Lexique

Combien coûte le dessalement ?

Les technologies de dessalement sont pertinentes dans un contexte d’accès limité à une ressource en eau douce, car le process, même optimisé, reste plus complexe qu’un traitement d’eau sans sels. Suivant le volume produit par jour, la qualité de l’eau à traiter (concentration en sels et autres composants à traiter) et la consommation énergétique de la centrale de dessalement, l’eau produite coûte entre 0,5 et 3€ par m3.

Pourquoi utiliser l'énergie solaire pour alimenter les centrales de dessalement ?

Le dessalement d'eau de mer et d'eau saumâtre consomme une quantité importante d'énergie : le coût de la consommation énergétique représente environ la moitié du coût d'exploitation des usines de dessalement. L'utilisation de l'énergie solaire présente trois avantages principaux :
  • L'énergie solaire est la source d'énergie dont le coût est le plus compétitif, bien qu’une source d’énergie variable,
  • L'énergie solaire génère des émissions de gaz à effet de serre parmi les plus faibles de toutes les sources d'énergie,
  • L'énergie solaire est largement disponible dans les régions du monde où l'eau est rare

Quelle est la difference entre l’eau de mer et l’eau saumâtre ?

Eau de mer : c’est l’eau salée des mers et des océans de la terre. On dit qu’elle est « salée » parce qu’elle contient des substances dissoutes, les sels, constitués d’ions, principalement des ions halogénures comme l’ion chlorure et des ions alcalins comme l’ion sodium. On trouve 30 à 40 g de sels dissous pour 1 kg d’eau de mer.

Eau saumâtre : c’est une eau dont la teneur en sel est inférieure à celle de l’eau de mer. La concentration totale de sel dissous y est généralement comprise entre 1 et 10 g/l alors qu’elle est de 35 g/l pour l’eau de mer. Les eaux peuvent être rendues saumâtre par deux procédés :
  • l’infiltration saline d’une eau de mer proche dans un sous-sol perméable.
  • l’infiltration d’eau de pluie (douce) dans un sous-sol géologiquement riche en minéraux, y compris des sels, et potentiellement d’autres minéraux. La composition chimique des eaux saumâtre peut grandement varier en conséquence.

Comment mesure-t-on la salinité ?

Salinité : cela désigne la quantité de sels dissous dans un liquide, notamment l’eau qui est un puissant solvant pour de nombreux minéraux. La concentration en sel est donnée par le tds (total dissolved solids = quantité totale de matière dissoutes) :
  • en mesurant poids en utilisant le gramme, soit 35g de sels par litre d’eau de mer en moyenne plusieurs unités peuvent être utilisées : mg/l = g/m3 = ppm
  • en mesurant la conductivité spécifique, c’est-à-dire la teneur totale en sels dissous. Il se mesure en µm / cm à 25 degrés celsius.

Qu’est-ce que la turbidité ?

Turbidité : celle-ci désigne la teneur d’une eau en particules suspendues qui la troublent. Ces matières en suspension peuvent être organiques ou non. La turbidité est mesurée en NTU (nephelometric turbidity unit), utn en français.

Le dessalement ou désalinisation est le principe de retirer les sels d’une eau de mer, ou d’eau saumâtre, pour produire de l’eau douce. Plusieurs solutions techniques permettent le dessalement
  • l’osmose inversé
  • la distillation
  • l’électrodialyse
  • l’échange d’ions

Osmose inverse : c’est le procédé aujourd’hui utilisé pour 95% des nouvelles installations de dessalement, mais aussi, à basse pression, pour de la potabilisation d’eau douce. L’osmose est un phénomène naturel d’équilibre des forces entre deux liquides, et qui permet à un liquide peu concentré de traverser une membrane pour diluer un milieu plus concentré. Ce principe est mis en œuvre par les cellules du corps humain. Ces membranes sont dites semi-perméables, ne laissant passer que les molécules d’eau.

Comment fonctionne l’osmose inverse ?

Admettons que l’un des milieux soit fortement concentré en sel (comme l’eau de mer), le milieu peu concentré (l’eau douce) migrera vers le milieu le plus salé.

Osmose inverse

On peut noter qu’une différence de niveau entre les milieux va se créer suite au déplacement de l’eau. À l’équilibre cette hauteur va se traduire par une pression appelée pression osmotique.

Le processus peut être inversé. Pour cela on applique une pression dans le milieu fortement concentré, qui doit être supérieure à la pression osmotique (en pratique le double). On récupère donc de l’eau pure de l’autre côté de la membrane. C’est l’osmose inverse.

Osmose inverse

Dans le schéma précédent, les sels s’accumulent sur la membrane au fur et à mesure du dessalement. Afin de limiter l’encrassement des membranes, les systèmes industriels utilisent l’osmose inverse en filtration tangentielle.

Osmose inverse

À quoi ressemblent les membranes d’osmose inverse ?

Membranes d’osmose inverse : désigne les membranes semi perméables telles que désignées ci-dessus, permettant le traitement d’eau par osmose inverse. La fabrication des membranes d’osmose inverse industrielles a été optimisée, les membranes sont en général spiralées.

Osmose inverse

Une partie du débit d’alimentation (eau brute) passe à travers la membrane : c’est le perméat, l’eau douce qu’on veut obtenir. La partie qui ne passe pas à travers la membrane est le concentrât.

Les avantages majeurs de l’osmose inverse sont :
  • la qualité de l’eau douce produite : l’osmose inverse ne fait pas que retenir les sels, elle retient aussi les matières organiques, les virus et bactéries, les pesticides et herbicides. L’eau produite par l’osmose inverse est donc potable.
  • la facilité d’installation et la compacité des systèmes, que ce soit pour du dessalement d’eau de mer (swro) ou d’eau saumâtre (bwro)
  • la faible consommation d’énergie spécifique, c’est-à-dire ramenée aux m3 produits, autour de 3,5 kwh/m3 pour de l’eau de mer.
Osmose inverse

Spécificité OSMOSUN® :

Pour de l’eau de mer à 35 g/l 25°c, le procédé OSMOSUN® consomme 2,2 kwh/m3, hors pompage d’eau brute dont la consommation dépend de l’installation sur site.

Que signifie le taux de conversion ?

Taux de conversion : (également appelé recovery par un anglicisme) c’est une notion importante dans les projets d’osmose inverse qui représente la différence entre le débit de perméat produit (eau douce) et le débit d’alimentation en eau brute.
Ce taux de conversion est égal au volume d’eau douce produit divisé par le volume d’eau brute pompé :

  • pour le dessalement d’eau de mer, il est généralement produit entre 30 et 50 l d’eau potable à partir de 100 l d’eau brute, soit un taux de conversion entre 30 et 50%
  • pour le dessalement d’eau saumâtre, le taux de conversion se situe entre 65 et 80%.

Perméat : c’est la manière technique de présenter l’eau potable dans un procédé d’osmose inverse, soit le liquide qui a traversé la membrane d’un processus de séparation chimique (qui peut être l’osmose inverse ou encore l’ultrafiltration).

Comment fonctionne le dispositif de récupération d’énergie ?

Récupérateur d’énergie : il est utilisé en dessalement d’eau de mer pour atteindre des faibles consommations d’énergie. Ces systèmes consistent à utiliser la pression du concentrât (qui peut aller jusqu’à 80 bars) pour pressuriser l’eau de mer entrant dans les membranes. La technologie la plus efficace, et la plus répandue sur le marché, est celle de l’échangeur de pression.

Pour une explication dynamique de l’échangeur de pression, voir la vidéo fournie par Danfoss pour son système isave : www.youtube.com/watch?v=j81mctv7tuw. Il existe d’autres systèmes : ERI (energy recovery inc., échangeur de pression isobarique), DWEER (« dual work exchanger energy recovery » de flowserve) par exemple.

Aujourd’hui, le procédé d’osmose inverse est mature technologiquement. Mais il est toujours consommateur d’énergie, en général fossile (groupe électrogène, ou réseaux électriques avec souvent des sources fossiles). Pourtant il est possible d’alimenter les unités d’osmose inverse avec des énergies renouvelables, les systèmes les plus avancés sont ceux de dessalement solaire.

Osmose inverse

Spécificité OSMOSUN® :

le procédé breveté d’osmose inverse OSMOSUN® permet une alimentation en solaire photovoltaïque sans batteries, donc une opération à puissance variable au fil du soleil, malgré les niveaux de pression requises pour le dessalement (jusqu’à 80bars), et l’importance de ne faire subir aux membranes aucune fluctuation de pression supérieure à 0,7 bar/seconde.

Quels sont les différents types d’encrassement des membranes d’osmose inverse ?

Encrassement en anglais fouling : désigne une accumulation de particules dans les membranes d’osmose inverse altérant leurs performances de production (baisse du débit, hausse de la pression, hausse de la salinité du perméat), soulignant l’importance d’un pré-traitement en amont du procédé d’osmose inverse efficace.

Qu’est-ce que l’encrassement biologique ?

Encrassement biologique ou biofouling en anglais : dans le traitement par osmose inverse, c’est la formation d’une couche gênante d’êtres vivants sur la surface de la membrane en contact permanent ou fréquent avec l’eau de mer. Celui-ci est facilité par une eau à traiter riche en matières organiques. Un pré-traitement efficace permet d’éviter le phénomène.

Qu’est-ce que l’entartrage ?

L’entartrage ou scaling en anglais : désigne l’encrassement des membranes d’osmose inverse par les précipités. Une injection d’anti-scallant à très faible dose, quelques parties par millions (ppm) permettra de prévenir ce phénomène dans les membranes.

Pourquoi utilise-t-on un produit séquestrant ?

Séquestrant, ou antiscalant en anglais : c’est un liquide injecté en amont du procédé d’osmose inverse, comme pré-traitement, afin d’éviter la formation de tartre à la surface des membranes, via la précipitation des sels minéraux. Cette inhibition du tartre permet de maintenir les performances des membranes d’osmose inverse.

Pourquoi faire un nettoyage chimique des membranes d’osmose inverse ?

Nettoyage chimique : dans la maintenance d’équipements d’osmose inverse, c’est une méthode qui permet d’éliminer les contaminants non désirés des membranes. Le nettoyage chimique s’effectue ponctuellement -tous 2 à 6 mois- pour régénérer les performances des membranes d’osmose inverse, via la circulation successive dans les membranes de solutions acides et basiques.

Comment fonctionne le dessalement par distillation ?

La distillation : consiste à chauffer l’eau salée pour évaporer l’eau, puis la condenser, pour obtenir de l’eau pure. C’est un procédé très énergivore. On trouve des procédés industriels mais aussi des procédés low-tech à faible capacité de production (5 l/jour/m2 environ).

Technologies de dessalement

Comment fonctionne le dessalement par électrodialyse ?

L’électrodialyse : met en œuvre des électrodes, des membranes perméables aux ions positifs, et d’autres perméables aux ions négatifs. Plus l’eau à traiter est salée, plus la consommation d’énergie est élevée. L’électrodialyse ne fait que dessaler, elle ne potabilise pas l’eau, c’est-à-dire que les pathogènes ne sont pas éliminés. Une ou plusieurs étapes de traitement supplémentaires sont nécessaires avant la consommation humaine.

Technologies de dessalement

Comment fonctionne le dessalement par échange d’ions ?

L’échange d’ions : solution réservée pour déminéraliser les eaux faiblement concentrées en sel, < 1 g/l.

Technologies de dessalement

Projet de dessalement par osmose inverse : un tel projet rassemble différentes composantes, qui peuvent être détaillées comme suit :

Technologies de dessalement

Prise d’eau d’eau brute est cruciale pour offrir une qualité d’eau stable au fil des saisons et des potentielles intempéries au procédé membranaire d’osmose inverse. Plutôt qu’une prise d’eau directement en mer, soumise aux aléas des marées et riche en matières en suspensions, mascara recommande l’usage de forage côtiers permettant de bénéficier des la filtration naturelle du sol, si la géologie locale le permet.

Osmose inverse

Spécificité OSMOSUN® :

le procédé breveté d’osmose inverse OSMOSUN® permet une alimentation en solaire photovoltaïque sans batteries, donc une opération à puissance variable au fil du soleil, malgré les niveaux de pression requises pour le dessalement (jusqu’à 80bars), et l’importance de ne faire subir aux membranes aucune fluctuation de pression supérieure à 0,7 bar/seconde.

Pré-traitements : ceux-ci-sont nécessaires en amont de l’osmose inverse, car ce procédé nécessite d’avoir une eau d’une turbidité quasi nulle, par de particules de taille supérieure à 5 microns, le moins possible de matières organiques, et le moins possibles d’ions susceptibles d’engendrer des précipités. Il s’agit d’éviter des phénomènes de fouling (encrassement par les particules), scaling (encrassement par les précipités) et biofouling (encrassement par les matières organiques).

Il existe différents procédés physico-chimiques, biologiques ou membranaires pour le prétraitement de l’eau : coagulation, floculation, décantation, filtration sur sable, oxydation, adsorption sur charbon actif, microfiltration, ultrafiltration, déferrisation, démanganisation, injection d’antiscalant (ou séquestrant)… le choix des technologies dépend du contexte local et de l’analyse de l’eau. Mascara est capable de dimensionner et de fournir la solution adaptée à chaque besoin.

Osmose inverse

Spécificité OSMOSUN® :

Certains systèmes de pré-traitement utilisent un nombre conséquent de produits chimiques. Dans les projets où mascara a la responsabilité de l’intégralité de la chaine de traitement de l’eau, nous étudions au cas par cas la possibilité de nous en affranchir, ou de réduire au maximum les quantités utilisées.

Comment fonctionne un filtre à sable ?

Un filtre à sable est un système de filtration dit physico-chimique, qui se compose d’une cuve remplie d’un média filtrant, qui peut être le sable, l’anthracite, etc.
Le fonctionnement de cette filtration est très simple : l’eau brute chargée d’impuretés est pompée circuler dans la cuve où elle est filtrée par le sable qui retient les impuretés. Le seuil de coupure de la filtration du filtre à sable se situe entre 30 à 40 microns.

Rétrolavage, ou lavage à contre-courant est un processus d’entretien par lequel un filtre est nettoyé. Ce nettoyage peut se faire soit en renversant le courant d’eau dans les filtres, soit en agitant les lits filtrants par de l’air ou d’autres moyens mécaniques, ou soit en dirigeant des jets d’eau ou d’air sur les grilles pour les nettoyer. Ceux-ci sont à réaliser régulièrement pour maintenir les performances des filtres.

Filtre à sable

Quelle utilité ont les procédés de coagulation et floculation ?

Coagulation et floculation : ce sont des procédés de pré-traitement qui facilitent l’élimination des matières en suspensions en les rassemblant sous forme de floc dont la séparation est ensuite effectuée par des systèmes de décantation, flottation et/ou filtration.

Floc : se dit des agglomérations de particules par différents procédés de traitement d’eau : floculation / coagulation.

Comment traiter le fer présent dans l’eau ?

Fer : c’est un élément largement présent dans les sols, et qui se retrouve naturellement dans les eaux à traiter. Un traitement spécifique est requis compte tenu de l’inadéquation de la plupart des systèmes de pré-traitements physico-chimique traditionnels pour s’en débarrasser. La solution communément utilisée consiste à l’oxydation biologique du fer par l’oxygène, en vue d’agréger les différents ions de fer pour créer des flocs, qui pourront être ensuite éliminés par des systèmes de filtration sur média filtrant comme le sable.

Qu’est-ce que l’ultra-filtration ?

Ultra-filtration : c’est une méthode de séparation membranaire avec un seuil de coupure, -définition ci-dessous- moins fin que l’osmose inverse. Il est utilisé comme pré-traitement dans des procédés de dessalement par osmose inverse, ou seul comme solution de potabilisation d’eau non salée.

Que désigne le seuil de coupure ?

Seuil de coupure : désigne la masse de la plus petite molécule ou du plus petit ion arrête par une membrane d’ultrafiltration, de nanofiltration ou d’osmose inverse dans des conditions normalisées.

Seuil de coupure
Post-traitements : sont les ajouts faits à l’eau osmosée, potable, pour répondre aux critères spécifiques du client et aux contextes locaux.
On trouve les systèmes suivants :
  • Reminéralisation : intéressant dans le cas d’injection du perméat d’osmose inverse dans un réseau public d’eau potable. Ce procédé consiste à mettre l’eau à l’équilibre calco-carbonique, ainsi qu’à un ph proche de la neutralité (ph neutre = 7). Différentes techniques peuvent être utilisées, ensemble ou séparément : filtres à calcite, injection de lait de chaux, bicarbonate de soude, chlorure de calcium, chlorure de magnésium, …
  • Désinfection : pour assurer l’absence de pathogènes dans l’eau du réseau ou des réservoirs, on peut utiliser les ultraviolets (uv) mais cela ne permet pas de stocker l’eau (pas d’effet rémanent). Pour avoir une eau potable sur la durée, il est préférable d’injecter du chlore, souvent sous forme d’hypochlorite de sodium.
Osmose inverse

Spécificité OSMOSUN® :

Mascara a développé une solution de chloration solaire autonome qui permet la production de cet agent localement, avec une injection directe et maîtrisée de la solution dans l’eau potable produite, garantissant ainsi la non-prolifération des organismes pathogènes.

L’unité de dessalement peut-elle est conteneurisée ?

L’unité de dessalement par osmose inverse, ainsi que les pré et post traitements associés peuvent être installés dans un conteneur pour faciliter le déploiement, même si cela n’est pas obligatoire. L’installation d’une unité d’osmose inverse dans un pays chaud et dans un environnement marin requiert certaines précautions, afin de prévenir la corrosion du conteneur en acier ou encore l’isolation associée à une ventilation ou climatisation du conteneur pour limiter la température de préservation des équipements.

Que faire pour éviter la corrosion sur un projet de dessalement ?

Corrosion : désigne l’altération d’un matériau par réaction chimique avec un oxydant : la plupart des métaux souffre de corrosion, formant de la rouille, dès lors qu’ils sont exposés à du sel et de l’oxygène. Ce phénomène est anticipé dans les procédés de dessalement en utilisant des aciers inoxydables -inox, qui est un alliage à base de fer et de carbone- du 316l, duplex ou super duplex, afin de garantir la pérennité des équipements dans un environnement marin, depuis l’unité d’osmose inverse jusqu’au conteneur lui peint afin d’être protégé de cet environnement marin hautement corrosif.
Dans le cas d’un déploiement de conteneur, celui-ci doit être galvanisé pour prévenir tout endommagement de l’extérieur du conteneur.

La distribution : de l’eau produite peut être constituée en amont de réservoirs, de systèmes de maintien de pression de réseau, et en aval par exemple de bornes fontaines avec compteurs pour paiement direct de l’eau distribuée, ou un réseau avec des raccordements dans chaque foyer, qui règlent leurs factures auprès de l’agence de distribution de l’eau potable.

Concentrât : en techniques de filtration membranaires, ce terme désigne un fluide enrichi en substances arrêtées par la membrane. il s’agit donc dans le cas du dessalement de l’eau brute salée à traiter, enrichit des sels extraits de l’eau douce produite.

Le rejet est dilué avant d’être rejeté à la mer pour minimiser l’impact sur l’environnement marin.
Pour les projets de dessalement d’eau saumâtre loin des côtes, le rejet est soit évaporé dans un bassin spécifique, soit valorisé.