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Les techniques de désalinisation

par Nathalie Pajon-Perrault last modified 2010 May 06 22:15

I - ORGANISATION GENERALE DES INSTALLATIONS.

L'eau de mer contient, en moyenne, 35 g/L de sel.  Le déssalement consiste donc à séparer les sels dissous de l'eau. La plupart des usines sont organisées selon le schéma suivant :

 

1. Une unité de pompage. La plupart du temps, on pompe l'eau de mer mais parfois, des eaux souterraines qui peuvent présenter une salinité qui les rend impropres à la consommation.

 

2. Une unité de décantation constituée de grandes cuves permettant le dépôt des impuretés les plus denses.

 

3. Une pompe de précharge avec crépine, filtre

 

4. Une unité de désalinisation qui peut fonctionner selon 3 principes physiques différents : la distillation - l'osmose inverse - l'électrodialyse.

 

5. Une unité de traitement des eaux usées (généralement par floculation et filtration) avant rejet.

Organisation générale des usines

 

Sources : Gilles Morvan, ingénieur en procédés de dessalinisation et process. Responsable ingénierie de la sté Odmer. (http://www.lesnouvelles.org/P10_magazine/16_analyse/16026_dessalinisation.html)

 

6. Une source d'énergie, nécessaire notamment au pompage, à la mise sous pression de l'eau, etc... Elle peut être, par ordre décroissant d'investissement :

 - l'énergie solaire, source d'énergie séduisante car renouvelable et non polluante, mais limitée aux petites installations de quelques kilowatts pour quelques heures d'utilisation.
 

- l'énergie éolienne permet une bonne production si les vents sont réguliers toutes l'année, ce qui est souvent le cas en bord de mer.

 - le groupe électrogène qui apporte une réponse sûre et permanente, mais la consommation en énergie fossile est importante.
 
 - le réseau électrique lorsque celui-ci est existant.
  

- l'énergie nucléaire. Des usines de désalinisation peuvent être couplées à des générateurs (ex : Aktau, Kasakhstan). De nombreuses études sont actuellement menées en ce sens (Japon, Libye...)

    ---> Pour en savoir plus sur "Nucléaire et déssalinisation" : Bulletin AIEA 43/2/2001
 
 

 

II - LES TECHNIQUES DE DESALINISATION.

La désalinisation de l'eau de mer peut être effectuée selon plusieurs principes physiques :

 1. La distillation

Cette technique fut la première à être employée et concerne encore 60 à 85 % des installations. Elle repose sur un principe de changement de phase eau liquide - vapeur. Pour cela, on chauffe l'eau salée jusqu'à évaporation et la vapeur d'eau condensée est récupérée en refroidissant.

La distillation

Source : Site Eduscol - CultureSciences-Chimie

 

C'est la méthode la plus simple mais aussi la plus consommatrice en énergie (le coût énergétique représente environ un tiers du coût total). Elle n'est donc rentable que dans les pays où l'énergie est très bon marché. C'est ainsi que les deux tiers des capacités mondiales de dessalement se situent dans les pays du Golfe, qui ont à la fois beaucoup de pétrole et quasiment pas de ressources d'eau douce.

Si cette eau est destinée à la consommation, son goût de l'eau est généralement peu satisfaisant et une reminéralisation est nécessaire. 

 

2. L'osmose inverse

Cette technique repose sur le principe d'une séparation sel - eau faisant appel à une membrane semi-perméable. Elle a été mise au point par la NASA pour les besoins en eau douce des astronautes.

Cette méthode tend à se développer très largement car elle présente un fort intérêt en terme de coût d'investissement, de consommation d'énergie et de qualité de l'eau produite (le coût énergétique représente environ un quart du coût total).

 

- Le principe de l'osmose -

Si deux solutions aqueuses ayant une concentration saline différente sont séparées par une membrane semi-perméable, l'eau migre spontanément vers la solution la moins concentrée en sel. L'équilibre s'établit à la pression osmotique. Plus l'eau est chargée en sels, plus la pression osmotique est élevée. En effet, cette dernière (P) se calcule selon la loi de Van't Hoff :

P = i x C x R x T    avec   i  = nombre d'ions dissociés dans le cas d'un électrolyte,

         C = concentration en sels (en mol.m-3),

         R = constante des gaz parfaits (R = 8,314 J.mol-1.K-1),

         K = température de la solution (en kelvins)

Ainsi, la pression osmotique d'une eau à 20°C contenant 35 g de chlorure de sodium par litre vaut :

P = 2 x (35*103/58,5) x 8,314 x 293 = 29,14 x 105 Pa = 29,14 bar.

Schéma osmose

- L'osmose inverse -

Si on applique une pression sur la solution concentrée, la quantité d'eau transférée par osmose diminue. Puis lorsque la pression est suffisante, le flux de transfert va s'annuler (on peut définir ainsi la pression osmotique). Une augmentation de pression au-delà de cette valeur va se traduire par un flux d'eau inversé de la solution concentrée vers la solution diluée : c'est l'osmose inverse.

Ainsi, lorsque l'eau de mer est poussée grâce à une forte pression (entre 50 et 80 bars) à travers une membrane, le sel et les impuretés sont piégés par la membrane et seules, les molécules d'eau peuvent la traverser, fournissant de l'eau douce. Le diamètre des pores des membranes d'osmose inverse sont de l'ordre du millième de micromètre. 

Schéma osmose inverse

Sources : Gilles Morvan, ingénieur en procédés de desalinisation et process. Responsable ingénierie de la sté Odmer.

 

 

- Une unité d'osmose inverse -

 • Un pré-traitement très poussé de l'eau de mer est d'abord nécessaire afin d'éviter le dépôt de matières en suspension sur les membranes du module d'osmose inverse. Il est impératif d'éliminer toutes les particules de dimension supérieure à 10 à 50 µm. On utilise donc une succesion de filtres (préfiltration grossière, puis filtration sur sable, puis filtration sur cartouches). un traitement biocide est également appliqué.

• Une pompe haute pression permet ensuite d'injecter l'eau de mer dans le module d'injection inverse où se trouvent les membranes.

Unité osmose inverse

Source : Site Eduscol - CultureSciences-Chimie


 L'usine d'Ashkelon (Israël) fonctionne avec 32 unités d'osmose inverse et produit ainsi 320.000 m3/j, soit 108 millions m3/an. C'est, actuellement, la plus importante usine de désalinisation au monde et fonctionne selon ce principe de l'osmose inverse.
 

 Reportage "France 5 - C dans l'air" : une usine de désalinisation en Espagne. (A ouvrir avec RealPlayer)

 

3. L'électrodialyse.

  Cette méthode repose, elle aussi, sur une séparation sels-eau en faisant appel à une membrane semi-perméable mais le principe physique utilisé est différent.

 

L'électrodialyse désigne le transfert des ions à travers une membrane qui leur est perméable, sous l'effet d'un champ électrique.

Ainsi, les ions d’un sel dissous dans l’eau, (Na+ et Cl-, pour l'eau de mer) peuvent se déplacer sous l’action d’un champ électrique créé par deux électrodes trempant dans le liquide. Les ions positifs ou cations (Na+) sont attirés par l’électrode négative (ou cathode) tandis que les ions négatifs (Cl-) sont attirés par l’électrode positive.

 


Dans l’électrodialyse, on intercale alternativement des membranes filtrantes soit imperméables aux anions et perméables aux cations, soit imperméables aux cations et perméables aux anions. On obtient ainsi une série de compartiments à forte concentration de sels et d’autres à faible concentration.

Electrodialyse

Source : http://physique.plus.free.fr/electrolyse.htm#desalinisation

L’électrodialyse est bien adaptée aux eaux saumâtres dont la salinité est assez faible, inférieure à celle de l’eau de mer. C'est une technique assez peu consommatrice en énergie mais elle ne convient qu'à la faible préparation de liquide.

De plus, elle est productrice de résidus polluants, assez "encombrants", notamment d'eau de Javel.

 

Un dossier très complet sur les techniques de déssalement est proposé sur le site EduScol.

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