par an, même si les contraintes géographiques et techniques ramèneront la production réelle à un niveau bien inférieur. Pour que ce potentiel se concrétise, les membranes doivent devenir moins coûteuses, plus résistantes et moins sensibles à l’encrassement. L’IRENA a identifié le coût des membranes comme un obstacle majeur, et les chercheurs continuent de chercher des matériaux qui laissent l’eau circuler plus rapidement tout en résistant à l’accumulation de matières organiques et de minéraux.

Le Japon a tout intérêt, sur le plan commercial, à mener ces recherches. Selon le gouvernement japonais, les entreprises nationales détiennent déjà environ 60 % du marché mondial des membranes de dessalement. Les progrès dans le domaine des membranes osmotiques pourraient consolider cette avance industrielle et ouvrir de nouveaux marchés à l’exportation. Kyowakiden Industry, l’entreprise d’ingénierie qui a fourni les membranes et la turbine de la centrale de Fukuoka, a déclaré vouloir construire des installations cinq à dix fois plus grandes si le projet pilote donne de bons résultats au cours d’une période d’essais de plusieurs années. Les clients potentiels les plus évidents seraient les régions qui dépendent déjà du dessalement, notamment le Moyen-Orient, où certaines usines peuvent produire plus de 900000 mètres cubes d’eau douce par jour.

Des projets pilotes continuent de voir le jour dans le monde entier. Des prototypes et des démonstrateurs ont été mis en place en Norvège, en Corée du Sud, en Australie, en Espagne et au Qatar. Le Dr Altaee a indiqué que l’Université de technologie de Sydney disposait de son propre prototype, qui pourrait être remis en service grâce à des financements publics et utiliser les lacs salés de Nouvelle-Galles du Sud comme ressource. La centrale de Fukuoka n’a pas besoin d’être gigantesque pour avoir de l’influence. Elle doit démontrer que les membranes, les pompes et le modèle économique peuvent résister à une exploitation continue suffisamment longtemps pour attirer des investissements plus importants. Si c’est le cas, les villes côtières dotées d’infrastructures de dessalement pourraient découvrir qu’elles disposent d’une source inattendue d’électricité propre de base.

À retenir

• La première centrale osmotique du Japon a commencé à fonctionner le 5 août 2025 au Centre de dessalement de l’eau de mer d’Uminonakamichi Nata, à Fukuoka. Il s’agit de la première installation de ce type en Asie et de la deuxième centrale commerciale au monde à fonctionner en continu, après l’ouverture d’un site danois en 2023.
• La centrale utilise l’osmose à pression retardée pour produire environ 880000 kilowattheures par an, en exploitant la différence de salinité entre la saumure concentrée issue du dessalement et les eaux usées traitées.
• Avec un taux d’utilisation proche de 90 %, l’installation produit de l’électricité en continu, quelles que soient les conditions météorologiques ou l’heure de la journée. Elle offre ainsi une fiabilité que le solaire et l’éolien ne peuvent égaler sans stockage.
• Le projet valorise deux flux de déchets existants, réduisant l’impact environnemental du rejet de la saumure tout en compensant une partie de la consommation énergétique de l’usine de dessalement.
• La technologie des membranes reste le principal défi. Des tentatives précédentes, dont un prototype norvégien abandonné en 2014, ont échoué parce que le rendement des membranes était trop faible pour justifier les coûts.
• Les entreprises japonaises contrôlent environ 60 % du marché mondial des membranes de dessalement, ce qui donne au pays à la fois une motivation industrielle et une expertise technique pour développer l’énergie osmotique à plus grande échelle.
• Si le projet pilote est concluant, les ingénieurs souhaitent construire des installations cinq à dix fois plus grandes. Les grandes régions productrices d’eau dessalée, comme le Moyen-Orient, constituent les marchés d’expansion les plus probables.