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Dessalement des eaux de mer et saumâtres Chapitre : procédés de séparation des

Dessalement des eaux de mer et saumâtres Chapitre : procédés de séparation des mélanges Dr H.BETATACHE 1 CHAPITRE I : PROCEDES DE SEPARATION DES MELANGES I. Introduction : L’eau douce ne représente que 3% de l’eau sur la terre, cette petite quantité est répartie d’une manière inégale sur le globe et sa disponibilité diminue sous l’effet de la croissance démographique et le changement climatique. Pour satisfaire la demande en eau douce dans des régions où les réserves sont insuffisantes, plusieurs pays ont fait appel au dessalement de l’eau de mer depuis les années 1950. Les principaux pays producteurs sont : l’Arabie Saoudite (25 %), les États-Unis (15 %), les Émirats Arabes Unis (10 %) et le Koweït (5 %). Il existe plusieurs techniques de dessalement de l’eau de mer et des eaux saumâtres dont les plus utilisées sont la distillation et l’osmose inverse. Figure 1 : Classification des procédés de dessalement Comme toute implantation industrielle, l’étude préliminaire d’une unité de dessalement et le choix de la technique de dessalement commence par la recherche des données de base : - Les caractéristiques de l’eau de mer ; - Les besoins en eau douce actuels et futurs ; - La géographie des sites envisagés : accès, localisation des consommateurs, etc. ; - Les énergies disponibles : électrique et/ou thermique, volume versus coût, - la réglementation applicable. Dessalement des eaux de mer et saumâtres Chapitre : procédés de séparation des mélanges Dr H.BETATACHE 2 La pertinence du résultat final dépend évidemment de la fiabilité des données recueillies. I.1. Eau de mer : La caractéristique la plus importante est la salinité. Elle est en moyenne de l’ordre de 35g/l dont 75% de NaCl Exemples des salinités des mers fermées : −mer Méditerranée : 36 à39 g/l, −mer Rouge : environ 40 g/l, −mer Caspienne : 13 g/l, −mer Morte : 270 g/l, −Golfe Arabo-Persique : 36 à39 g/l. L'eau de mer est un milieu légèrement basique. Les salinités les plus basses se rencontrent au voisinage des pôles. La quantité de sels dissous augmente au fur et à mesure que l’on se rapproche de l’équateur. Elle peut dépasser 50 g/L dans certaines zones, telles que la côte Est de l’Arabie Saoudite où la chaleur et les hauts-fonds favorisent l’évaporation. I.2. Eau saumâtre Une eau saumâtre est un mélange entre l’eau douce et l’eau salée dont la teneur en sel est comprise entre 1 et 10 g/l. On rencontre les eaux saumâtres essentiellement à l'embouchure des fleuves, quand l'eau douce du fleuve se mélange à l'eau de mer, les estuaires, les deltas et les lagunes. C’est une eau non potable. I.3. Schéma général d’une station de dessalement Une station de dessalement compte en général : - Une prise d’eau de mer - Un poste de prétraitement - Une installation de dessalement - Un post-traitement Figure 2 : Schéma général d’une station de dessalement Procédé de dessalement Dessalement des eaux de mer et saumâtres Chapitre : procédés de séparation des mélanges Dr H.BETATACHE 3 II. Les procédés de séparation des mélanges : Les méthodes de séparation constituent la technique de séparation des composants d’un mélange pour permettre la préparation des corps purs. Les principales méthodes de séparation sont la séparation des phases d’un mélange HETEROGENE et la séparation des phases d’un mélange HOMOGENE  Un mélange hétérogène est formé de plusieurs corps visibles les uns par rapport aux autres (Orangina, vinaigrette…etc)  Un mélange homogène est formé de plusieurs corps que l'on ne peut distinguer (sirop à l'eau, café…etc) II.1. Séparation des phases d’un mélange hétérogène : L’eau de mer est un milieu vivant, qui véhicule d’une part des matières minérales et d’autre part des organismes vivants souvent microscopiques. En pleine mer, le plancton prédomine. Près des côtes, la teneur en sable augmente. Elle varie selon les courants et la profondeur des fonds. La pollution par des rejets urbains ou industriels peut devenir prépondérante. Même si les sites de prise d’eau sont soigneusement choisis pour éviter toute pollution et limiter au mieux l’apport des matières en suspension, l’eau de mer reste un mélange hétérogène. Les deux techniques principales de prise de l’eau de mer sont : - Prise directe en mer (par conduite ou par canaux) ; - Prise indirecte à travers des puits côtiers ou drains captant. Prise directe en mer par des canaux Dessalement des eaux de mer et saumâtres Chapitre : procédés de séparation des mélanges Dr H.BETATACHE 4 Prise directe en mer par des conduites Prise indirecte de l’eau de mer par drains captants Figure 3 : différents type de prise d’eau de mer On peut séparer les mélanges hétérogènes par des moyens physiques, il existe plusieurs techniques de séparation des mélanges. Les techniques les plus utilisées sont : la décantation, la centrifugation et la filtration. II.1.1. Décantation : Cette technique permet de séparer dans un même récipient les corps les plus lourds des autres en laissant reposer le mélange. Les corps les plus lourds vont alors se déposer dans le fond du récipient. Cette étape peut être précédée par un dégrillage. II.1.2. La centrifugation La centrifugation est une opération de séparation mécanique, par action de la force centrifuge. Dans un mouvement de rotation, on peut séparer deux phases liquides ou bien une phase solide en suspension dans une phase liquide. Dessalement des eaux de mer et saumâtres Chapitre : procédés de séparation des mélanges Dr H.BETATACHE 5 II.1.3. La filtration Après une décantation ou une centrifugation, les corps solides persistants sont séparés du liquide par filtration, cette opération consiste à faire passer le mélange dans un filtre où les corps solides (que l'on nomme résidus) y seront piégés et le liquide (filtrat) est récupéré dans un récipient. II.2. Séparation des mélanges homogènes :  Procédés faisant intervenir un changement de phase  Procédés chimiques  Procédés membranaires II.2.1. Procédés faisant intervenir un changement de phase : a) Evaporation : La distillation consiste à évaporer l’eau de mer, soit en utilisant la chaleur émise par les rayons du soleil, soit en la chauffant dans une chaudière. Seules les molécules d’eau s’échappent, laissant en dépôt les sels dissous et toutes les autres substances contenues dans l’eau de mer. Il suffit alors de condenser la vapeur d’eau ainsi obtenue pour obtenir une eau douce consommable. On distingue deux principaux procédés utilisant la distillation : la distillation à multiple effet et la distillation à détentes étagées. Figure 4 : Procédé de distillation b) Congélation : Le dessalement par congélation est basé sur le changement de phase liquide-solide de l’eau de mer. Selon la thermodynamique, la glace formée à partir de l’eau de mer est pure. Elle peut être séparée de la solution concentrée, puis fondue afin d’obtenir une eau douce. Les procédés de congélation peuvent être divisés en trois catégories : la congélation primaire sous vide, la congélation secondaire, et la congélation indirecte Rayons du soleil Eau de mer Eau pure Dessalement des eaux de mer et saumâtres Chapitre : procédés de séparation des mélanges Dr H.BETATACHE 6 - La congélation primaire (sous vide) Les procédés de ce type sont tous des procédés continus. Ils utilisent directement l’eau contenue dans l’eau de mer comme réfrigérant. A pression réduite, l’eau s’évapore et extrait la chaleur de la saumure, ce qui conduit à une congélation partielle de la solution. Les cristaux formés sont lavés dans une colonne et fondus. - La congélation secondaire La technique fonctionne en mode continu et utilise un réfrigérant inerte et non miscible avec l’eau de mer. Le réfrigérant froid, sous pression et à l’état liquide est injecté directement dans l’eau de mer. Sa vaporisation provoque alors le refroidissement de la solution et la formation des cristaux de glace. - La congélation indirecte L’enthalpie nécessaire pour la congélation partielle de l’eau de mer est évacuée par transfert de chaleur indirect à travers une paroi. II.2.2. Procédés chimiques a) Echange d’ion : le dessalement par échange d’ions consiste à fixer les ions en liberté sur des corps doués de propriétés particulières que l’on appelle « échangeurs d’ions». Ce dernier permet d’obtenir des eaux de très haute pureté chimique caractérisées par leur très faible conductivité. Les échangeurs d’ions sont des substances granulaires solides insolubles dont la structure moléculaire comporte des radicaux (R) acides ou basiques sur lesquels les ions fixés (cation C [H+], ou anion A [OH-]) sont susceptibles d’être remplacés par certains ions (B) de même charge d’une solution aqueuse. Échange anionique (R+-A-) + B- (R+-B-) + A- Échange cationique (R- -C+) + B+ (R- -B+) + C+ Les principaux radicaux R sont : - le radical carboxylique (-COOH) comme acide faible - les ammoniums quaternaires (-R3N+OH-) comme base forte - les amines (-RNH) comme base faible Lorsqu'une résine ne peut plus fixer d'ions, elle est saturée : il faut alors la régénérer. La régénération en ions H+ de la résine cationique se fait par injection à Dessalement des eaux de mer et saumâtres Chapitre : procédés de séparation des mélanges Dr H.BETATACHE 7 contre-courant d'acide chlorhydrique, celle de la résine anionique se fait par uploads/Geographie/ chapitre-i-procedes-des-separation-des-melanges.pdf