Année scolaire: 2014-2015 Thème: Avancées scientifiques et réalisations techniques Classe de première Problématique : Le dessalement de l’eau de mer est-il une solution à la crise d’eau ? Introduction l- Les techniques de a) L’osmose inverse b) La distillation or26 1) L’explication de la distillation 2) L’application expérimentale c) L’électrodialyse -12 ll- Les Inconvénients et avantages du dessalement 1- a)Les inconvénients au niveau économique b) Les inconvénients au niveau écologique 2- a) Les avantages au niveau économique naturelle directement consommée par Ihomme, mais ne onstitue qu’I% de l’eau planétaire.
De nos jours on vient à en manquer, les réserves s’épuisent, le réchauffement climatique fait fondre les glaciers, les nappes phréatiques sont de plus en plus polluées, et le peu de ressources d’eau douce encore disponibles sont extrêmement males réparties. Nous en cherchons constamment jusqu’a même aller explorer d’autres planètes dans le but d’en trouver. Il n’empêche, ces réservoirs inépuisables que sont les océans font rêver et il est possible de transformer cette eau salée en eau douce. Figure 1 : Schéma représentant le manque d’eau douce dans le monde.
PAGF OF inexistantes ou deviennent insuffisantes au regard de la croissance démographique ou de la production industrielle. Cependant une question se pose le dessalement de l’eau de mer est-il une solution à la crise d’eau ? l- Les techniques du dessalement de l’eau Les systèmes de dessalement se caractérisent par leur rendement et le taux de sel résiduel. Tous types de sources naturelles d’eau de mer peuvent être traités: eau de mer de surface, eau de mer profonde, eau saumâtre de rivière, puits côtier.
D’où différentes qualités d’eau peuvent être obtenues à partir d’une unité de dessalement: L’eau potable c’est une eau que l’homme peut boire sans risque de tomber malade. -L’eau d’irrigation est l’eau utilisé pour le phénomène d’irrigation qui consiste à apporter de l’eau à des cultures dans le but d’améliorer la productivité des parcelles ou de combler un manque d’eau. L’eau de process est l’eau d’alimentation de chaudière, eau de refroidissement. -L’eau déminéralisée ou ultra pure est utilisée principalement dans les domaines du semi-conducteur et dans les industries pharmaceutiques.
En raison de l’amélioration constante de la miniaturisation dans l’industrie des semi-conducteurs, les pécifications deviennent de plus en plus strictes chaque année. Figure 2 : Schéma représentant les différentes qualités d’eau qui peuvent être obtenues à partir du dessalement. a- L’Osmose Inverse Définition de l’osmose L’osmose est basée sur le PAGF 3 OF mental de l’équilibre. mis en contact, ceux-ci se mélangent jusqu’à uniformisation des concentrations.
Lorsque ces deux liquides sont séparés par une membrane semi-perméable, le liquide contenant la plus faible concentration de solides dlssous va traverser la membrane pour aller dans le liquide contenant la plus forte concentration de olides dissous. Après un temps donné, le niveau de l’eau sera plus élevé d’un côté de la membrane. La différence de hauteur est appelée pression osmotique. Définition de l’osmose inverse En appliquant une pression supérieure à la pression osmotique, l’effet inverse se produit.
Les liquides sont refoulés au travers de la membrane, laissant les solides dissous derrière. pour purifier l’eau à l’aide de membrane d’osmose inverse, l’effet d’osmose naturel doit être inversé. Afin de forcer l’eau de la solution saumâtre (concentration en sels élevée) à aller ans la solution douce (concentration en sels basse), l’eau doit être pressurisée à une pression d’opération supérieure à la pression osmotique. Par conséquent, la saumure3 devient plus concentrée. La pression d’opération de l’eau de mer est d’environ 60 bar.
Figure 3: Schéma représentant les différentes étapes pour obtenir l’eau douce de l’eau salé. 1-Le prétraitement de l’osmose inverse Dans la plupart des cas, l’osmoseur doit être précédé d’un prétraitement adapté, afin d’éviter tout encrassement des membranes par des dépôts, du calcaire, des matières organiques, des bactéries, de la silice, ?talliques ou encore du sujettes au colmatage par des matières en suspension présentes dans l’eau de mer on trouve plusieurs microorganismes dans l’eau de mer dont . La larve planctonique: -Un ver marin annélide polychète: Siphonophore: -Crustacé codépode: -Plancton de POcéan Indien: -Parasitic amphipode: Figure 4: Photos de quelques microorganismes dans l’eau de mer. 2-Le traitement par osmose inverse L’eau prétraitée est alors pompée par une pompe haute pression et est pressurisée contre la membrane de l’unité d’osmose inverse. La pression de service peut dépasser les 60 bars s’il s’agit e dessalement d’eau de mer ou être plus faible s’il s’aglt de traitements à usage industriel. Figure 5 : Schema représentant les différentes étapes de l’osmose Inverse.
Le module d’osmose inverse A mesure qu’une fraction de l’eau diffuse à travers la membrane, la teneur en sel de la fraction restante augmente. C’est la raison pour laquelle une partie de cette eau d’alimentation est rejetée, sans passer à travers la membrane, faute de quoi l’augmentation de la concentration en sel de cette eau avant passage de la membrane provoquerait la précipitation des sels sursaturés et ne pression osmotique tro élevée à travers la membrane. Pour cela, on « balaye » la mem de la solution salée par PAGF 3-Le post-traitement 1 -Ajuster le pH du perméat obtenu par l’osmose inverse.
Le pH du perméat étant acide un peu prés 1. 2-Les techniques du post-traitement dépendent de l’application final de l’eau, notant que si l’eau traitée est destinée pour un usage potable, le post-traitement constitue alors à remineraliser le perméat pour éliminer le gout amer. L’energie solaire et osmose inverse L’association qui utilise renergie solaire pour l’osmose nverse est interessante car l’energie électrique nécessaire au fonctionnement de la pompe pour l’osmose inverse est fournie sous forme photovoltaique par des capteurs solaires.
Il est très économique du point de vue énergétique 2kwh/m3 pour dessaler de l’eau de mer. Une unité de ce type a été installée dans un village du sud tunisien de 300 habitants pour dessaler une eau saumâtre de 4. 5 g/l de salinité. D’une capacité de 2m3/h, l’installation arrive ? produire 15 m3/j en été 7,5 m3/j en hiver à un cout de 5,6€/m3 contre 8,5€ si l’eau est acheminée par camion. Les avantages: La méthode de l’osmose inverse tend à se développer car elle présente un fort intérêt en termes de coût, d’investissement, de consommation d’énergie et de qualité de l’eau produite.
Le coût de l’osmose inverse est devenu inférieur à celui de la distillation en 1995, avec l’apparition d’une nouvelle génération de membranes. Les usines d’osmose inverse rejettent moins de C02 que celles par distillatlon car le procédé consomme mons d’énergie et utilise moins de combustibles fossiles tels que le pétrole ou le charbon. Les désavantages: Ce procédé rejette de la s produits chimiques Ce procédé rejette de la saumure et des produits chimiques nécessaires à l’entretien des membranes. La perte de cinq litres d’eau pour un litre d’eau osmosée car la membrane doit être continuellement nettoyée.
L’eau est déminéralisée, elle est agressive et corrosive pour les tuyauteries. En effet, l’eau perd tous ses minéraux y compris les minéraux bénéfiques comme certains alcalins, notamment le calcium et le magnésium, son pH sera alors plus acide. Il est donc préférable de reminéraliser l’eau avant de la boire. Le principe de l’hyperfiltration 1er étape : Tout d’abord, l’eau passe à travers un filtre de 5 icromètres qui empêche le passage des plus grosses particules en suspension dans l’eau. Il est conçu pour retenir l’ensemble des impuretés solides présentent dans l’eau. ème étape : L’eau passera au travers d’une cartouche de charbon actif à absorption, à son contact le chlore, chlorine seront supprimés. Ce qui protègera la membrane. 3ème étape : Ensuite, elle passera au travers une membrane, celle-ci n’est pas toujours de forme rectangulaire, elle peut aussi être en forme de spirale comme sur le schéma ci-dessous, la porosité est de l’ordre de 0. 0001 micromètre. Lors du passage ? travers cette membrane, les éléments supérieurs O micron restent prisonniers de la membrane. Ainsi, l’eau est débarrassée de ses impuretés.
Le concentrât est déchargé automatiquement sous l’évier et chassé dans le système d’égout. Figure 7: Dessin de la membrane de rosmose inverse. Le système de filtration comporte des membranes qui sont de l’ordre de 10 um et qui n’arrêtent que les particules en suspension, visibles par l’homme. Ensuite la micro-filtratio 7 OF qui n’arrêtent que les particules en suspension, visibles par l’homme. Ensuite la micro-filtration empêche les bactéries de ‘ordre de 100 nm de passer à travers la membrane. Puis l’ultra- filtration avec des membranes de porosité de 10 nm stoppent les virus.
Et, la nano-filtration bloque des ions de l’ordre de 1 nm. Enfin, l’osmose inverse comme déjà dit précédemment interdit le passage au sel. 4éme étape • Enfin l’eau maintenant pure est placée dans une bombonne sous pression. 5ème étape : L’eau passe une dernière fois dans une cartouche post-charbon absorption pour enlever les odeurs et les gaz. 6ème étape : Après le passage dans la cartouche post-filtre, une eau pure vous est servie au robinet osmoseur. Figure 8: Schéma d’une chaine de filtrage de l’eau. – La Distillation La distillation, technique majoritairement utilisée dans les usines de dessalement de l’eau, occupe aujourd’hui 65% dans le monde. Actuellement envlron des usines de dessalement utilisent cette technique en Espagne. Définition de la distillation: Ce procédé consiste à mettre sous forme de vapeur l’eau de mer, en la portant à ébullition, pour pouvoir séparer l’eau pure du sel et des autres composants qui pourraient empêcher l’eau d’être potable. C’est le premier procédé qui a été mis en œuvre dans les sines de dessalement et est encore utilisé de nos jours.
L’Origine: Cette technique provient de l’Antiqulté avec les Grecs au IVème siècle avant J-C qui avaient déjà essayé de dessaler Peau de mer grâce au procédé décrit par Aristote. Ce n’est qu’au XIXème siècle qu’apparut le premier procédé industriel capable de distiller de l’eau de mer. L’Espagne con oitsa r qu’apparut le premier procédé industriel capable de distiller de l’eau de mer. L’Espagne conçoit sa première usine de dessalement par distillation en 1964 aux Canaries. Figure 9 : Photographie d’une usine de distillation à Barcelone.
La distillation de l’eau de mer est une ébullition suivie d’une liquéfaction. Ce procédé repose donc sur un changement de phase : La solution d’eau de mer est introduite dans le ballon chauffé. A partir de l’ébullition, celle-ci se transforme en vapeur et remonte dans la colonne d’air. Les molécules d’eau se vaporisent, se séparant ainsi des ions chlorure Cl- et sodium Na+. L’eau circule ensuite dans un tube réfrigérant pour repasser à l’état liquide et tombe sous la forme de gouttelettes dans le bécher, formant ainsi un distillat d’eau pure.
Ainsi grâce à ce procédé, l’eau est éparée du sel et des autres microbes qui sont restés dans la solution initiale. Figure 10: Schema representant la technique de distilation. La majorité des procédés de distillation actuellement en fonctionnement dans les usines de dessalement en Espagne et dans le monde sont des procédés dits à « multiples effets Cette technique permet d’économiser de l’énergie nécessaire à la vaporisation et à la condensation de l’eau et se présente comme la version « moderne » de la distillation à simple effet utilisée depuis des siècles.
La vapeur d’eau issue d’une première évaporation, permise râce à une chaudière, joue le rôle de « fluide de chauffage » pour une deuxième évaporatio ite jusqu’à la dernière dernière chambre où la vapeur d’eau est liquéfiée par un condensateur traversé par un fluide réfrigérant. L’eau distillée est récupérée tandis que la saumure est rejetée. Figure 1 1: Schéma représentant la distillation a multiple effets.
Alain Maurel résume ce principe dans son livre Dessalement de l’eau de mer et des eaux saumâtres : « on utilise la chaleur de condensation de la vapeur produite dans une première chambre d’évaporation pour faire fonctionner le faisceau de chauffage ‘une seconde chambre, à pression et à température plus faibles et ainsi de suite. » Ainsi l’énergie à fournir à cette installation se réduit à l’énergie nécessaire pour déclencher la vaporisation de l’eau de mer dans le 1er effet.
Les avantages • L’avantage de ce chauffage à haute température est l’élimination de toutes les impuretés et microbes de la solution d’eau de mer. L’avantage est qu’à une température de plus de 1000C, tous les microbes sont éradiqués. Les inconvénients Le principal inconvénient reste le prix de ce procédé qui est assez cher. En effet, cette technique utilise énormément d’énergie pour chauffer l’eau, avec du gaz ou du pétrole, puis la refroidir.
Le prix de l’eau augmente alors d’IE par m3 d’eau. Le procédé n’est pas très écologique puisqu’il rejette beaucoup plus de C02, gaz à effet de serre, que les autres techniques de dessalement. Les centrales thermiques reliées aux usines de dessalement par distillation utilisent des énergies fossiles traditionnelles. L’inconvénient majeur des procédés de distillation est leur consommation énergétique importante liée à la chaleur latente de vaporisation de [‘eau. Ce procédé est réellement renta
