thumb|upright=1.5|Différences de température des océans entre la surface et une profondeur de .
L'énergie thermique des mers (ETM) ou énergie maréthermique est produite en exploitant la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans. Un acronyme souvent rencontré est OTEC, pour . L'Union européenne utilise le terme énergie hydrothermique pour ..
Principe En raison de la surface qu'ils occupent, les mers et les océans de la Terre se comportent comme un gigantesque capteur pour : le rayonnement solaire (direct : flux solaire absorbé par l'océan ou indirect : rayonnement de la Terre réfléchi par l'atmosphère terrestre) ; l'énergie du vent (elle-même dérivée de l'énergie solaire).
Bien qu'une partie de cette énergie soit dissipée (courants, houle, frottements, etc.), une grande partie réchauffe les couches supérieures de l'océan. C'est ainsi qu'à la surface, grâce à l'énergie solaire, la température de l'eau est élevée (elle peut dépasser les en zone intertropicale) et, en profondeur, privée du rayonnement solaire, l'eau est froide (aux alentours de , sauf dans les mers fermées, comme la Méditerranée, dont le plancher ne peut être « tapissé » par les « bouffées » d'eaux froides polaires qui « plongent », au nord et au sud de l'océan Atlantique, avec un débit total moyen de Cf. Remontée d'eau..
De plus, les couches froides ne se mélangent pas aux couches chaudes. En effet, la densité volumique de l'eau s'accroît lorsque la température diminue ce qui empêche les eaux profondes de se mélanger et de se réchauffer.
Cette différence de température peut être exploitée par une machine thermique. Cette dernière ayant besoin d'une source froide et d'une source chaude pour produire de l'énergie, utilise respectivement l'eau venant des profondeurs et l'eau de surface comme sources.
Histoire Idées On attribue généralement à Jules Verne, l'idée d'utiliser les différences de températures de la mer pour produire de l'électricité. Dans son livre, Vingt mille lieues sous les mers, il fait référence aux « eaux de surface et les eaux profondes des océans pour produire de l'électricité » et cela, dès 1869.
C'est le physicien français Arsène d'Arsonval qui conceptualisa la première fois cette idée. Il voulait mettre en relation les eaux chaudes, de surface, avec les eaux froides, de profondeur. Mais dans les années 1880, la technologie existante n'était pas encore capable de réaliser un prototype.
Premières applications thumb|right|350px|Schéma d'une usine ETM et de ses applications.
Tentative française À la fin des années 1920, répondant aux besoins croissants de l’industrie en énergie primaire, l’ingénieur français Georges Claude, fondateur de l'entreprise Air liquide, propose de construire une usine utilisant l'énergie hydrothermique pour la production d’électricité.
En 1928, à Ougrée en Belgique, George Claude en valide le principe en produisant de l’électricité avec une machine thermique de alimentée avec de l’eau chaude à puisée dans le circuit de refroidissement d'un haut fourneau et de l’eau « froide » à pompée dans la Meuse. C’est aussi celle utilisée à Hawaï en 1981 pour la mise à l’eau de la triple conduite d’eau froide de l’expérience OTEC-1.
En 1930, George Claude fait construire le premier prototype dans la , à Cuba.. Son prototype, une centrale de , utilisait l'eau de surface chaude (aux alentours de ), et de l'eau pompée à plus de de profondeur (à environ ). Un autre essai eut lieu dans la baie d'Abidjan. Le projet buta sur plusieurs problèmes techniques : corrosion, entartrage, mise en place de longs conduits sous-marins. En effet l'installation étant montée sur la côte, il fallait amener l'eau du large par des tuyaux de plusieurs kilomètres..
Essais de l'après-guerre En 1963, James Hilbert Anderson, reprend le travail de l’ingénieur français, mais propose d’utiliser un autre fluide de travail que l’eau : le propane. Ainsi, à l’issue de ces travaux, l’ETM existe sous deux formes de cycles différents ; l’ETM en « cycle ouvert » pour le procédé de Georges Claude et l’ETM en « cycle fermé » pour celui de James Hilbert Anderson.
thumb|200px|right|Vue d'une installation ETM terrestre à Keahole Point, sur la côte de Kona à Hawaï (Department de l'énergie des États-Unis).
La crise pétrolière de 1973 entraîne un nouvel essor de la recherche sur le développement de la filière ETM en « cycle fermé ». Cet essor est marqué par la construction du NELH, le Natural Energy Laboratory of Hawaï. Et en 1975 à Hawaï, un premier essai du projet ETM sous le nom de « Mini-Otec » voit le jour. Il s’ensuit en 1979, un financement d’un nouveau projet baptisé « Otec-1 », qui en 1981 utilise un échangeur eau-ammoniac (NH3).
Un projet de machine semi-immergée avait été présenté par des chercheurs nord-américains : il consistait à immerger au large de la Floride une machine en forme de tube vertical, l'eau du Gulf Stream chauffant la partie supérieure du tube permettant de vaporiser un fluide comme l'ammoniac susceptible de faire tourner une machine basse pression. Puis l'ammoniac serait condensé grâce à de l'eau fraîche puisée à 450 m de profondeur. La machine fournirait de l'électricité transmise à terre par câbles sous-marins. Ce projet des années 70 n'eut pas de suite directe.
Dans la mer du Japon, à Shimane, c’est le cas aussi d’une installation ETM construite en 1979, appelée « Mini Otec » utilisant aussi un cycle fermé mais du fréon en tant que fluide.
En 1980, la France entreprend elle aussi l’étude d’une centrale ETM, mais celle-ci est abandonnée en 1986. Entre 1980 et 1982, les Japonais entreprennent d’autres installations d’ETM. En 1986, le prix du pétrole baisse. Aux États-Unis, il y a diminution de la recherche pour le développement de l’ETM, alors qu’au Japon, on la maintient. Entre 1993 et 1998, le Japon coopère avec les Américains et fait l’essai d’une mini-usine en cycle ouvert à terre, à Hawaï. En 2001, mise en œuvre d’une usine flottante ETM mouillée au Sud du continent indien, avec en coopération Inde et Japon.
Aujourd'hui Les pays actuellement (2004) qui réalisent le plus de recherches dans ce domaine sont les États-Unis et le Japon. C'est principalement à cause des chocs pétroliers des , que la recherche a véritablement commencé. Les premières « estimations »Estimations, sur clubdesargonautes.org. de la quantité d'énergie qui pourrait être produite sans nuire à l'environnement ont été publiées.
A priori, avec les techniques envisagées (exploitation de la différence de température entre surface et fond), cette énergie n'est exploitable que dans les zones intertropicales ; ailleurs, la différence de température entre la surface et le fond est insuffisante pour obtenir un rendement suffisant, et donc une puissance suffisante pour pomper l'eau froide à grande profondeur et alimenter une machine thermique (on se rappelle que le rendement d'une telle machine dépend de la différence de température entre la source chaude et la source froide).
En plus de l'énergie, les systèmes envisagés permettraient la climatisation (utilisation directe de l'eau froide pompée), et éventuellement l'utilisation (cultures marines) des nutriments piégés en grande quantité dans les couches froides de l'océan, où la photosynthèse est impossible.
Implantation L’ETM doit être implantée dans un endroit spécial. Tout d’abord, l’ETM doit avoir accès à la mer pour que les canalisations qui la constituent puissent puiser de l’eau des océans. C’est pour cela qu’il est nécessaire qu’elle soit installée au niveau de la mer. Ensuite, l’installation de l’ETM doit se faire au plus près des côtes, pour faciliter la construction et minimiser les coûts. Les canalisations allant jusqu’à de profondeur environ, il est inutile et aberrant d’éloigner à des kilomètres des côtes l’ETM, cela imposerait davantage de longueurs de tuyaux et donc un coût plus élevé.
De plus, il faut prendre en compte les endroits où l’eau de surface reste chaude durant toute l’année, avec une moyenne d’environ . On ne peut donc mettre une ETM n’importe où sur le globe, seule une zone convient à son installation. Cette zone, qui doit correspondre à une certaine température des eaux de surface, doit aussi correspondre à une certaine profondeur des eaux.
En effet, comme l’ETM est construite près des côtes avec des canalisations allant jusqu’à de profondeur, il lui faut un emplacement avec présence de côte abrupte. Tout ceci n’est possible que dans une zone allant du tropique du Cancer au tropique du Capricorne, c'est-à-dire entre 30 et ° de latitude.
Techniques L’ETM produit de l'énergie grâce à un fluide de travail (eau de mer, ammoniac ou un autre fluide dont le point de condensation est proche de ). Ce fluide passe de l’état liquide à l’état vapeur dans l’évaporateur, au contact de l’eau chaude puisée en surface. La pression produite par la vapeur passe dans un turbogénérateur pour faire tourner une turbine et produire de l’électricité, après que le gaz a perdu de la pression, il passe dans un condenseur pour retourner à l’état liquide, au contact de l’eau froide puisée en profondeur.
L’ETM a besoin de beaucoup d’eau : il faut un très grand débit d’eau de mer pour compenser la faible efficacité due au faible gradient de température et de très grands diamètres de canalisations pour limiter les pertes de charges. Actuellement, il est possible d’utiliser des tuyaux en PEHD (polyéthylène haute densité) de de diamètre, mais dans le futur, s’il se construit des centrales de grosses puissances, il faudra des canalisations de de diamètre.
L’ETM fonctionne avec un différentiel de températures de l'ordre de . Plus le différentiel de température est élevé, plus la production est élevée. En descendant en profondeur, on puise de l’eau plus froide et la production à iso-volume augmente.
À ce jour, il existe trois types de centrales ETM : cycle ouvert ; cycle fermé ; cycle hybride.
Cycle ouvert thumb|Schéma de fonctionnement d'une usine ETM à cycle ouvert.
Le cycle commence par le pompage de l’eau de mer de surface qui se trouve dans les environs de . On l’introduit dans un évaporateur qui sera mis sous vide, pour favoriser l’effet d’évaporation, car sous pression relative négative, l’évaporation se produit à plus faible température et la vapeur est débarrassée du sel, mais sur le débit d’eau qui traverse l’évaporateur, seulement 0,5 % de vapeur d’eau est produite, le reste de l’eau est rendu à la mer à . La faible pression produite par la vapeur suffit à entraîner un turbogénérateur qui produira de l’électricité. Puis, la vapeur est transférée dans le condenseur à double paroi, qui avec l’eau froide pompée en profondeur vers les , va faire condenser la vapeur en eau douce qui pourra être utilisée à la consommation.
Cycle fermé ou cycle de Rankine thumb|Schéma de fonctionnement d'une usine ETM à cycle fermé.
Le cycle fermé utilise le même matériel qu’une pompe à chaleur (évaporateur, condenseur), mais tandis qu’une pompe à chaleur produit une énergie thermique à partir d’une énergie électrique, le cycle fermé d’une centrale ETM utilise le procédé inverse. Cela veut dire qu’à partir d’une énergie thermique, on va produire une énergie électrique. On utilise donc toujours l’eau chaude de surface qui se trouve à , qu’on met dans l’évaporateur à double paroi. D’un côté, il y aura l’eau et de l’autre de l’ammoniac NH3, et donc l’eau va donner ses calories à l’ammoniac pour lui permettre de s’évaporer, car l’ammoniac a une température d’évaporation inférieure à celle de l’eau. L’eau passée dans l’évaporateur retourne à la mer, à la température de . L’ammoniac évaporé passe dans un turbogénérateur pour produire de l’électricité.