Approche intégrée pour la production d’eau douce durable sur sites insulaires tropicaux : étude de cas à Bora Bora à partir de l’eau froide des profondeurs

Les territoires insulaires tropicaux figurent parmi les zones les plus vulnérables au changement climatique. Leur isolation géographique, leur dépendance historique aux ressources hydriques limitées et l’augmentation de la variabilité climatique exacerbent des problématiques déjà critiques d’accès à l’eau douce. Dans le Pacifique, la fréquence et l’intensité des épisodes de sécheresse s’accroissent, rendant certaines îles difficilement habitables sans solutions de dessalement massives et durables. L’île de Bora Bora, en Polynésie française, illustre particulièrement cette situation : la disponibilité en eau douce y est insuffisante et fortement dépendante de procédés énergivores.

Aujourd’hui, une partie de l’approvisionnement en eau potable est assurée par pompage dans la nappe et par osmose inverse. Cependant, ces ressources atteignent leurs limites : la nappe est vulnérable à la surexploitation et à l’intrusion saline, tandis que l’osmose inverse présente un coût élevé, souvent supérieur à 4 €/m³ d’eau produite, et une dépendance quasi totale aux énergies fossiles. Pour un territoire dont la demande en eau augmente sous l’effet combiné de la croissance démographique et du développement touristique, la situation n’est pas soutenable. Les autorités publiques, notamment la commune de Bora Bora et son maire, soutiennent activement l’émergence de solutions innovantes permettant d’assurer la résilience hydrique de l’île.

Les énergies renouvelables conventionnelles – solaire photovoltaïque et éolien – sont matures et compétitives en termes de coût au kWh. Toutefois, leur déploiement massif dans des contextes insulaires reste limité par leur intermittence. Dans ce contexte, il est essentiel d’explorer des solutions permettant de produire de l’eau douce à partir d’une énergie réellement renouvelable, locale, décarbonée et disponible en continu.

L’énergie thermique des mers (ETM / OTEC), basée sur l’exploitation du gradient de température entre eaux de surface chaudes (≈ 28 °C) et eaux profondes froides (≈ 5 °C à 1 000 m), est l’une des rares énergies renouvelables continues, indépendantes des conditions météorologiques, et ne nécessitant aucun stockage intermédiaire. Elle constitue ainsi une plateforme énergétique idéale pour alimenter des procédés de dessalement innovants, continus et bas-carbone.

Ce projet de thèse s’inscrit dans la continuité des initiatives de recherche nationales de référence, notamment l’ANR MAEVA et le programme ADEME OPTISWAC, qui explorent la valorisation des eaux profondes pour la climatisation, la production électrique ou la création de symbioses énergétiques insulaires. L’ambition du projet est d’aller significativement au-delà de l’état de l’art en intégrant la désalinisation comme objectif central et en développant une centrale multi-énergies à haute efficacité, capable de produire simultanément électricité, eau douce, froid et hydrogène.

L’un des axes novateurs majeurs réside dans l’utilisation des débits d’eau profonde mobilisés par les systèmes OTEC et SWAC (Sea Water Air Conditioning), en étudiant leur potentiel pour alimenter des procédés de dessalement avancés :

• Osmose inverse alimentée par un cycle OTEC fermé, permettant d’abaisser les coûts d’exploitation du dessalement et de lisser la production.
• Procédé de condensation à partir d’air humide refroidi via SWAC, solution quasi inexplorée à grande échelle.
• Cycle OTEC ouvert, générant simultanément électricité et eau douce par évaporation flash, un concept ambitieux restant largement sous-développé opérationnellement.
• Couplage OTEC et autres ENR optimisé pour un dessalement à bas cout.

L’objectif est d’identifier, modéliser et dimensionner les configurations capables de maximiser la production d’eau douce tout en minimisant les coûts énergétiques, l’impact environnemental et les besoins en maintenance – un enjeu central pour les opérateurs d’eau tels que SUEZ dans les territoires isolés.

Le projet propose de réaliser une étude approfondie sur le cas réel de Bora Bora, en lien direct avec le projet territorial SWEET2, déjà engagé dans la transition énergétique et hydrique de l’île. L’ambition est double : apporter des solutions concrètes au territoire, tout en concevant un modèle reproductible pour d’autres îles tropicales confrontées à des défis similaires (Antilles, Réunion, Maldives, Caraïbes, etc.).

Objectifs scientifiques et industriels

• Concevoir une centrale thermique des mers multi-services intégrant de manière optimisée la production d’eau douce.
• Développer un algorithme avancé de contrôle et d’optimisation permettant d’adapter en temps réel la répartition des flux entre les différents usages (dessalement, climatisation, hydrogène, électricité) en fonction des besoins saisonniers et des contraintes opérationnelles.

L’objectif : maximiser la production d’eau douce tout en minimisant le coût énergétique global.

• Évaluer les impacts environnementaux via une analyse de cycle de vie complète et proposer les configurations les plus durables, pour répondre aux exigences croissantes des opérateurs d’eau potable et aux engagements climatiques internationaux.

En allant au-delà des projets existants, ce travail ambitionne de poser les bases scientifiques et technologiques d’une nouvelle génération de systèmes de dessalement durable, s’appuyant sur une énergie continue, renouvelable et adaptée aux contraintes insulaires.

L’Ecole Centrale Nantes a pour mission la formation initiale et continue d'ingénieurs par un enseignement dans les domaines scientifique, technologique, économique, ainsi que dans les domaines des sciences sociales et humaines. Elle dispense des formations à la recherche qui sont sanctionnées par des doctorats et d'autres diplômes nationaux de troisième cycle. L’Ecole Centrale Nantes conduit des activités de recherche fondamentale et appliquée dans les domaines scientifiques et techniques. Elle contribue à la valorisation des résultats obtenus, à la diffusion de l'information scientifique et technique et à la coopération internationale.

L’école regroupe sur son campus plus de 2250 étudiants (élèves-ingénieurs, élèves en formation continue, masters, doctorants), 500 collaborateurs, plus de 450 personnels affectés à la recherche dont 150 professeurs, chercheurs et enseignants-chercheurs, qui appartiennent à 5 laboratoires de recherche :

• Laboratoire Ambiances, Architectures, Urbanités (AAU)
• Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (GeM)
• Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Energétique et Environnement Atmosphérique (LHEEA)
• Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N)
• Laboratoire de Mathématiques Jean Leray (LMJL)
• Centre de Recherche Transrationnelle en Transplantation et Immunologie (CR2TI)

Le Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Énergétique et Environnement Atmosphérique (LHEEA) de l’École Centrale de Nantes est une Unité Mixte de Recherche du C.N.R.S. (UMR 6598) composé de 140 personnes dont environ 80 permanents. Le LHÉEA compte notamment 30 enseignants-chercheurs et chercheurs, 40 doctorants et 60 ingénieurs et techniciens. Le laboratoire conduit des actions de recherche dans les domaines suivants :

• Dynamique de l’atmosphère urbaine et côtière
• Interfaces et interactions en hydrodynamique numérique et expérimentale
• Modélisation numérique en hydrodynamique pour la santé et l'ingénierie
• Modélisation des écoulements turbulents à haut Reynolds incompressibles et couplages
• Décarbonation et dépollution des systèmes énergétiques

Le laboratoire dispose par ailleurs de moyens d’essais d’envergure exceptionnelle pour un site académique (grand bassin océanique, bassin de traction, soufflerie atmosphérique, bancs d’essais moteurs).

• Diplôme d’ingénieur ou un master 2 à forte dominante énergétique, thermodynamique.
• Une compétence en modélisation et simulation dynamique serait un plus (Dymola, ENERGYPLUS, Simulink)
• D’excellentes capacités d’analyse et de synthèse, avec un esprit critique
• Un bon niveau en communication scientifique (écrit/oral)
• Un excellent niveau d’anglais