La Mer à boire

II. a. Un peu de technique

La désalinisation peut-être effectuée selon plusieurs principes physiques : la distillation qui repose sur un changement de phase eau-vapeur, une séparation sel-eau faisant appel à des membranes semi-perméables où le moteur est soit la pression (osmose inverse), soit un champ électrique (électrodialyse).

La distillation

C’est le premier procédé qui a été employé. On chauffe de l’eau, et la condensation par refroidissement de la phase vapeur qui ne contient plus de sel produit de l’eau douce. Sous sa forme la plus simple (distillation à simple effet) c’est ce type de dispositif qui a tout d’abord été installé sur les bateaux : l’énergie pour le chauffage vient du diesel de propulsion ; le refroidissement est assuré par de l’eau de mer froide qui circule dans un échangeur ; des pompes récupèrent l’eau douce condensée et évacuent la saumure.

Pour de grandes installations, cette technique, coûteuse en énergie, a connu de nombreuses améliorations permettant de réutiliser une partie de la chaleur libérée par la condensation de la vapeur.

Deux systèmes occupent actuellement le marché : le système multiflash et la distillation multi-étages.

Dans le système multiflash l’eau est portée sous pression à une température de 120°C. Elle est introduite dans une enceinte à pression réduite où se produit une vaporisation immédiate. Une partie est condensée sur un condenseur. L’eau qui a fourni de l’énergie pour la vaporisation cesse de bouillir pour se mettre en équilibre avec la pression de vapeur régnant dans l’enceinte. Elle passe ensuite dans une deuxième enceinte soumise à une pression encore plus faible. Nouveau flash, nouvelle condensation, nouvelle enceinte où la pression est encore plus faible, etc. Une installation peut compter plusieurs dizaines d’étages flash.

Il existe deux autres systèmes : la distillation à multiple effet et la compression de vapeur. Pour cette dernière technique, on comprime la vapeur pour s’en servir comme fluide chauffant. C’est l’énergie électrique qui est utilisée pour la compression.

Les améliorations citées ont permis une diminution considérable de l’énergie nécessaire pour produire 1 m3 d’eau : 700 kWh thermiques pour le simple effet, 100 kWh thermiques pour les systèmes multiflash ou multieffet, 10 kWh électriques pour les systèmes à compression de vapeur.

L’osmose inverse

Rappelons ici que l’osmose est, sous l’action d’un gradient de concentration, le transfert d’un solvant, ici l’eau douce à travers une paroi semi-perméable vers une solution concentrée (en chlorure de sodium par exemple).

Si l’on considère le système suivant constitué d’un récipient divisé en 2 parties contenant d’un côté, la solution concentrée et de l’autre, de l’eau douce, il y a un flux d’eau douce qui se traduit par l’abaissement du niveau du compartiment d’eau douce et l’élévation du niveau dans la partie concentrée. La différence de niveau correspond à la pression osmotique.

Si au lieu de laisser le processus se réaliser, on applique sur le liquide concentré une pression supérieur à la pression osmotique, on a cette fois-ci un flux d’eau douce dessalée dans l’autre sens. C’est ce phénomène qui est la base d’unités de dessalement par osmose inverse.

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Source : RENAUDIN Viviane (2003, novembre). « Le dessalement de l’eau de mer et des eaux saumâtres* » dans Dossiers Chimie et question de société sur le site Culture Sciences chimie : site de ressources scientifiques pour les enseignants en chimie. Page consultée le 21/05/2012. http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/le-dessalement-de-leau-de-mer-et-des-eaux-saumatres-840

Les installations de dessalement par osmose inverse travaillent généralement sous des pressions de 40 à 80 bars selon la salinité.

Cette technique a été améliorée par des procédés permettant de récupérer l’énergie du fluide sous pression à l’aide d’une turbine.

L’osmose inverse a été utilisée dès les années 60 par la NASA (National Aeronautics and Space Administration) pour les vols habités.

Simple dans son principe la désalinisation par osmose inverse nécessite un prétraitement efficace pour éliminer les particules en suspension (filtration par sable, filtration par cartouche), éviter le développement de microorganismes et empêcher le formation de précipités des carbonates.

Conçues pour résister à des fortes pressions, les membranes doivent être entretenues par des lavages réguliers pour empêcher des phénomènes de colmatages des pores.

L’électrodialyse

Le principe de l’électrolyse est bien connu. Les ions d’un sel dissous dans l’eau, comme le chlorure de sodium par exemple, déplacent sous l’action d’un champ électrique créé par deux électrodes trempant dans le liquide. Les ions positifs ou cations (par Na+) sont attirés par l’électrode négative (ou cathode) tandis que les ions négatifs (Cl) sont attirés par l’électrode positive.

Dans l’électrodialyse, on intercale alternativement des membranes filtrantes soit imperméables aux anions et perméables aux cations, soit imperméables aux cations et perméables aux anions. On obtient ainsi une série de compartiments à forte concentration de sels et d’autres à faible concentration.

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Principe de fonctionnement de l’électrodialyse

Source : CORBASSON Cécile,  PONCERY Anaïs, CACHARD Sophie. « La désalinisation de l’eau de mer (électrodialyse) »  dans Exposés : Les applications de l’électrolyse sur le site La 3ème9 : une classe à projet scientifique.

L’électrodialyse est bien adaptée aux eaux saumâtres dont la salinité est assez faible, inférieure à celle de l’eau de mer.

Les membranes utilisées en électrodialyse laissent passer les ions mais sont imperméables à l’eau. C’est exactement l’inverse pour les membranes utilisées en osmose inverse.

Outre le dessalement d’eau de mer, l’électrodialyse a d’autres applications dans l’agroalimentaire (traitement du lactosérum) ou la galvanoplastie*.