LE DESSALEMENT D LE DESSALEMENT D’ ’EAU DE EAU DE MER: MER: Un avenir pour l Un
LE DESSALEMENT D LE DESSALEMENT D’ ’EAU DE EAU DE MER: MER: Un avenir pour l Un avenir pour l’ ’eau potable? eau potable? Olivia Autrand Février 2007 3ème année SGE Introduction Les ¾ de la surface de notre planète sont recouverts d’eau mais d’eau salée. Cependant ces réservoirs inépuisables que sont les océans font rêver! Le dessalement d’eau de mer résoudrait en effet de nombreuses difficultés de pénuries d’eau que connaissent beaucoup de pays car nombre d’entre eux ont un accès aux océans. Sommaire I. Pourquoi dessaler l’eau de mer? II. Les différentes techniques de dessalement 1. Historique 2. Les méthodes mineures 2.1 La congélation 2.2 L’électrodyalise 3. Les méthodes les plus courantes 3.1 La distillation 3.2 L’osmose inverse 4. Comparaisons distillation / osmose inverse III. Exemple d’une station en osmose inverse: Perth 1. La situation en Australie et en Western Australia 2. Les différentes étapes du traitement 3. Les impacts environnementaux I. Pourquoi dessaler l’eau de mer? Répartition eau salée/eau douce sur terre http://www.cite-sciences.fr Répartition des ressources en eau dans le monde http://www.populationdata.net/cartes/actus/eau-ressources.html Ressources utilisées/ Ressources disponibles dans le monde http://www.populationdata.net/cartes/monde_stress_hydrique.html Bilan •répartition inégale des ressources en eau: 9 géants de l'eau (60%) 1. Le Brésil 2. La Russie 3. Les USA 4. Le Canada 5. La Chine 6. L'Indonésie 7. L'Inde 8. La Colombie 9. Le Zaïre • Minimum vital = 1000m3/hab/an: 25 millions d’individus en dessous, 400 millions de personnes en stress hydrique 9 pauvres de l'eau 1. Le Koweït 2. Bahreïn 3. Malte 4. Gaza 5. Les Emirats-Arabes Unis 6. La Libye 7. Singapour 8. La Jordanie 9. Israël nouvelles techniques à mettre en œuvre pour satisfaire les besoins d’une population croissante • Croissance de la population: 6.5 milliards d'individus, augmentation chaque année de 95 millions de personnes par an • eau de mer, abondante sur terre et source d’eau indépendante du climat II. Le dessalement d’eau de mer Caractéristiques de l’eau de mer et de l’eau potable • L’eau de mer: 96,5% d'eau pure et 3,5% d'autres substances comme les sels, les gaz dissous, les substances organiques et des particules solides Salinité des eaux de mer en moyenne 35g/L (27,2 g.L-1 de NaCl, 3,8 g.L-1 de MgCl2, 1,7 g.L-1 MgSO4, 1,26 g.L-1 CaSO4, 0,86 g.L-1 K2SO4). pH entre 7,5 et 8,4 Pression osmotique d’environ 26 bars • L’eau potable: Cl- < 200mg/l, SO4 2- < 250mg/l, Mg2+ < 50mg/l, Na+ < 150mg/l, K+< 12mg/l, Al3+< 0,2mg/l pH 6,5 à 9 4 méthodes pour le dessalement d’eau de mer: - méthodes thermiques: • la congélation • la distillation - méthodes membranaires • l’électrodialyse • l’osmose inverse À l’échelle industrielle, utilisation de la distillation et de l’osmose inverse 1. Historique 1850: découverte et étude de l’osmose 1853: utilisation de la dialyse pour la cristallisation des mélasses 1960: émergence dans les pays du Golfe Persique (ressources énergétiques immenses mais peu d’eau potable) => distillation 90% des installations apparition de l’osmose inverse avec membranes en acétate années 80: membranes en polyamide plus performantes => 20% des installations (station de Riyad première installation d’osmose inverse pour eaux saumâtres) 1995: membranes en TFC: coûts similaires à la distillation aujourd’hui: osmose inverse 50% des installations entre 1990 et 2000: Capacité de dessalement multipliées par 2,8 dessalement d’eau de mer multiplié par 4,8 2. Les méthodes anecdotiques a) La congélation différence des points de congélation de l’eau douce et de l’eau salée ( - 1,9°C pour une salinité de 35g/l) séparation des cristaux de glace de la saumure, lavage du sel et fonte processus mis au point aux USA et en Israël b) L’électrodialyse transfert d’ions à travers une membrane qui leur est perméable sous l’effet d’un champ électrique eaux dont taux de salinité < 500mg/l, pas du tout adapté pour + 3g/l développement au Japon pas d’essor car consommation d’énergie et investissements trop importants. Schéma de principe de l’électrodialyse: 3. Les méthodes les plus utilisées a) La distillation Chauffage de l’eau de mer pour en vaporiser une partie: la vapeur ne contient pas de sels, on la condense pour obtenir de l’eau douce liquide. Inconvénient: consommation énergétique importante due à la chaleur latente de vaporisation de l’eau (2250kJ pour 1kg d’eau pour le changement de phase) mais nombreux procédés de réutilisation d’énergie. Quelque soit le fonctionnement, 4 étapes: Prise d’eau de mer + filtration grossière Prétraitements Dessalement Reminéralisation: eau rendue potable (moins de 0,5 g de sels par litre) Le procédé de distillation à détente étagée: Entrée d’eau à 120°C obtenue grâce à la chaudière Enceinte où règne une pression réduite => vaporisation instantanée Eau maintenue sous pression et chauffée progressivement dans les tubes grâce à la chaleur de condensation de la vapeur d’eau Condensation de l’eau sur les tubes condenseurs Réceptacle pour recueillir l’eau liquide Arrêt de l’ébullition quand l’eau de mer a atteint la température d’ébullition correspondant à la pression de l’enceinte => passage dans l’enceinte suivante où règne une pression plus réduite Dévésiculeur = grillage qui retient goutte d’eau salée éventuellement entraînée par la vapeur d’eau Le procédé de distillation à multiples effets: Fluide de chauffage s’écoulant dans tubes horizontaux Arrosage de l’eau de mer à évaporer qui s’écoule sous forme de film le plus uniforme possible sur l’extérieur des tubes Vapeur produite envoyée dans l’effet suivant pour céder son énergie de condensation, deviendra eau pure de l’effet 2 Évaporation sous pression réduite d’une partie de l’eau de mer préchauffée à environ 70-80°C Distillation à détente étagée: • Énergie thermique à fournir à la chaudière • Énergie électrique pour les pompes de circulation d’eau de mer • Pas de flexibilité d’exploitation => pour grandes capacités de plusieurs centaines de milliers de mètres cubes d’eau dessalée par jour • souvent employée en cogénération avec une centrale thermique Distillation à multiples effets: • Énergie thermique à fournir à la chaudière produisant le fluide de chauffage pour le premier effet Bilan des deux types de distillation b) L’osmose inverse Principe: Séparation de l’eau et des sels dissous au moyen de membranes semi perméables sous l’action de la pression (54 à 80 bars) = contre-balancement de la pression osmotique naturelle procédé à température ambiante pas de changement de phase Énergie requise: électrique, consommée par les pompes haute pression Teneur en sels à la sortie: environ 0,5g/l 4. Comparaisons distillation / osmose inverse La distillation - énergie thermique à basse température, consommation: 200 à 300 MJ/m3 + 2,5 à 5kW/m3 - performances et coûts indépendants de la salinité (golfe arabique où salinité peut être supérieure à 45g/l) - prétraitements simples (dégrillage et chloration) - très faible salinité de l’eau produite 5-30mg/l pour eaux de procédés L’osmose inverse faible consommation en énergie électrique: 3 à 4 kW/m3 - coût investissement inférieur de 20% -gamme étendue de capacité (Oléron, Perth) - consommation d’énergie proportionnelle à la salinité -prétraitements = étape déterminante - salinité de 300 à 500mg/l pour eaux domestiques Choix de la méthode suivant nature et coût de l’énergie disponible Mer Centrale thermique MSF OI vapeur 500MW 35MW 65MW 170 000 m3/j 450 000 m3/j 280 000 m3/j L’usine de Fujairah: le dessalement hybride grande flexibilité pour s’adapter à la saisonnalité des demandes en eau et électricité Le dessalement dans le monde -moins de 1% de l’eau potable mondiale est fourni par les 12 500 usines de dessalement dispatchées dans 120 pays. - 60 % des installations de désalinisation sont situées dans les pays de la Méditerranée orientale et de l’Asie occidentale - 85 % des usines de dessalement pratique la distillation - usine: Mexico (130 000 m3/jour), Carboneras en Espagne (120 000 m3/jour), Baya de Palma (68 000 m3/jour), Curaçao (18 000 m3/jour), Amman (130 000 m3/jour), Minera Escondida au Chili (45 000 m3/jour)... sans compter les dizaines de milliers de petites installations pour une île, un hôtel ou encore une usine nécessitant de l'eau ultrapropre. III. Exemple d’une station en osmose inverse: Perth seawater desalination plant 1. La situation en Australie et en Western Australia L’australie Plus petit continent du monde et le plus sec : 455mm/an états de sécheresse proclamés => restrictions de la consommation d’eau Planification de l’alimentation future en eau et incitation à modérer les consommations Western Australia et Perth Problème de sécheresse, plusieurs solutions: plan à moyen terme: - restriction d’eau - nouveaux forages dans deux aquifères, construction de barrages plan à long terme: - « security through diversity strategy » dont usine de dessalement d’eau de mer L’usine de dessalement d’eau de mer de Perth - 25 km au sud de Perth - la plus grande de son genre dans l’hémisphère sud - produira 17% des besoins en eau potable de Perth - Capacité journalière 140 000m3 soit 45 Gl/an pour 1,5 millions de personnes - démarrage 19 Novembre 2006 Circulation de l’eau de mer par gravité Introduction de l’eau de mer par pompe dans le circuit Prétraitement: DMF et filtres à cartouches Prélèvement de l’eau de mer 2 passages uploads/Geographie/ dessalement-eau-mer-oliviaautrand.pdf
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- Publié le Nov 22, 2022
- Catégorie Geography / Geogra...
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