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GPI PROCEDE ELECTROCHIMIQUES DE DESSALEMENT DE L’EAU DE MER Prepared by JANVIER

GPI PROCEDE ELECTROCHIMIQUES DE DESSALEMENT DE L’EAU DE MER Prepared by JANVIER, 2022 1. Introduction: L'eau est abondante sur terre, elle représente 1380 millions de km3. L'essentiel toutefois est constitué d'eau de mer (97,2 %) et de glace (2,15 %) inutilisables directement. L'eau douce, facilement disponible (lacs, fleuves, certaines eaux souterraines), ne représente que 0,07 % de la ressource totale soit environ un million de km3. Mais la répartition de cette eau est très inégale. En effet, dix pays se partagent 60 % des réserves d'eau douce et vingt-neuf autres principalement en Afrique et au Moyen-Orient, sont au contraire confrontes à une pénurie chronique d'eau douce. Dans ces pays, selon le Water Ressources Institute, 250 millions d'individus, ne disposent pas aujourd'hui du minimum vital d'eau défini à 1000 m3 par habitant et par an. 400 millions de personnes vivent en situation de stress hydrique (figure1), estime entre 1000 et 2000 m3 par habitant et par an. Et on estime que 2,5 milliards de personnes pourraient souffrir du manque d'eau en 2050 compte-tenu de l'évolution de la démographie et de l'augmentation des consommations d'eau. Figure 1 : stresse hydrique dans le monde Pour faire face à cette pénurie annoncée d'eau, de nouvelles techniques de production d'eau potable devront être mises en place pour satisfaire les besoins de la population croissante. Une des techniques prometteuses pour certains pays est le dessalement de l'eau de mer ou des eaux saumâtres. Les techniques de dessalement de l'eau de mer sont opérationnelles depuis de nombreuses années. Elles ont promu d’importants programmes de recherche et de développement incluant le stade semi-industriel d’exploitation pilote, afin d’étudier la faisabilité d’un très grand nombre de processus théoriquement applicables. Dans un premier stade, quatorze procèdes, considères comme prometteurs, ont été analyses, mais finalement seuls deux d’entre eux ont survécu à l’épreuve du développement industriel : la distillation et l’emploi de membranes (osmose inverse, électrodialyse). 2. Généralités sur le dessalement : Le dessalement de l’eau est un moyen d’obtenir de l’eau potable qui est de plus en plus Utilisée à l’échelle planétaire. C’est un processus qui consiste à extraire le sel d’une eau salée ou d’une eau saumâtre pour la rendre potable ou utilisable pour l’industrie ou l’irrigation. A. Caractéristiques des eaux marines : L’eau de mer est la matière première de l’usine de dessalement. Chacun peut observer ses changements de température, de limpidité d’un lieu ou d’un jour à l’autre ; les écarts de salinité sont moins connus. Salinité, température et matières en suspension sont les paramètres majeurs du Fonctionnement d’une unité de dessalement Salinité La salinité mesure la concentration en sels dissous ; elle s’exprime en g/L. Du fait que les quantités de sels dissous sont souvent très inferieures au gramme. 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 ou la chaleur et les hautfonds favorisent l’évaporation. Quelques valeurs moyennes de la salinité de l’eau de mer :  Océan Atlantique : 35 g/L ;  Mer Méditerranée : 38 g/L ;  Mer Rouge : 40 g/L et plus ;  Golfe Persique : 50 g/L et plus. 1. Critères de potabilité : Dans la grande majorité des cas, l’eau est exclusivement destinée à la consommation humaine et doit donc être conforme à la réglementation des eaux potables. L’OMS classe les critères de potabilité d’une eau en cinq groupes. Ceux qui intéressent le producteur d’eau dessalée concernent : *L’aspect physique : température, limpidité, odeur, teneur en matières en suspension (MES) ; *Les caractéristiques chimiques : salinité, chlorures, pH, etc. 2. Les principales technologies de dessalement de l’eau de mer : Les technologies actuelles de dessalement des eaux sont classées en deux catégories, selon le principe applique : Les procèdes thermiques faisant intervenir un changement de phases : la congélation et la distillation. Les procèdes membranaires : l'osmose inverse et l'électrodialyse. Quel que soit le procédé de séparation du sel et de l'eau envisage, toutes les installations de Dessalement comportent 4 étapes : Une prise d'eau de mer avec une pompe et une filtration grossière, Un prétraitement avec une filtration plus fine, l'addition de composes biocides et de produits anti-tarte, Le procédé de dessalement lui-même, Le post-traitement avec une éventuelle reminéralisation de l'eau produite. A l'issue de ces 4 étapes, l'eau de mer est rendue potable ou utilisable industriellement, elle doit alors contenir moins de 0,5 g de sels par litre. B. Dessalement de l’eau de mer par électrodialyse : Principe : L’électrodialyse est un procédé électrochimique qui permet de séparer le sel de l’eau par transfert d’ions. En un premier temps, il faut connaitre que lorsque l’on dissout le sel de cuisine dans l’eau, il résulte des ions de sodium positif et celles du chlore négatif. Donc l’équation chimique qui nous permet de vérifier cette réaction est : NaCl(aq) + H2O(l) = Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l) Chlorure de sodium + eau = ions de sodiums positifs + ions de chlorure négatifs + eau La mise en place de cette technique est la suivante : Une bassine possède deux électrodes appelées anode et cathode qui sont reliées à un générateur de courant continu. De même que cette cuve est divisée en plusieurs sous parties qui sont mis en place alternativement séparées par des membranes cationiques et anioniques. Son système est construit de façon à ce que les sous parties soit disposées de telles sortes à ce que la première contient une solution à dessaler, la deuxième quant à elle est nommée solution de lavage et dans la troisième on retrouve la solution à dessaler ainsi de suite jusqu’à ce que le réservoir soit plein. Le fonctionnement du dessalement dans cette technique se montre par la mise sous tension le générateur qui va permettre à chaque ion soit le Na+ ou le Cl- d’être attiré par l’électrode opposé, les ions de sodiums seront attirés vers la cathode, tandis que les ions chlorure sont attirés vers l’anode. On peut donc voir que les membranes qui séparent les parties sont semi perméables et donc ce qui signifie que les membranes anioniques ne laissent passer que des Cl- tandis que les membranes cationiques ne laissent passer que des Na+. Description du procédé : Un électrodialyseur fonctionne de la manière suivante (voir schéma ci-dessous): deux compartiments (1) et (2) sont séparés par des membranes alternativement anioniques et cationiques. Comme leur nom l'indique, sous l'action d’un champ électrique, les premières ne se laissent franchir que par des anions, les secondes par des cations. Les cations migrent dans le sens du courant électrique. Ils peuvent sortir du compartiment en traversant la membrane cationique, mais il ne peut pas sortir du compartiment (2), car ils trouvent sur leur chemin une membrane anionique. Les anions migrent dans le sens inverse du courant électrique. Ils peuvent eux aussi sortir du compartiment (1) en traversant la membrane anionique, mais ils ne peuvent pas sortir du compartiment (2) car la membrane cationique les en empêche. En conséquence, le compartiment (1) s'appauvrit en sel dissous : on l'appelle compartiment de dilution. Le compartiment (2) s'enrichit en sels dissous : on l'appelle compartiment de concentration. La concentration des substances dissoutes non ionisées n'est pas modifiée. Un électrodialyseur est constitué d'un grand nombre de compartiments alimentés en série du point de vue électrique, et en série ou en parallèle du point de vue hydraulique. Un compartiment sur deux est en dilution, un sur deux en concentration. Aux deux extrémités de l'appareil, se trouvent les électrodes, qui permettent le passage du courant électrique. Les membranes délimitant les compartiments sont alternativement anioniques et cationiques. L'électrodialyse est employée soit en déminéralisation (dessalement), soit en concentration ionique de solutions ionisées. En galvanoplastie, elle sert au traitement d'effluents (eau de rinçage) afin d'enrichir, en les concentrant, les bains de dépôt et de les recycler. L'électrodialyse ne doit être appliquée qu'aux composants ioniques entre les deux seuils de concentration minimum et maximum, pour éviter la cristallisation ou une trop grande résistance ohmique. Il ne faut pas essayer de dépasser la valeur des courants limites : des phénomènes secondaires peuvent créer des évolutions irréversibles sur les membranes et dans la solution (création de composés parasites par électrolyse). Les rendements d'élimination des sels étant au mieux de 44 à 46 % par passe (Degrémont), une utilisation en plusieurs passes est souvent nécessaire. L'emploi de cette technique avoisine celui des résines échangeuses d'ions avec en particulier une sensibilité aux oxydants et des risques d'empoisonnement irréversible. L'intérêt économique de l'électrodialyse dépend de ses besoins en énergie. De plus de l'énergie nécessaire à l'écoulement des solutions dans les modules, il faut fournir :  L’énergie du transport des espèces ioniques,  L’énergie dissipée par effet joule.  L'investissement est de l'ordre de 7500 F par m² de membrane installée. CARACTERISTIQUES TECHNIQUES : Un électodialyseur est constitué par un empilement de membranes alternativement échangeuses d’anions et échangeuses da cations, uploads/Geographie/ procede-electrochimiques-de-dessalement-de-l-x27-eau-de-mer.pdf