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1 Article : 121 Le dessalement d’eau de mer et des eaux saumâtres BANDELIER Phi

1 Article : 121 Le dessalement d’eau de mer et des eaux saumâtres BANDELIER Philippe janv.-17 Niveau de lecture : Difficile Rubrique : Usages de l'énergie Mots clés : Dessalement, Eau L’approvisionnement en eau : un défi que le dessalement des eaux contribue déjà à relever. Quelles sont les techniques, les consommations énergétiques associées, les impacts environnementaux ? Quel est l’état du marché ? Quels sont les coûts ? 2 En l’espace de quelques décennies, l’accès à l’eau est devenu l’un des défis que l’humanité doit relever rapidement. L’eau est pourtant abondante à l’échelle de la planète : les océans sont une réserve inépuisable à condition de séparer le sel et l’eau. D’autres réserves comme les eaux saumâtres trop salées pour être directement consommables sont aussi exploitables. Cet article détaille les différentes techniques déjà utilisées pour le dessalement des eaux et celles qui sont encore au stade de la recherche. Les aspects économiques, qui conditionnent l’accessibilité de ces techniques, sont également exposés, de même que les dimensions énergétiques et environnementales de la question. 1. Une réponse possible à un besoin grandissant Selon l’Organisation Mondiale de la Santé, près de 700 millions de personnes, soit une personne sur dix, n’ont toujours pas accès à de l’eau potable en 20151. Plus inquiétant, un rapport des Nations- Unies estimait en 2006 que 60% de la population mondiale sera confrontée à des problèmes d’eau à l’horizon 20252. On entend par là que l’accès à une eau de qualité et en quantité suffisante ne sera pas assuré pour la majorité de l’humanité. Si l’Organisation Mondiale de la Santé3 estime que le seuil vital est de 5 litres par jour et par personne, la situation commence à être critique en dessous de 100 litres par jour pour satisfaire les besoins domestiques et quelques besoins collectifs. Au standard des pays développés, la consommation domestique est de l’ordre de 200 litres par jour et par personne (mais 350 litres aux Etats-Unis !) et entre 1 et 3 mètres cubes par jour si on ajoute les usages collectifs, dont l’agriculture. Et, pour plusieurs raisons4, la situation s’aggrave. La population mondiale augmente plus vite que les ressources en eau mobilisables5, le niveau de vie des pays émergents s’élève et d’une manière 1 World Health Organisation (2015) Progress on sanitation and drinking water, 2015 update and MDG assessment, 90p Disponible sur http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/177752/1/9789241509145_eng.pdf?ua=1 [Consulté le 2/10/2016] 2 Nations-Unies (2006) L’eau, une responsabilité partagée [2ème Rapport mondial des Nations Unies sur la mise en valeur des ressources en eau UN-WATER/WWAP/2006/3] Disponible en anglais et résumé en français sur http://www.unesco.org/new/fr/natural-sciences/environment/water/wwap/wwdr/wwdr2-2006/downloads- wwdr2/ [Consulté le 02/10/2016] 3 Howard Guy, Bartram Jamie (2003), Domestic Water Quantity, Service Level and Health, World Health Organization, 33p. Disponible sur http://www.who.int/water_sanitation_health/diseases/WSH03.02.pdf [Consulté le 07/11/2016] 4 Ces raisons sont identifiées dans les différents rapports WWAP (World Water Assessment Programme) des Nations-Unies disponibles sur http://www.unesco.org/new/en/natural-sciences/environment/water/wwap/wwdr/ et synthétisées p. 7 du rapport de Cosgrove Catherine E. and Cosgrove William J. (2012). The Dynamics of Global Water Futures Driving Forces 2011–2050. Paris: UNESCO, 94p [Report on the findings of Phase One of the UNESCO-WWAP - Water Scenarios Project to 2050] Disponible sur http://unesdoc.unesco.org/images/0021/002153/215377e.pdf [Consulté le 02/10/2016] 5 Selon le rapport WWAP (2009), la croissance rapide de la population a conduit à un triplement des prélèvements en eau sur les cinquante dernières années. WWAP (2009), World Water Development Report3: Water in a Changing World – Facts and Figures. p8. Paris: UNESCO. Disponible sur http://www.unesco.org/new/en/natural-sciences/environment/water/wwap/wwdr/wwdr3-2009/ [Consulté le 02/10/2016] 3 générale, la qualité des eaux a tendance à se dégrader. S’il est évident que les régions tropicales particulièrement sèches sont très vulnérables, de nombreux pays en dehors de ces régions sont déjà touchés : Australie, Etats-Unis, pays du nord du bassin méditerranéen, Inde, Chine, etc. Pourtant l’eau est abondante sur terre : 70% de la surface du globe est couverte par une réserve de 1,4 milliards de kilomètres cubes d’eau… salée. Rassemblée, cette eau représenterait un cube de plus de 1000 kilomètres de côté (Figure 1). Mais seulement 0,6% de l’eau présente à la surface du globe est directement utilisable et douce. Le reste est contenu dans les océans mais aussi piégé sous forme de glace, à l’état de vapeur d’eau dans l’atmosphère ou reste simplement inaccessible6. Par ailleurs, 36 % de la population mondiale vit à moins de 100 kilomètres d’une côte, 11 % à moins de 10 kilomètres et 6 % à moins de 5 kilomètres7. Dessaler l’eau de mer - ou des eaux saumâtres moins salées mais impropres à la consommation - pour obtenir de l’eau douce est alors une solution bien séduisante. Fig. 1 : Le volume des océans à l'échelle de la terre - source : NASA, 1972 6 CNRS. Dossier scientifique : l’eau. Disponible sur : http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/cycle/stocksEau.html [Consulté le 07/11/2016] 7 Calcul propre effectué à partir des données de population en zone côtière en 2010 issues du Center for International Earth Science Information Network - CIESIN - Columbia University (2012). National Aggregates of Geospatial Data Collection: Population, Landscape, And Climate Estimates, Version 3 (PLACE III). Palisades, NY: NASA Socioeconomic Data and Applications Center (SEDAC) Disponibles sur http://dx.doi.org/10.7927/H4F769GP [Consulté le 07/11/2016] et de la donnée de population mondiale en 2010 des Nations-Unies, soit 6 929 725 043 habitants. Source : United Nations (2015) Department of Economic and Social Affairs, Population Division, World Population Prospects: The 2015 Revision, (DVD Edition) Disponible sur: https://esa.un.org/unpd/wpp/Download/Standard/Population/ [Consulté le 07/11/2016] 4 2. Une histoire ancienne L’idée d’extraire de l’eau potable à partir de la mer n’est d’ailleurs pas nouvelle. La nature le fait depuis toujours à travers le cycle naturel de l’eau. Sous l’effet du soleil, les océans s’évaporent, la vapeur d’eau forme des nuages qui provoquent des précipitations de pluie ou de neige dès que les masses d’air humide atteignent des régions plus froides. L’eau des précipitations est pure car le sel contenu dans la mer n’étant pas volatil, seule l’eau s’évapore. Les marins de l’antiquité confrontés à l’approvisionnement en eau à bord des bateaux avaient déjà imité la nature en faisant bouillir de l’eau de mer pour en extraire de l’eau non salée par condensation de la vapeur produite (Figure 2). Dans Meteorologica, Aristote (384-322 av. J.C.) écrit : « J’ai prouvé expérimentalement que l’eau salée qui s’évapore s’adoucit et que la vapeur condensée ne reforme pas de l’eau de mer. ». Pline l’Ancien (23-79, Histoire Naturelle), Alexandre d’Aphrodise (150-215) et St Basile (329-379, Homélies) semblent avoir été les premiers à décrire des procédés pour rendre l’eau de mer potable8. Fig. 2 : Production d’eau douce par condensation sur une éponge - source : Howarth, 1984. Voir réf. [8] Mais il a fallu attendre le 18ième siècle pour qu’on évoque des procédés permettant d’augmenter la production, améliorer la pureté de l’eau ou économiser l’énergie. Et ce n’est qu’au début du 20ième siècle que sont apparus les premiers procédés vraiment industriels de distillation, c'est-à-dire de concentration des solutions et de production d’eau douce par vaporisation puis condensation. 8 James D. Birkett (2012). The History of Desalination Before Large-Scale Use, in Desalination and Water Resources - History, Development and Management of Water Resources,Vol.I. Paris: Unesco. pp.381-434 I (Encyclopedia of life support systems) 5 Puis, autour de 1959, un procédé appelé osmose inverse a été mis au point à l’Université de Californie9 dans le prolongement de la méthode plus ancienne de séparation des sels contenus dans les mélasses (Dubrunfaut, 185310) et des colloïdes (Graham 1854, à l’origine du terme osmose11). Il s’agit d’un procédé membranaire : l’eau douce est extraite de l’eau salée à travers une membrane semi-poreuse, en appliquant une pression. Les premières membranes commerciales datent de 1970. Les procédés de distillation et les procédés membranaires constituent les deux grandes familles de procédés utilisés aujourd'hui à l'échelle industrielle pour le dessalement d'eau de mer. D'autres méthodes pourraient voir le jour mais elles sont encore au stade du laboratoire ou en cours de développement et rien ne dit s'elles seront compétitives par rapport aux procédés déjà bien implantés. 3. Comment fait-on de l’eau douce à partir d’eau salée ? Le dessalement des eaux concerne bien sûr l’eau de mer mais aussi les eaux saumâtres. Elles se différencient par leur concentration en sels dissous et par leur composition. Pour les océans, l’eau de mer contient en moyenne 35 grammes de sels par litre, constitués à 86% de chlorure de sodium et 13% de carbonate et sulfate de magnésium et de calcium. En proportion bien moindre, 1% au total, on trouve presque toute la classification périodique des éléments ! Mais la salinité des mers est très variable : 7 gramme par litre pour la mer Baltique et jusqu’à 270 gramme par litre pour la mer Morte. Outre le chlorure de sodium, les eaux saumâtres ont une composition très diverse. La concentration totale est très inférieure à celle de la plupart des mers avec une salinité en général inférieure à 10 grammes par litre. Pour produire de l’eau douce à partir d’eau salée, il faut introduire l'eau brute dans un système auquel on apporte de l'énergie (Figure 3). Il est beaucoup plus uploads/Geographie/ art121-bandelier-philippe-dessalement-eau-mer-eau-saumatres-0.pdf