Le dessalement de l`eau de mer

N°4 / Juillet-Août 2005 / Recherche & Développement
Le magazine de la chronique
scientifique
Le dessalement
de l’eau de mer
Infos clés
Le saviez-vous ?
Les premiers procédés de
dessalement :
Dès le IV° siècle avant JC,
Aristote observe le principe de la
distillation.
Au XII° siècle,Adélard de Bath
décrit deux expériences dans les
Quœstiones naturales : « au soleil,
après l’évaporation sur un rocher,
l’eau de mer se transforme en sel ;
lorsque le soleil fait défaut, on
chauffe de l’eau de mer et sous
l’effet de la cuisson on la voit
également se transformer en sel.
Cette métamorphose explique que
la mer soit plus salée l’été que
l’hiver, que les mers méridionales
le soient davantage que les mers
septentrionales ».
Depuis les temps les plus anciens,
les marins ont dessalé l’eau de
mer à partir de simples bouilleurs
sur leurs bateaux, mais l’utilisation
à des fins industrielles est récente.
Dans les années 60, les procédés
thermiques sont mis au point et
utilisés pour dessaler l’eau de mer.
Par ailleurs, des recherches sont
développées sur le procédé de
dessalement par osmose inverse.
1978 : mise en service de la
première unité de dessalement de
l’eau de mer par osmose inverse,
à Djeddah en Arabie Saoudite.
72% de la surface totale de la terre
est recouverte d’eau.
97% de cette eau est salée
La salinité moyenne des mers est
d’environ 35 g de sel (chlorure de
sodium) par litre soit 3,5% du poids
de l’eau, et peut varier selon les
climats : 7g/l en mer Baltique,
270g/l dans la mer Morte.
La répartition des 3% restant (eau
douce) est très inégale : 10 pays se
partagent 60% des réserves, alors
que 29 autres (en Afrique et au
Moyen Orient) font face à des
pénuries chroniques.
Aristote
Le dessalement de l’eau de mer
permet notamment : d’augmenter la
ressource en eau douce disponible,
de fournir une solution en cas de
sécheresse et de faire face aux
situations de pénuries et de crises.
Les objectifs de la Recherche
Orienté essentiellement sur le procédé d’osmose inverse, l’objectif des recherches de Veolia
Environnement est d’optimiser les conditions de fonctionnement de l’installation de dessalement
par procédé membranaire. La recherche s’opère notamment dans deux directions :
n le prétraitement de l’eau de mer pour limiter le colmatage des membranes à l’aval
n la réduction des dépenses en énergie pour réduire le coût du dessalement et améliorer
le bilan environnemental.
Michel Dutang
Directeur de la Recherche, du Développement et de la Technologie de Veolia Environnement.
« La Recherche et Développement de Veolia Environnement travaille à faire du dessalement une solution
alternative d’avenir accessible au plus grand nombre tant au niveau technologique qu’économique. »
Un enjeu
stratégique
«Le dessalement est
un enjeu stratégique pour
Veolia Environnement.
Il représente une ressource
alternative qui apporte des
réponses aux besoins
en eau à court
et à long terme»
Antoine Frérot
Président de Veolia EAU
Sommaire
Page 1
n Un enjeu statégique
par Antoine Frérot
n Le saviez-vous ?
n Infos clés
n Les objectifs de la Recherche
Page 2
n Ce qu’il faut savoir sur…
Page 3
n Zoom sur les programmes
de Recherche et de
Développement
Page 4
n Pour en savoir plus…
n Fiche technique vidéo
n Contact
Le dessalement
de l’eau de mer
Ce qu’il faut savoir sur…
L’eau de mer est un bien inépuisable, mais elle
contient 1000 fois plus de sel que la limite fixée
par l’OMS pour pouvoir être consommée.
Les techniques de dessalement
de l’eau de mer les plus utilisées
La distillation ou dessalement thermique.
L'eau de mer est chauffée jusqu'à évaporation.
Seules les molécules d’eau s’échappent,
laissant en dépôt les sels et les autres
substances. La vapeur d’eau est condensée
pour obtenir de l'eau douce.
L’osmose inverse ou dessalement
membranaire : l'eau de mer est filtrée sous
pression à travers une membrane. Les sels et
les micro-organismes sont retenus par cette
dernière. Ce procédé nécessite toutefois un
traitement de l’eau en amont.
Le dessalement par rapport
à une filière de traitement
d’eau de rivière :
Les +
n Solution alternative au manque
n
n
n
n
d’eau
Moins de réactifs chimiques
Moins de production de boues
Moins de coût de génie civil
Qualité constante de l’eau traitée
Aujourd'hui ces deux techniques se partagent
sensiblement à égalité le marché mondial.
Entre 1990 et 2001, le procédé d’osmose
inverse est passé de 40 à 53% de part de
marché, Les recherches de Veolia sont
orientées vers l’osmose inverse dont les
prévisions de part de marché sont de 70%
(contre 20% pour le thermique et 10% pour les
autres méthodes) d’ici l’horizon 2020.
Les –
n Consommateur de beaucoup
d’énergie
n Coût encore élevé
n Volume d’eau produit insuffisant
L’ensemble des caractéristiques de l’eau de
mer à dessaler est à prendre en compte dans
le choix et les paramètres de fonctionnement
des procédés pour maîtriser les aspects de
corrosion, de dépôts et les coûts.
par rapport à l’eau de mer traitée
n Perturbation du milieu marin par
prélèvements et rejets d’eau très
salée
• Module spiralé
Pièce
d ’écartement
Tube collecteur perforé
Concentrat
Sortie perméat
Alimentation
Description
d’un module spiralé
d’osmose inverse.
La membrane est constituée d’une surface
plane dont la perméabilité est sélective. Son
objectif principal est d’éliminer le sel. Elle
assure également la rétention des composants
indésirables dans l’eau (micro algues,
bactéries, certains virus, microorganismes,
micropolluants), supprime la turbidité (eaux
troubles), limite les sous-produits de
désinfection et permet la production d’une eau
épurée.
Dans le cas de l’osmose inverse, l’élimination
des éléments physico-chimiques et biologiques
indésirables est quasiment totale.
Qu’est-ce que l’osmose inverse ?
L'osmose est un principe naturel. Si deux
solutions aqueuses ayant une concentration
saline différente, sont séparées par une
membrane, l'eau passe spontanément de la
solution la moins concentrée en sel à la plus
concentrée.
L’osmose inverse est basée sur le principe
opposé. Elle consiste à appliquer à cette eau
salée une pression importante, qui nécessite
une consommation énergétique élevée, pour
la faire passer à travers une membrane. Au
terme de l’opération, seules les molécules
d’eau traversent la membrane, fournissant
ainsi de l’eau douce.
Membrane
Membrane
Pression
Concentrat
Alimentation au travers
de l’écarteur
Qu’est-ce qu’une membrane ?
Membranes
Ecarteur du canal
d ’alimentation
Le perméat est drainé
en spirale vers le
collecteur
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Eau pure
+
eau de mer
filtrée
Eau
de
mer
H2O
Eau pure
OSMOSE
Eau
de
mer
H2O
OSMOSE INVERSE
Le dessalement
de l’eau de mer
Pilote de filtration à Perth (Australie).
Zoom sur les programmes
de Recherche et de Développement
La Recherche & Développement de
Veolia Environnement travaille
essentiellement sur la définition de la
filière de traitement, notamment le
prétraitement de l’eau pour réduire les
dépenses en énergie.
Recherche
sur les membranes
Filière de prétraitement d’un pilote de dessalement à
Tawellah (Emirats Arabes Unis).
Colmatage des membranes
Le dépôt de matières entraîne
la formation d’une couche à la
surface de la membrane ce qui
a pour conséquence de réduire
le débit de filtration et donc les
performances de l’opération.
Le colmatage est responsable
dans trois quarts des cas du
vieillissement de la membrane.
La membrane est le point clef des
installations par osmose inverse. Son
remplacement représente 5% du coût de
traitement. Or la séparation membranaire
(ou osmose) possède un talon d’Achille :
le colmatage de la membrane.
L'objectif du Centre d’Expertise
Membrane (ARAMIS), créé en 2004 à
Anjou Recherche (centre de recherche
sur l’eau de Veolia Environnement) est
d’identifier les matières responsables du
colmatage et de préconiser les solutions
de traitements efficaces et pérennes
(prétraitement et cycles de nettoyage
adaptés).
Recherches
sur le prétraitement
Des travaux sont actuellement en cours à
Toulon au Cap Sicié. L’objectif de l’étude
est d’optimiser les performances des
procédés de filtration pour le prétraitement
de l’eau de mer.
Ces essais permettront de connaître avec
précision l’impact de différents paramètres
sur la qualité de l’eau prétraitée (vitesse
de filtration, hauteur de couche de
matériaux filtrants…).
Des essais ont également eu lieu (entre
février et août 2004) sur le site d’Abu
d’Abhi, en Arabie Saoudite, dans le cadre
d’un projet industriel. L’étude pilote a
permis de démontrer l’efficacité et la
robustesse des solutions de prétraitement
sélectionnées.
Ces procédés aboutissent à de très bons
résultats car ils permettent d’éliminer 90
à 99% des particules solides et la quasitotalité des micro-organismes.
Une thèse avec l’Université de Poitiers et
l’Institut océanographique de Banyuls a
notamment pour but d’identifier les
composés susceptibles de colmater les
membranes d’osmose inverse.
Avantages des procédés à membranes
(pour la production d’eau potable à partir de l’eau de mer)
Avant tout, ils permettent de diminuer par 3 ou 4, les consommations énergétiques par
rapport au dessalement thermique. Toutefois, les chercheurs de Veolia Environnement
travaillent à améliorer certains points :
n gérer les résidus (concentrat) pour améliorer le bilan environnemental,
n augmenter le rendement : le volume d’eau pompée est 2 à 3 fois supérieure au volume
d’eau potable produite par le dessalement,
n maîtriser les phénomènes de colmatage,
n réduire les coûts de fonctionnement.
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Le dessalement
de l’eau de mer
Fanny Demulier, Steeve Sierra, Martin Geisler,
Pierre-Yves Maurie et Hervé Suty,
Pour en savoir plus…
Fiche technique vidéo
La chronique scientifique n°4
Découvrez en 4 minutes sur l’intranet du groupe,
les recherches menées par Veolia Environnement
sur le dessalement de l’eau de mer.
Hervé Suty
directeur d’Anjou Recherche,
Groupe Veolia Environnement
Témoin :
Pierre-Yves Maurie
rédacteur, RMTT – Veolia
Transport
Scénario : Marie-Odile Monchicourt /
3B Conseils
Durée :
4’ 30
Tournage : 10 juin 2005
Lieu :
Amphitria, Cap Sicié. SIRTTEMEU,
Générale des Eaux
Préparation : Fanny Demulier,
Anne Dequeker-Cormont,
Caroline Bellecourt, Edith Weitz
Direction de la Communication
de la Recherche, du Développement
et de la Technologie Veolia
Environnement
Réalisateurs : Steeve Sierra, Martin Geisler
Producteur délégué :
Bruno Plasse, Dawa Productions
Conception et réalisation du magazine :
3B Conseils
Graphisme : Bernadette Coléno/3B Conseils
Producteur : Veolia Environnement
Date de la mise en ligne : Août 2005
Expert :
Remerciements à Philippe Rey Ingénieur, Philippe
Marteil et Jean-Christophe Schrotter, directeurs
de programme, Anjou Recherche et aux équipes de
Veolia Eau à Cap Sicié France.
Partenariats
n Caractérisation des matières organiques
ESIP Poitiers
esip.univ-poitiers.fr
n Caractérisation du milieu marin
Observatoire Océanologique de Banyuls-sur-Mer
www.obs-banyuls.fr/
n Electrochimie et caractérisation des surfaces
membranaires
Université d’Angers : GIRPA Beaucouzé
www.univ-angers.fr
n Outils d’aide à la décision
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne,
spécialité énergétique et le GIRPA, spécialité
devenir des polluants dans l’environnement.
www.epfl.ch
Les sites en exploitation :
quelques références
n Palma de Majorque (Espagne)
n Abu Dhabi (Emirats Arabes Unis)
n Ashkelon (Israël)
Ressources documentaires
Veolia Environnement
Audiovisuel
n La chronique scientifique N°4 :
Le dessalement de l’eau de mer (voir encadré)
n Veolia Environnement Vidéo conférence sur
Ashkelon en Israël par Bruce Durham, Veolia
Water, AFAS – 50è anniversaire du CERN
http://agenda.cern.ch/askArchive.php 7 mai 2004
Brochure : Développer les ressources alternatives.
Dessaler l’eau de mer
Sites spécialisés
Les précédentes chroniques scientifiques
1 – Les légionelles
2 – Le bioréacteur
3 – La pile à combustible
www.edsoc.com
European Desalination Society
www.cea.fr
Commissariat d’Energie Atomique
www.veoliawatersystems.com
Veolia Water
www.commission-europeenne.fr
Commission Européenne
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Publications
n Impact of conventional pre-treatment prior
reverse osmosis desalination membranes on
fouling potential of seawater
LCEE/ESIP UMR CNRS 6008 Université de
Poitiers,France. Sophie Rapenne et Hervé Gallard.
Observatoire Océanologique de Banyuls, Université
Pierre et Marie Curie, UMR CNRS No 7621 and
7628, Banyuls-sur-Mer Cedex, France. C. Courties,
J.-P. Croué, P. Lebaron
Anjou Recherche, Veolia Water Research Center
Maisons-Laffitte – France Sophie Rapenne, Jérôme
Leparc
Publications présentées à la AWWA Membrane
Technology Conference, Phœnix, mars 2005
n Tools for membrane autopsies and antifouling
strategies in seawater feeds (revue)
University of Angers, UMR-MA105, Laboratoire des
Sciences de l'Environnement et de l'Aménagement,
M. Pontie, A. Thekkedath, J. Duchesne,
University of Poitiers, LCEE/ESIP UMR-CNRS
6008, Sophie Rapenne
Anjou Recherche, Veolia Water, Valérie Jacquemet,
Jérôme Leparc, Hervé Suty.
n La mer, terreur et fascination, Bibliothèque
Nationale de France, Seuil 2004
Crédit photographique
Barthélemy l’Anglais, Livre des propriétés des
choses, photographie tirée de l’ouvrage, La mer,
terreur et fascination, Bibliothèque Nationale de
France, Seuil 2004 (page de couverture).
Cadre réglementaire
Directive cadre européenne (DCE) du 22
décembre 2000, transposée en droit français par
la loi du 21 avril 2004
Projet de loi sur l’eau - Bruno Sido
Contact
Direction de la Recherche, du Développement
et de la Technologie
36, rue de Liège 75008 PARIS - France
Tél. : +33 (0) 1 71 75 06 60
Fax. : +33 (0)1 71 75 10 40
Mail : [email protected]