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L'eau à découvert

 | 
Agathe Euzen
, 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Cinquième partie. Qualité de l'eau

14. Dessalement d’eau de mer

Corinne Cabassud und Hélène Roux-de Balmann

Volltext

1Selon l’UNESCO, environ 40 % de la population mondiale subit un stress hydrique* et l’évolution démographique devrait porter ce chiffre à 47 % en 2030. Pourtant, les mers et les océans couvrent les trois quarts de la planète et 80 % de la population mondiale habite à moins de 80 km d’une côte. Le dessalement de l’eau de mer est donc une des voies privilégiées pour l’alimentation en eau douce (en croissance de 10 % par an). Malgré les progrès techniques récents, le coût de l’eau dessalée reste supérieur à celui d’une eau douce traitée. Le dessalement est donc une alternative en absence d’autres ressources.

Les procédés majeurs de dessalement

2Les eaux de mer contiennent entre 20 et 43 g/l de sel qu’il s’agit d’éliminer ; cela peut se faire selon différents procédés. La distillation* consiste à porter l’eau de mer à ébullition et à condenser la vapeur d’eau produite, afin d’obtenir une eau (distillat) épurée des sels et autres matières contenues dans l’eau de mer. L’osmose inverse (OI), quant à elle, utilise une membrane* semi-perméable non poreuse. L’eau de mer, mise sous pression, est séparée en une fraction d’eau épurée des sels et autres matières contenues dans l’eau de mer (filtrat) et une fraction contenant les espèces ainsi retenues (concentrat*). La technologie est choisie en fonction de la nature de l’énergie disponible et des usages de l’eau : un distillat contient moins de 0,03 g/L de sels et permet de nombreux usages et un filtrat contient entre 0,3 et 0,5 g/L de sels et est réservé aux usages domestiques.

Fig. 1 – Filière de dessalement d’eau de mer par osmose inverse. Source C. Cabassud

3Dans tous les cas, la filière de dessalement (figure 1) comprend des prétraitements (chloration, coagulation*, préfiltration, traitement « antitartre », afin d’éviter la précipitation* des ions calcium et bicarbonates sous l’effet du chauffage ou de la concentration…) et des post-traitements pour garantir la qualité sanitaire de l’eau produite jusqu’à son point d’usage. Le prétraitement fait l’objet de travaux visant à mieux prévenir le colmatage* biologique des membranes d’OI, c’est-à-dire la formation d’un biofilm qui limite la productivité et rend nécessaires des nettoyages chimiques.

La distillation membranaire

4La distillation membranaire (DM) est particulièrement prometteuse et fait l’objet d’études, d’essais à l’échelle semi-industrielle et d’installations de démonstration. Une membrane met en contact l’eau de mer d’un côté et de l’eau ou de l’air côté perméat, avec une différence de pression partielle* qui provoque la vaporisation de l’eau (figure 2). La membrane supporte l’interface liquide-vapeur et doit être macroporeuse et hydrophobe*, afin d’empêcher le passage de l’eau. La vapeur d’eau pure diffuse à travers les pores de la membrane, puis est récupérée et condensée.

5La DM présente les intérêts d’être, d’une part, performante pour concentrer l’eau de mer contenant jusqu’à 300 kg/m3 de sel (pour 50 kg/m3 seulement pour l’OI) et, d’autre part, de nécessiter de l’énergie sous forme thermique, ce qui permet l’utilisation des énergies solaire, géothermale et la récupération d’énergie thermique perdue.

Diminuer les rejets salins dans l’environnement

6Dans les installations industrielles, les concentrats sont rejetés dans l’environnement marin ou terrestre. Ils contiennent tous les sels et matières organiques présents dans l’eau de mer, mais aussi les réactifs utilisés en prétraitement, ainsi que des sous-produits de réactions de chloration et des composés solubles et particulaires issus de la corrosion des équipements. Pour 1 m3 d’eau douce produite, une installation d’OI rejette 1 m3 d’eau avec une concentration en sels double de celle de l’eau de mer. Une installation de distillation rejette 9 m3 d’eau avec une concentration égale à 1,15 fois celle de l’eau de mer, mais avec une augmentation de température. Le rejet dans le milieu marin de ces solutions nécessite donc une étude d’impact environnemental et la prise de précautions (technologies de traitement et d’émission du rejet), pour éviter un appauvrissement ou une destruction de l’écosystème marin et des modifications du fonctionnement côtier (cf. IV.18).

7Des études récentes réalisées dans le cadre du projet européen MEDINA proposent de diminuer le volume des rejets en surconcentrant les concentrats d’OI, jusqu’à la limite de solubilité du sel, voire jusqu’à sa cristallisation* pour une valorisation du sel. En laboratoire, la DM a permis de réduire le volume des rejets d’un facteur 5 et de faire passer la quantité d’eau dessalée produite par m3 d’eau prélevé en mer d’environ 40 % pour l’OI seule jusqu’à plus de 80 % pour un couplage OI + DM. L’électrodialyse* est également envisagée pour purifier les concentrats à des fins de valorisation ou de recyclage des sels, voire de traitement biologique ou chimique des matières organiques. En effet, elle permet d’extraire sélectivement les matières organiques et de modifier la composition ionique des concentrats.

Fig. 2 – Principe de la distillation membranaire. Source C. Cabassud

Efficience énergétique

8Dessaler nécessite de l’énergie et produit du CO2 en quantités variables, selon le procédé de dessalement, la qualité de la ressource en eau et le mix énergétique. En 10 ans, l’énergie requise pour l’OI a été divisée par 2 à 3 grâce à de nouveaux matériaux et membranes et, surtout, à des systèmes mécaniques de récupération d’énergie. La production d’1m3 d’eau par OI nécessite aujourd’hui entre 2,5 et 4 kWh et produit moins de 2 kg de CO2, alors que par distillation ce sont 5 à 16 kWh, selon la technologie, et plus de 18 kg de CO2 émis.

9Toutefois, compte tenu de la demande énergétique du dessalement et de l’augmentation des besoins en eau des populations, les dépenses énergétiques du dessalement sont déjà trop importantes pour certains pays (et vont le devenir pour d’autres) pour envisager durablement l’usage des énergies fossiles ou nucléaires. Un des enjeux est aussi l’approvisionnement en eau dans les zones isolées. L’avenir est à l’utilisation des énergies renouvelables : solaire photovoltaïque ou éolien avec l’OI, solaire thermique ou géothermie avec la distillation… Comme aujourd’hui, 1 % seulement des eaux dessalées sont produites en utilisant appel à des énergies renouvelables, les marges de progrès et d’innovation sont grandes sur le thème du dessalement énergétiquement autonome et de la réduction des impacts environnementaux.

Literaturverzeichnis

Références bibliographiques

• A. MAUREL – Dessalement de l’eau de mer et des eaux saumâtres, Tec & Doc Lavoisier, 2006.

• C. TANSAKUL – Procédés hybrides à membranes pour le prétraitement d'eau de mer avant dessalement par osmose inverse, Doctorat INSA, Toulouse, 2009

• J.-P. MÉRICQ – Approche intégrée du dessalement d'eau de mer : Distillation Membranaire sous vide pour la réduction des rejets salins et possibilités de couplage avec l'énergie solaire, Doctorat INSA, Toulouse, 2009.

• E. SINGLANDE – Procédés intégrés couplant l’électrodialyse et le traitement biologique : application au traitement des effluents salins, Doctorat de l’Université Paul Sabatier, 2006.

Abbildungsverzeichnis

Bildunterschrift Fig. 1 – Filière de dessalement d’eau de mer par osmose inverse. Source C. Cabassud
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10006/img-1.jpg
Datei image/jpeg, 37k
Bildunterschrift Fig. 2 – Principe de la distillation membranaire. Source C. Cabassud
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10006/img-2.jpg
Datei image/jpeg, 47k

Autoren

Chimiste, Génie des procédés et Traitement de l'eau, Professeure des Universités à l’INSA de Toulouse, LISBP, Toulouse, p. 228.
corinne.cabassud@insa-toulouse.fr

Chimiste, Directrice de recherche au CNRS, LGC, Toulouse, p. 228.
roux@chimie.ups-tlse.fr

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