L'eau de mer recèle un potentiel énergétique inexploité

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Les mers et les océans regorgent d’énergie inexploitée. À l’EPFL, deux équipes développent des nanodispositifs capables de la convertir en électricité. 

Chaque jour, avec le mouvement des marées et des vagues, des quantités colossales d’énergie se dissipent dans les mers et les océans. L’idée de les exploiter n’est pas neuve : depuis des décennies, usines marémotrices, hydroliennes ou systèmes houlomoteurs tentent de convertir au mieux la mécanique de l’eau en électricité. Mais malgré leur développement, ces technologies restent marginales. Selon l’Agence internationale pour les énergies renouvelables, la capacité installée d’énergie océanique dans le monde est d’environ 500 mégawatts. À titre d’exemple, l’éolien dépasse à lui seul les 1100 gigawatts, soit 2200 fois plus.

En marge de ces techniques, il existe dans l’eau d’autres sources d’énergie, plus discrètes, encore inexploitées : la différence de salinité entre eau douce et eau salée, ou encore l’évaporation à la surface des mers et des lacs. Des phénomènes omniprésents, constants, que la physique sait décrire depuis longtemps mais qui résistaient aux applications pratiques. Deux laboratoires de l’EPFL ont, chacun à sa manière, de franchir des étapes décisives dans le développement de ces nouveaux procédés d’énergie renouvelable, à l’échelle du nanomètre.

Des ions qui glissent

L’énergie osmotique, surnommée «blue energy», est l’une de ces promesses inexploitées. Partout dans le monde, là où les rivières se jettent dans la mer, le mélange de l’eau douce et de l’eau salée libère de l’énergie. Si le potentiel théorique est colossal — plus de 15’000 TWh par an, soit les trois quarts de la consommation électrique mondiale —, le potentiel réellement extractible est nettement plus modeste, au vu des contraintes techniques élevées du procédé : de l’ordre de 600 à 2000 TWh par an selon les estimations, soit entre la consommation de la France et celle de l’Inde.

Pour capter cette énergie, le principe est connu depuis des décennies : séparer eau douce et eau salée par une membrane sélective, à travers laquelle les ions migrent naturellement du côté salé vers le côté doux, créant une différence de potentiel exploitable. Le problème, c’est que les membranes existantes obligent à choisir entre vitesse et sélectivité : soit les ions passent vite mais de manière désordonnée, soit le tri est précis mais le débit minime.

L’équipe d’Aleksandra Radenovic, au Laboratoire de biologie à l’échelle nanométrique, a trouvé une parade élégante, publiée dans Nature Energy en février 2026. Les chercheuses et chercheurs ont utilisé des nanopores en oxyde d’hafnium, dont ils ont tapissé l’intérieur avec des biocouches lipidiques — les mêmes structures que celles qui forment les membranes de nos cellules.

Ces revêtements attirent une fine pellicule d’eau de quelques molécules d’épaisseur, qui agit comme un lubrifiant : les ions glissent à travers le pore avec beaucoup moins de résistance, tout en restant triés. Résultat : un dispositif de 1000 nanopores qui atteint une densité de puissance d’environ 15 watts par mètre carré, soit deux à trois fois mieux que les technologies polymères actuelles.

Le défi reste la mise à l’échelle. « Il faudra passer de puces de laboratoire à de grandes membranes avec une haute densité de pores, un contrôle précis de leur taille et un revêtement fiable, le tout à un coût raisonnable », détaille Yunfei Teng, assistant-doctorant membre de l’équipe. La stabilité à long terme et la résistance à l’encrassement biologique devront aussi être démontrées. Mais le principe, lui, est universel. De plus, la lubrification par hydratation pourrait aussi améliorer les performances de membranes de dessalement ou de dispositifs biomédicaux.

L’évaporation, source d’énergie continue

Également à l’EPFL, Giulia Tagliabue et son équipe du Laboratoire de nanoscience pour les technologies énergétiques (LNET) explorent une source d’énergie plus inattendue encore: l’évaporation. L’effet hydrovoltaïque repose sur un principe simple: quand un liquide s’évapore à la surface d’un nanodispositif, il crée un flux continu dans les nanocanaux. Un pompage passif comparable à celui qui fait monter la sève dans les plantes.

Si l’on applique une charge aux parois des nanocanaux, le mouvement des ions génère un courant électrique. En 2024, le LNET a publié une étude inattendue dans la revue Device: contrairement à ce que l’on croyait, le procédé fonctionne avec de l’eau salée, pas seulement de l’eau purifiée. Cela ouvre la porte à une exploitation directe de l’évaporation de l’eau de mer.

En 2026, l’équipe a franchi une étape supplémentaire, publiée dans Nature Communications. Son nanodispositif en silicium, constitué de trois couches dédiées respectivement à l’évaporation, au transport des ions et à la collecte des charges, exploite la chaleur et la lumière solaire non seulement pour accélérer l’évaporation, mais aussi pour contrôler directement le mouvement des ions et des électrons. « Cet effet naturel a toujours existé, mais nous sommes les premiers à l’exploiter », résume Giulia Tagliabue. Grâce à cet effet combiné, la production d’énergie est multipliée par cinq par rapport à l’évaporation seule.

Un des avantages majeurs de l’approche est l’aspect continu du processus : contrairement à la captation solaire, l’évaporation se produit jour et nuit, sur une large gamme de températures. La méthode est ainsi applicable partout où il y a de l’eau, de la chaleur et de la lumière ; de quoi alimenter, par exemple, des réseaux de capteurs environnementaux autonomes. Assistant-doctorant membre de l’équipe, Tarique Anwar entrevoit aussi des synergies avec le dessalement : «L’évaporation naturelle est déjà utilisée pour produire de l’eau douce à partir d’eau salée. On peut imaginer un système qui produise à la fois de l’eau potable et de l’électricité. »

Dans des régions côtières où l’accès à l’eau douce et à l’électricité reste difficile, les avantages de produire les deux à la fois seraient évidemment immenses. On comprend que la nanofluidique n’a pas pour l’heure vocation à rivaliser avec les grandes sources de production énergétique, mais sa capacité à tirer parti de phénomènes constants et omniprésents à petite échelle ouvre des perspectives séduisantes.

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