Dessalement d'eau de mer
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Le dessalement de l'eau de mer
Le dessalement, nouvelle source … d’enrichissement
- 70% de la surface de la Terre sont couverts d’océans. Près du quart de la population mondiale vit à moins de 25kms des côtes.
- L’eau de mer contient en général de 33 à 37 grammes de solutés par litre. Pour en faire de l’eau potable, il faut en retirer 99% de l’eau.
- En juillet 2008, on comptait plus de 25 projets d’usines de dessalement en Californie qui viserait un total de 200 usines dont une unité géante de 300 millions $ près de San Diego.
- Il coûtait 1,50 $ pour dessaler un litre d’eau de mer vers 1990 et 50 cents en 2003.
- Les meilleures usines consomment 3,7 kW/h pour produire 1 m3 d’eau potable, comme celle de Perth en Australie qui est équipée du système d’Energy recovery. L’usine de Djeddah en Arabie Saoudite, entré en service en 1980 consommait 8 kW/h pour chaque m3 d’eau traité.
Planetoscope : la production d'eau de dessalement dans le monde
La production mondiale d'eau dessalée s'élève actuellement à 47 millions de mètres cubes par jour, soit 0,45 % de la consommation d'eau douce journalière sur notre planète. Elle est en pleine croissance, de l'ordre de 10 % par an [1] . Sur ce total, 58 % - soit 25 millions de mètres cubes d'eau potable - sont dessalés quotidiennement à partir de l'eau de mer, le reste venant d'eaux saumâtres * issues entre autres du recyclage. Le Moyen-Orient, principal producteur au monde, en fournit à lui seul près de la moitié avec une capacité cumulée de quelque 11 millions de mètres cubes par jour. Cette situation est en pleine évolution. Car, longtemps cantonnées aux richissimes pays du golfe Persique, les usines colonisent désormais d'autres zones côtières, de la Californie à l'Espagne, des Caraïbes au Sud-Est asiatique.
Il y a plus de 10 000 usines de dessalement dans le monde, elles produisent environ 35 millions de m3 d’eau par jour, et le secteur de dessalement est en pleine expansion. Notamment dans les pays du Moyen-Orient, ou encore en Australie, Espagne, Inde, Chine, Etats-Unis, etc
- Mi-2008, selon l’Association internationale du dessalement, il y a 13080 usines de dessalement en activité dans le monde. Une grosse moitié est située au Moyen Orient. Leur capacité de traitement totale est de 55,6 millions de m3 d’eau potable par jour, soit 0,5% de la consommation mondiale.
- Mi-2008, les usines de dessalement existantes produisent 19 millions de m3 de déchets chaque jour. Ce volume devrait tripler d’ici 2015.
L'impact environnemental du dessalement de l'eau de mer
- Le dessalement de l'eau de mer à grande échelle consomme beaucoup d’énergie tirée de l'eau de mer : La technique de distillation est par exemple très coûteuse en énergie et les usines sont donc préférentiellement implantées dans les pays producteurs de pétrole et de gaz. Pour produire un mètrecube d'eau, il faut pporter de 700 à 100 kWh thermique , selon procédé de distillation utilisé (simple effet, multiflash…)
En matière de dessalement de l'eau de mer, le système Aquastill de la société française TMW ne consommerait que 0,5 à 1 kWh pour produire 1 m3 d'eau douce, contre 3 à 7 kWh pour l'approche concurrente par osmose inverse. Or l'osmose inverse occupe 90% du marché des installations de capacités inférieures à 1.000 m3 par jour.
Le dessalement de l'eau de mer constitue une menace potentielle pour l'environnement et pourrait également aggraver le changement climatique, selon un rapport de la WWF (Organisation mondiale de protection de l’environnement) [] Dickie, P. (2007). Production d’eau : le dessalement : option ou distraction pour un monde assoiffé ? Glande, Suisse, WWF. Fichier [PDF][4.89 MB] http:/ /www2.irc.nl/source/lgfr/item.php/73471].
Les impacts du dessalement sont, entre autres :
- l’exploitation de l’eau de mer,
- la pollution des eaux côtières : Quel que soit le procédé utilisé, toutes les usines de dessalement produisent d'importantes quantités de saumure. Mais les unités d'osmose inverse sont beaucoup plus neutres que les unités de distillation, de ce point de vue. D'une part, la température du concentré évacué par ces usines n'augmente pas par rapport à celle de l'eau de mer alors qu'elle est de 5 °C à 15 °C supérieure dans le cas des unités de distillation. D'autre part, pour chaque mètre cube d'eau potable produite, elles rejettent 1 mètre cube de saumure, alors que les unités de distillation en rejettent 9 mètres cubes. La saumure est deux fois plus concentrée en sel que l'eau de mer avec l'osmose inverse, et seulement 10 % à 15 % avec la distillation. Mais dans les deux cas, elle contient des résidus chimiques, des sous-produits de réactions et des particules métalliques issues de la corrosion. Les usines de dessalement doivent en effet subir des opérations de prétraitement et de nettoyage chimiques afin d'éviter les biosalissures, la formation de tartre, et autres nuisances. En conséquence, les installations peuvent avoir des effets néfastes sur le milieu marin, surtout si elles déversent la saumure dans des écosystèmes fragiles.
- le rejet de saumures : Pour chaque unité d’eau dessalée, une unité équivalente de saumure acide est rejetée dans la mer.Mi-2008, les usines de dessalement existantes produisent 19 millions de m3 de rejets acides chaque jour, soit près de 7 milliards de m3 de rejets acides chaque année. Ce volume devrait tripler d'ici 2015; Or, les océans sont déjà 30% plus acides qu'au début de la révolution industrielle il y a environ 200 ans. A la fin du siècle l'augmentation de l'acidité océanique pourrait atteindre 150%.
Planetoscope : Mètres cubes de déchets émis par les usines de dessalement
- de plus grandes émissions de gaz à effet de serre : les usines de dessalement sont essentiellement alimentées par des énergies fossiles. Or, les combustibles fossiles - et partant, le dessalement - présentent pour l'environnement l'inconvénient d'émettre des polluants atmosphériques, notamment du dioxyde de carbone (CO2), des oxydes de soufre et d'azote et des particules solides. Les émissions autres que celles de CO2 dépendent du type de centrale électrique alimentant les usines et sont donc difficiles à quantifier globalement, mais celles de CO2, déterminées par la teneur en carbone du combustible, peuvent en revanche être estimées avec une certaine précision. Le système de production espagnol rejetterait ainsi 680 grammes de CO2 par mètre cube d'eau dessalée. Une capacité de 2,7 millions de mètres cubes par jour se traduirait donc par l'émission dans l'atmosphère de 5 476 tonnes de CO2 par jour, ce qui accroîtrait de 0,6 % les émissions de CO2 de l'Espagne, par rapport à leur niveau de 2004 (326 millions de tonnes). Cette contribution à l'effet de serre est loin d'être négligeable dans le contexte actuel de lutte contre le réchauffement climatique. (source : La recherche)
- la destruction des côtes.
- la consommation énergétique : le coût énergétique du dessalement doit être comparé aux autres dépenses énergétiques, pour mieux évaluer son importance. Prenons un exemple. Une usine à osmose inverse de petite taille produit environ 25 000 mètres cubes par jour d'eau douce. Pour cela, elle consomme 100 000 kilowattheures par jour. Si on considère que la dépense quotidienne en eau s'élève en moyenne à 130 litres par personne, une telle usine pourra alimenter en eau 48 000 foyers de quatre personnes par jour. Pour cela, elle dépensera l'équivalent de la consommation électrique journalière de 8 100 foyers de quatre personnes. Dans les communautés où l'usine est l'unique source de fourniture d'eau douce, le dessalement peut ainsi accroître la demande énergétique dans des proportions allant jusqu'à 15 %. Comme les méthodes conventionnelles de traitement et de distribution d'eau consomment également de l'énergie, il faut aussi mettre en regard la consommation énergétique due au dessalement avec celle due aux autres solutions de production d'eau. On estime par exemple que, pour une capacité cumulée de 1,7 million de mètres cubes par jour, les usines de dessalement actuellement à l'étude en Californie augmenteraient la dépense énergétique nécessaire à la production d'eau potable de 5 % par rapport à son niveau de 2001 Or cette année-là, le coût énergétique nécessaire pour produire l'ensemble de la consommation d'eau de l'État représentait déjà 19 % de la dépense énergétique totale de la Californie.
Autre exemple, l'Espagne. La péninsule Ibérique prévoit de presque tripler la capacité de ses usines de dessalement sur la côte méditerranéenne, dans le cadre de son programme « Agua » : la capacité totale passera de 1,1 million de mètres cubes par jour en 2005 à plus de 2,7 millions de mètres cubes par jour en 2010. La production du volume total d'eau dessalée en 2010 générera une dépense énergétique de quelque 4 000 gigawattheures, ce qui, comparé à 2004, représente 1,4 % de la dépense énergétique globale de l'Espagne cette année-là, 280 térawattheures. À l'échelle régionale espagnole, la part due au dessalement dans la consommation énergétique totale est parfois déjà beaucoup plus lourde : ainsi aux îles Canaries, les eaux dessalées représentent 14 % de l'ensemble de la dépense énergétique [6] , et en Andalousie, l'usine à osmose inverse de Carboneras sur la côte méditerranéenne, qui fournit 120 000 mètres cubes par jour, consomme près d'un tiers de l'énergie électrique de la province
- De plus en plus de recherches récentes montrent que le réchauffement climatique augmente l’acidité des océans de manière exponentielle.
- Les océans, qui absorbent chaque jour 25 millions de tonnes de dioxyde de carbone, sont déjà 30% plus acides qu’au début de la révolution industrielle il y a environ 200 ans. A la fin du siècle l’augmentation de l’acidité océanique pourrait atteindre 150%.
>> Alors que les grandes stations de dessalement deviennent “les nouveaux barrages” l'attention risque d’être détournée par rapport aux solutions alternatives, moins coûteuses et respectueuses de l’environnement, notamment la conservation de l'eau, l’amélioration de son utilisation efficace et son recyclage
Utiliser des énergies renouvelables pour le dessalement
- L'Australie a déjà pris la mesure du problème : dans tous les grands projets de dessalement du pays, les autorités encouragent vivement les exploitants à utiliser des énergies renouvelables. Un champ d'éoliennes de 82 mégawatts a par exemple été construit pour compenser les émissions de CO2 de l'usine à osmose inverse de Perth (140 000 mètres cubes par jour). Cette installation fournira plus de 270 gigawattheures par an au réseau électrique, alors que l'usine consommera 185 gigawattheures par an.
- En Californie, la commission d'aménagement des côtes a récemment délivré une autorisation d'exploitation à l'usine à osmose inverse de Carlsbad (200 000 mètres cubes par jour), à condition que l'entreprise consacre 5 millions de dollars (6,5 millions d'euros) par an à des projets environnementaux pour compenser ses émissions de gaz à effet de serre.
Le dessalement de l'eau de mer en Méditerranée
Image La Recherche
Le dessalement de l'eau de mer à Gaza et en Israël
Lancée dans la recherche de financements pour son projet d'installation de dessalement de l'eau de mer, l'Autorité palestinienne de l'eau (Palestinian water authority - PWA) a émis un appel aux dons à l'occasion du Forum mondial de l'eau qui se déroule à Marseille du 12 au 17 mars 2012.
D'un coût de 350 M€, cette usine d'une capacité de 100 millions de m3 destinée à fournir de l'eau potable à 1,6 million d'habitants de Gaza d'ici à 2020, en agissant sur la nappe phréatique trop salée, sera couplée à une refonte du système d'adduction et de distribution de l'eau potable.
A Ashkekon, a 10 km de la bande de Gaza, en Israel, la societe francaise Veolia a construit une usine de dessalement qui produit 350 000 m3 par jour, soit 110 millions m3 par an. Dubaï, une des villes les plus polluantes du monde, dispose d'eau à profusion, de l'eau rendue potable par d'immenses unités de dessalement fonctionnant au pétrole et au gaz, avec déjà une capacité de 1,26 milliards de litres par jour
Le dessalement de l'eau de mer en Chine
- Depuis octobre 2010, la Chine a construit 65 unités de dessalement d'eau de mer, avec une capacité cumulée journalière de plus de 600 000 mètres cubes, selon le rapport du Centre d'Etat d'ingénierie et de technologie de séparation membranaire. Un plan national fixe l'objectif journalier des 2 millions de mètres cubes d'ici 2015.
En mars 2011, le Centre de développement des technologies de traitement d'eau de Hangzhou, une filiale de la China National Chemical Corp (ChemChina), a débuté les travaux de la base de dessalement d'eau de mer dans la zone de développement économique de Qianjiang. Le coût total est estimé à 650 millions de yuans (environ 70 millions €) pour 2 ans de travaux.
Une fois achevée, la base permettra de dessaler 700 000 m3 jour d'eau de mer par des technologies d'osmose inverse, de nano-filtration et de membranes ultra-filtrantes. ChemChina affirme que le centre a déjà réalisé au moins 40 projets de dessalement d'eau de mer avec une capacité de 300 000 mètres cubes et a également fourni du matériel de dessalement d'eau de mer à des états insulaires comme Malte et Kiribati.
Le dessalement de l'eau de mer à Dubaï
Les méthodes de dessalement
Le dessalement par multiflash
- La méthode de dessalement le plus répandu est la distillation multiflash : l'eau est chauffée, puis pompée dans des réservoirs où elle se vaporise brutalement (d'où le nom de "flash"). Après plusieurs vaporisations successives, la vapeur condensée devient de l'eau pure.
Le procédé de dessalement thermique repose donc sur la distillation. Il consiste à chauffer l'eau de mer pour produire une vapeur d'eau pure que l'on condense ensuite sur des faisceaux de tubes refroidis afin d'obtenir de l'eau douce. Il est mis en oeuvre via deux techniques, le MSF (pour Multi-Stage Flash distillation, distillation flash par détentes successives), qui date des années 1960, ou le MED (pour Multi-Effect Distillation, distillation à effets multiples), plus récent. Bien qu'éprouvé, ce type de procédé n'en demeure pas moins très gourmand en énergie : pour produire 1 mètre cube d'eau, une usine MSF consomme 15,5 kilowattheures (kWh) et une unité MED 7,5 kWh. Plus des trois quarts de cette énergie servant à préchauffer l'eau de mer, on installe les unités à distillation à côté de centrales thermiques afin d'en récupérer la chaleur.
Le prix du dessalement par distillation flash : de 0,65 à 1,80 euro
Le dessalement par réfrigération
- La réfrigération est une méthode fondée sur la différence entre les points de congélation de l'eau douce et de l'eau salée. Les cristaux de glace sont séparés de la saumure, lavés du sel, puis fondus.
Le dessalement par osmose inverse
- Dans le procédé appelé osmose inverse, la pression permet de faire passer l'eau douce à travers une fine membrane qui ne laisse pas passer les minéraux (le sel).
Le dessalement par osmose inverse utilise donc des membranes synthétiques semi-perméables, qui laissent passer l'eau et retiennent le sel. Pour filtrer l'eau de mer à travers la membrane, on applique une pression externe supérieure à la pression osmotique* du système. Les installations modernes récupèrent l'énergie hydraulique issue du déversement du concentré à haute pression à travers des turbines ou des échangeurs de chaleur, ce qui réduit aujourd'hui la consommation totale d'une usine à 4 à 5,5 kWh par mètre cube d'eau produite.
Le prix du dessalement par osmose inverse 0,4 à 0,80 euro le mètre cube pour l'osmose inverse
Le dessalement par électrodialyse
L'électrodialyse est utilisée pour les eaux saumâtre. Le sel se dissout dans l'eau en ions négatifs (-) et en ions positifs (+), qui sont mis en mouvement par un courant électrique à travers des membranes anionique (-) et cationique (+), ce qui diminue la quantité de sel dans l'eau.
Sur le dessalement d'eau de mer
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