Serre à eau de mer
La serre à eau de mer est une technique qui permet la croissance des cultures dans les zones arides, en utilisant un serre, l'eau de mer et de l'énergie solaire. La technique implique le pompage de l'eau de mer (ou son débit par gravitation quand on est sous le niveau de la mer) dans un endroit aride et à l'utiliser pour refroidir et humidifier l'air. L'eau produite par le chauffage solaire de vapeur est alors condensée pour produire de l'eau. Enfin, l'air humidifié restant est expulsé de la serre et utilisé pour améliorer les conditions de croissance pour les plantes à l'extérieur. La technologie a été créée par l'inventeur britannique Charlie Patton au début des années 1990 et développée par sa compagnie en Angleterre, Seawater Greenhouse Ltd. L'eau salée plus concentrée peut être encore évaporée pour produire du sel et d'autres éléments, ou rejetée à la mer.
Application modifier
La technique est applicable aux sites de régions arides en bord de mer. La distance et la hauteur de la mer doivent être évaluées en tenant compte de l'énergie nécessaire pour pomper l'eau sur le site. Il y a beaucoup d'endroits appropriés sur la côte, d'autres sont en dessous du niveau de la mer, comme la mer Morte et la dépression de Qattara, ou le canal de la mer Rouge à la mer Morte[1],[2].
Histoire modifier
Les prémices du projet à l'eau de mer remontent à 1991 lorsque le concept a été étudié et développé par la société de Charlie Paton Light Works Ltd, maintenant Sundrop Farms Pty Ltd Ltd.
Le premier projet pilote a commencé en 1992 avec la recherche d'un site qui a finalement été identifié sur l'île de Tenerife en Canaries[3].
Le projet pilote initial a ensuite été développé dans une solution plus économique avec un acier léger semblable à polytunnel, conçus pour répondre aux besoins locaux.
Une seconde serre de mer a été construite sur l'île d'Al-Aryam, Abu Dhabi aux Émirats arabes unis en 2000. Une troisième serre expérimentale a été achevée en 2004 près de Muscat en Oman. Elle a été réalisée en collaboration avec l'université Sultan-Qaboos, dans le but de développer un secteur horticole durable sur la côte d'Al-Batina.
Ces projets ont permis la validation d'un modèle de simulation thermodynamique qui, fournit les données météorologiques appropriées, prédit et quantifie précisément le fonctionnement de la serre dans d'autres parties du monde[4].
En 2010 Seawater Greenhouse a construit une nouvelle serre commerciale en Australie. La société fonctionne désormais indépendamment, sous le nom de Sundrop Farms Pty Ltd[5],[6].
Le procédé modifier
La serre utilise l'eau de mer, le soleil et l'atmosphère pour produire l'eau douce et rafraîchir l'air. Le procès recrée le cycle naturel de l'eau dans un environnement contrôlé. Le mur au début de la serre est un évaporateur. Il est constitué d'un treillis en nid d'abeille et est exposé à la direction des vents dominants. Un ventilateur contrôle le mouvement d'air. L'eau de mer circule à travers le panneau alvéolaire, en provoquant le refroidissement et l'humidification de l'air, qui passe sur la végétation.
La lumière du soleil est filtrée à travers un toit spécialement construit. Le toit absorbe la chaleur, mais assure le passage de la lumière visible pour permettre la photosynthèse. Les conditions de croissance sont optimales, offrant de la fraîcheur, de l'humidité et une forte intensité lumineuse. De l'eau de mer chauffée sur le toit passe par un deuxième évaporateur, en créant de l'air chaud saturé qui est ensuite dirigé vers le condenseur.
Le condenseur est refroidi par de l'eau de mer froide. La différence de température permet la condensation de l'humidité sur le condenseur. Le volume d'eau douce produite est déterminé par la température de l'air, l'humidité relative, le rayonnement solaire et le flux d'air. Ces conditions peuvent être modélisées en fournissant des données météorologiques du lieu considéré et permettent l'optimisation du processus de fonctionnement.
| - |  |
 |
Dans la serre s'évapore beaucoup plus de vapeur d'eau que ne peut être condensée d'eau douce. Cet air humide est «perdu» en raison de taux élevés de ventilation afin de maintenir les cultures fraîches et arroser de CO2. L'air d'échappement saturé d'humidité permet la culture de plantes résistantes aux conditions arides à l'extérieur de la serre.
| - |  |
 |
Cela pourrait permettre la croissance des cultures de biocarburants ou d'autres plantes dans la zone autour de la serre.
D'autres avantages modifier
L'eau de mer ne produit pas de CO2 pendant son fonctionnement. L'électricité nécessaire pour activer les pompes et les ventilateurs est produite efficacement avec des panneaux solaires, la demande d'énergie étant proportionnelle à l'intensité de la lumière du soleil.
L'utilisation de pesticides est réduit ou éliminé parce que les évaporateurs d'eau ont un effet biocide sur l'air qui circule à travers.
Production de combustibles modifier
La serre produit des résidus biologiques. Cette biomasse peut être utilisée pour aider à créer et à enrichir le sol environnant, ou bien peut être utilisée pour produire du méthane avec la biodigestion.
Projets dérivés modifier
Le Sahara Forest Projet[7],[8],[9] est un programme qui vise à fournir de l'eau potable, de la nourriture et de l'énergie renouvelable dans les régions chaudes et sèches ainsi que la revégétalisation des zones désertiques inhabitées. Cette proposition combine la technologie de la serre d'eau de mer avec des miroirs solaires (CSP, une forme d'énergie renouvelable produisant de l'électricité du soleil en utilisant l'énergie thermique nécessaire pour faire fonctionner une turbine à vapeur conventionnelle).
L'équipe du Sahara Forest Project est composée d'experts de Seawater Greenhouse Ltd, Exploration Architecture, Max Fordham Consulting Engineers et de la Bellona Foundation. L'échelle du système proposé est telle que de grandes quantités d'eau de mer seront évaporées. En utilisant les positions en dessous du niveau de la mer, les coûts de pompage seraient éliminés. Parmi les activités prévues, il existe un projet pilote en Jordanie et un autre au Qatar[10],[11],[12],[13].
Bibliographie modifier
- “Development of an integrated reverse osmosis-greenhouse system driven by solar photovoltaic generators”, P. A. Davies et A. K. Hossain, Desalination and Water Treatment, 22, 1-13 (2010)
- “Properties of seawater bitterns with regard to liquid-desiccant cooling”, G. Lychnos, J. Fletcher et P. A. Davies, Desalination, 250, 172-178 (2010)
- “Stand-alone groundwater desalination system using reverse osmosis combined with a cooled greenhouse for use in arid and semi-arid zones of India, Desalination and Water Treatment”, P. A. Davies, A. K. Hossain and P. Vasudevan, Desalination and Water Treatment, p. 223-234, (2009)
- “The Sahara Forest Project – a new source of fresh water, food and energy”, Paton, Fourth World Conference on the Future of Science “Food and Water for Life” – Venice, September 24-27, (2008)
- “A Solar Powered Liquid-Desiccant Cooling System for Greenhouses, ISHS International Workshop on Greenhouse Environmental Control. and Crop Production in Semi-Arid Regions”, G. Lychnos and P. A. Davies, Tucson (October 2008) Acta Horticulturae, 797, 339–346 (2008).
- “Energy saving and solar electricity in fan-ventilated greenhouses, ISHS International Workshop on Greenhouse Environmental Control. and Crop Production in Semi-Arid Regions”, P. A. Davies, A. K. Hossain, G. Lychnos and C. Paton, Tucson (October 2008) Acta Horticulturae, 797, 95–101 (2008).
- “Seawater bitterns as a source of liquid desiccant for use in solar-cooled greenhouses”, Davies, Knowles, Elsevier Desalination 196 266–279, (2006)
- “Cooling of greenhouses using seawater: a solar driven liquid-desiccant cycle for greenhouse cooling in hot climates”, Davies, Harris et Knowles, International Symposium on Greenhouse Cooling, Almería (2006)
- “A solar cooling system for greenhouse food production in hot climates”, Davies, Elsevier Solar Energy 79 (2005) 661–668, (2005)
- “The Seawater Greenhouse in the United Arab Emirates: thermal modeling and evaluation of design options”, P. A. Davies et C. Paton, Desalination 173, 2, 103–111 (2005)
- “The Seawater Greenhouse and the watermaker condenser”, Davies et Paton, International Conference on Heat Powered Cycles Cyprus (2004)
- “Potential of the Seawater Greenhouse in Middle Eastern climates”, Davies, Turner et Paton, International Engineering Conference Mutah (2004)
- “The Seawater Greenhouse and the Watermaker Condenser”, P. A. Davies et C. Paton, 3rd Int. Heat Powered Cycles Conference, Larnaca, Chypre (2004)
- “Potential of the Seawater Greenhouse in Middle Eastern climates”, P. A. Davies, K. Turner and C. Paton, International Engineering Conference Mutah, Jordan, 523–540 (2004)
- “Solar energy desalination for arid coastal regions: Development of a humidification-dehumidification seawater greenhouse”, Goosen, M.F.A., S.S. Sablani, C. Paton, J. Perret, A. Al-Nuaimi, I. Haffar, H. Al-Hinai, et W.H. Shayya, Solar Energy Journal 75:413-419 (2003)
- “Seawater Greenhouse Development for Oman: Thermodynamic Modelling and Economic Analysis”, Charlie Paton, MEDRC Series of R&D Reports, MEDRC Project: 97-AS-005b (2001)
- “Thermodynamic and economic considerations in solar desalination”, Goosen, M.F.A., S. Sablani, W.H. Shayya, C. Paton, et H. Al-Hinai. Desalination 129(1):63-89 (2000)
- “The Seawater Greenhouse: a case study based on Morocco”, P. A. Davies et C. Paton, Sustainable Development International, 2e édition, 99-103. ICG Publishing Ltd (2000)
- “Performance aspects of a seawater greenhouse”, A. Raoueche and B.J. Bailey, 23rd WEDC Conference Durban, Afrique du Sud (1997)
- “Sensitivity analysis of the seawater greenhouse”, A. Raoueche, B. Bailey et B. Stenning, 22nd WEDC Conference, New Delhi, India (1996)
- “The Seawater Greenhouse for Arid Lands”, C. Paton et P. A. Davies, Mediterranean Conference on Renewable Energy Sources for Water Production, Santorin, 163–166 (1996)
Notes modifier
- Red Sea - Dead Sea Canal
- Pumping Power calculator - what power is needed to pump seawater to the middle of the Gobi Desert for desalination in the SeaWater Greenhouse? - answer - not a lot, Claverton Energy blog post, accessed 2009-05-02
- Seawater Greenhouse Pilot Project - Canary Islands (1994)
- Seawater Greenhouse wins Tech Awards (2006, Oman & Tenerife)
- Seawater Greenhouse Australia construction time lapse (2010)
- Seawater Greenhouse Australia on Southern Cross News (2010)
- Sahara Forest Project
- Seawater greenhouses to bring life to the desert The Guardian (2008)
- Fourth World Conference on the Future of Science "Food and Water for Life" - Venice, 24-27 septembre 2008
- « Environmental Technology Greenhouse-Power Plant Hybrid Set To Make Jordan's Desert Bloom », dans Science, vol. 331, n° 6014, p. 136, 2011.
- “High-Tech Energy "Oasis" to Bloom in the Desert?”, National Geographic daily News, (2010)
- “The Future of Farming: Eight Solutions For a Hungry World”, Popular Science Magazine, (2009)
- “Out of Africa: Saharan Solar Energy”, Time Magazine in partnership with CNN, (2009)
Liens externes modifier
La technologie a remporté nombreux prix, dont:
- (en) Clinton Global Initiative 2010 Commitment, the Bellona Foundation commits to implement the first realization of the Sahara Forest Project (2010)
- (en) The Buckminster Fuller Challenge Finalist - Sahara Forest, The Buckminster Fuller Challenge, (2009)
- (en) “Power Generation & Water Solutions Innovation Award”, 2009 Power Generation and Water Solutions awards, Dubai (2009)
- (en) St Andrews Prize for the Environment, University of St Andrews and ConocoPhillips, (2007)
- (en) The Tech Award, Technology for the benefit of Mankind, Tech Museum of Innovation, San Jose CA, (2006)
- (en) « Global annual Institute of Engineering and Technology (IET) award for Sustainability »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?), Institution of Engineering and Technology, (2006)
- (en) A special environmental award was made for the Seawater Greenhouse, which (distils) seawater for use (in agriculture) in arid climates, Galvanizer association, (2001)
- (en) Design Museum Sense Award for best practice in sustainable industrial design and architecture, Design Museum, (1999)
Articles :
- (en) “Growing vegetables in the desert is a cinch with the help of a giant solar still that turns water from the sea into fresh water and cool air. Fred Pearce steps inside the seawater greenhouse”, NewScientist, (2002)
- (en) “Engineers race to steal nature's secrets. Giant wind turbines based on a seed, and desalination plant that mimics a beetle”, The Guardian (2006)
