Dessalement

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Le dessalement de l'eau (également appelé dessalage ou désalinisation) est un processus qui permet d'obtenir de l'eau douce (potable ou, plus rarement en raison du coût, utilisable pour l'irrigation) à partir d'une eau saumâtre ou salée (eau de mer notamment). En dépit du nom, il s'agit rarement de retirer les sels de l'eau, mais plutôt, à l'inverse, d'extraire de l'eau douce.

Très généralement, il est plus simple et plus économique de rechercher des sources d'eau douce à traiter (eaux de surface, telles que lac et rivière, ou eau souterraine), que de dessaler l'eau de mer. Cependant, dans de nombreuses régions du monde, les sources d'eau douce sont inexistantes ou deviennent insuffisantes au regard de la croissance démographique ou de la production industrielle.

D'autre part, il est souvent rentable de combiner la production d'eau douce avec une autre activité (notamment la production d'énergie, car la vapeur disponible à la sortie des turbines, et perdue dans une usine classique, est réutilisable dans une station de dessalement dite thermique ou fonctionnant sur le principe de l'évaporation).

L'eau de mer est salée à peu près à 35 g.l−1 en général. Dans des régions comme le Golfe Persique, la salinité atteint 42 g.l−1. Pour séparer le sel, il faut, d'un point de vue purement théorique et sans perte d'énergie (dessalement isentropique), environ 563 Wh.m−3[1].

Les systèmes de dessalement se caractérisent par leur rendement et le taux de sel résiduel.

Différents systèmes de dessalement[modifier | modifier le code]

Les systèmes utilisés sont :

  • Osmose inverse : cette technique « membranaire » repose sur une ultrafiltration sous pression au travers de membranes dont les pores sont des 'trous' si petits que même les sels sont retenus. Cette technique, en plein essor (coût énergétique moyen (≈ 4-5 kWh/m3)[2]) est un système éprouvé ayant montré sa fiabilité.
  • Distillation
    • La distillation à effet simple (DES):La distillation est le plus vieux procédé de dessalement. Cette technique provient de l’antiquité, des marins grecs qui l’utilisaient déjà au IIIe siècle av. J.-C. à bord de leurs bateaux, et ce grâce au procédé décrit par Aristote. Ce n’est qu’au XIXe siècle qu’apparut le premier procédé industriel capable de distiller l’eau de mer[3].
    • Dessalement:multi flash (MSF) : Ce procédé dit flash consiste à maintenir l’eau sous pression pendant toute la durée du chauffage. Lorsqu’elle atteint une température élevée, elle est introduite dans une enceinte (ou étage) où règne une pression réduite. Il en résulte une vaporisation instantanée par détente appelée flash. Le phénomène de flash est reproduit ensuite dans un deuxième étage où règne une pression encore plus réduite. La vaporisation de l’eau est ainsi réalisée par détentes successives dans une série d’étages où règnent des pressions de plus en plus réduites[3]. En effet, l'eau d’alimentation circule d'abord dans les tubes des condenseurs des différents étages en commençant d'abord par le dernier étage où la température est la plus faible, est alors préchauffée en récupérant la chaleur de condensation de la vapeur d'eau. Elle est finalement portée à une température maximale grâce à la vapeur produite par une chaudière ou d'une centrale de production d'électricité. Ainsi la MSF fonctionne selon le principe suivant : les tuyaux de condensation en serpentin passant par chaque compartiment ont deux fonctions, condenser la vapeur obtenue grâce à la différence de pression et préchauffer l'eau d’alimentation contenue dans ces tuyaux (grâce à cette même vapeur)[4] .
    • Distillation multi-effets : ce système fournit une eau très pure ; coût énergétique élevé (≈ 15 kWh/m3).
    • Flash multi-étages, ou système flash : il est utilisé dans les pays du Golfe, fournissant une eau dont le taux de sel résiduel est non négligeable ; coût énergétique élevé (≈ 10 kWh/m3).
    • Compression de vapeur : il fournit une eau pure ; coût énergétique variable en fonction de l'unité (entre 8 et 25 kWh/m3)[5].
    • Distillation par dépression : ce système est basé sur le fait que la température d'évaporation dépend de la pression. Il fournit une eau très pure ; coût énergétique faible (≈ 2 à 3 kWh/m3). Il est utilisé pour de petites unités.
    • Distillation par four solaire : le four solaire concentre en une zone restreinte les rayons du soleil, grâce à un miroir parabolique, pour porter à haute température l’élément qui contient l’eau destinée à être évaporée.
  • Électrodialyse : on applique un courant électrique qui fait migrer les ions vers les électrodes. Système très rentable pour les faibles concentrations, l'énergie à mettre en jeu dépend de la concentration en sel.
  • Condensation sur une surface ayant une température inférieure au point de rosée. Fournit une eau pure ; coût énergétique zéro avec un système passif[6] ou faible avec un système actif[7]. Il est utilisé pour de petites unités.

Une classe importante de centrales thermiques est associée aux installations de dessalement; Celles-ci se trouvent généralement dans les pays arides disposant d'une importante réserve de gaz naturel. Dans ces usines, la production d'eau douce et l'électricité sont des coproduits tout aussi importants.

Dans tous les cas, le dessalement produit une saumure dont il faut se débarrasser, ce qui n'est pas un problème en bord de mer là où le courant est important, mais peut l'être à l'intérieur des terres, et dans certains écosystèmes comme les lagons, baies, lagunes, mangroves.

  • Unités mobiles de dessalinisation : La ville de Yokohama au Japon a présenté en juin 2009 un camion équipé d'un dispositif à membrane à osmose inverse, capable de dessaler de l'eau de mer ou de rendre potable de l'eau douce issue d'une rivière ou d'un lac. L'eau douce est épurée 15 fois plus vite qu'avec l'ozone, par des microbes (les mêmes que ceux qui produisent le nattô ; haricots fermentés très appréciés au Japon). Un traitement au chlore et à l'ozone conclut le processus. L'énergie nécessaire au dessalement est entièrement fournie par une petite éolienne et des panneaux solaires qui alimentent aussi des batteries permettant une autonomie de 24 heures. 3 litres d'eau de mer fournissent un litre potable. Le camion peut fournir de l'eau à 3 500 personnes par jour. La saumure peut être utilisée pour la thalassothérapie ou des usages alimentaires[8],[9].

Économie du dessalement[modifier | modifier le code]

Le dessalement de l'eau de mer est un enjeu important pour l'avenir des régions arides. Moyennant un coût de production pouvant descendre à environ 0,5 dollar par mètre cube pour les projets récents (par osmose inverse et toutes charges comprises : coût d'exploitation, amortissement de l'installation, bénéfice de l'opérateur[2],[10]...), il est possible de résoudre les problèmes de manque d'eau potable dans de nombreux pays. Dans le cas d'une utilisation pour la consommation humaine, le dessalement d'eau de mer est une technique aujourd'hui fiable et moins onéreuse que la technique dite de recyclage des eaux usées. Il devient même rentable dans des pays développés ne manquant généralement pas d'eau, dans certaines situations spécifiques (par exemple des îles touristiques).

De ce fait, cette activité est en très forte croissance. La capacité installée chaque année augmente en moyenne de plus de 10 % par an. Les techniques dites thermiques (par évaporation) représentaient il y a encore quelques années la principale technique employée, mais l'osmose inverse, du fait d'une fiabilité accrue et de sa faible consommation électrique (4 à 5 kWh/m3), permet des coûts très bas, ce qui lui donne aujourd'hui 50 % de la part de marché.

En 2015, il suffit de 2 kilowattheures pour fabriquer un mètre cube d'eau douce contre 12 kWh il y a quarante ans[11]. Selon Jean-Louis Chaussade, directeur général de Suez, « en quinze ans, le coût du dessalement a été divisé par dix et nous pouvons encore réduire la facture énergétique de cette technique »[12].

En revanche, le dessalement pour l'agriculture vivrière n'est pas encore rentable[13], et de loin : le prix de l'eau utilisée excède de beaucoup la valeur des productions agricoles qu'elle rendrait possible. Par exemple la production d'une tonne de blé, valant environ 100 , nécessite environ 1 000 m2 de terrain arrosés par environ 500 mm de pluie, soit 500 m3 d'eau, dont le coût n'est pas moins de 250 dollars dans le meilleur des cas[réf. nécessaire] . Cependant certaines cultures à très haute valeur ajoutée peuvent supporter de tels coûts[13].

Des projets pharaoniques ont été proposés pour dessaler de l'eau, notamment avec des centrales nucléaires, pour faire de l'agriculture.

Une autre voie vers un dessalement moins coûteux consiste à dessaler de la glace de mer ; en effet, la salinité de la glace de mer est comprise entre 0,4 % et 0,8 %, bien en dessous de celle des eaux de mer, qui se situe entre 2,8 % et 3,1 % ; son dessalement demande beaucoup moins d'énergie. Une société chinoise, la Beijing Huahaideyuan Technology Co. Ltd., commencera bientôt la production d'une grande quantité d'eau douce par désalinisation de glace de mer, grâce à un accord de transfert de technologie signé avec l'Université de Beijing en janvier 2014 ; la société devrait être capable de produire au moins un milliard de mètres cubes d'eau douce par an d'ici 2023 ; le coût de la désalinisation devrait baisser à 4 yuans par tonne (0,48 €/tonne)[14].

Les inconvénients du dessalement[modifier | modifier le code]

  • Coût énergétique élevé.
  • Augmentation de l'empreinte carbone lorsque l'énergie utilisée provient des combustibles fossiles ; pour y remédier, des projets pilotes de désalinisation à base d'énergies renouvelables sont menés par quatre groupes industriels, dont les français Veolia et Suez Environnement, dans la région d'Abu Dhabi, sous la houlette de l'Institut de la ville durable de Masdar ; l'émirat a un projet d'usine durable de dessalement de 150 000 m3/jour ; en Arabie saoudite, l'espagnol Abengoa va codévelopper une usine solaire de 60 000 m3/jour pour approvisionner la ville d'Al Khafji ; les deux pays comptent aussi sur le nucléaire[11].
  • Rejet des saumures concentrées au double de la salinité naturelle en mer ou injectées dans le sol ; ainsi, les rejets de « brine », effluents très chargés en sel, dans la mer d'Arabie ont fait exploser le taux de salinité de ses eaux ; dans certaines zones, les fonds marins sont devenus des déserts[11].
  • Rejet d'eaux chaudes en mer dans le cas de la distillation.
  • Emploi de produits chimiques pour nettoyer les membranes (chlore).
  • Traces de cuivre échappées des installations ; corrosion chimique des installations de tuyauteries.
  • Aucune législation spécifique concernant la potabilité de l’eau issue de ces traitements.
  • Le captage de l'eau en mer peut modifier les flux maritimes.
  • Risque de dégâts en fonds marins au niveau de la faune et de la flore.

Coût énergétique[modifier | modifier le code]

Les sources non conventionnelles en eau que sont le dessalement et la réutilisation de l’eau, pour les pays qui ont des ressources en eau douce limitées, contribuent à réduire l’écart entre prélèvements d’eau douce et approvisionnement durable, mais dans l'approche « connexion eau-énergie » ils contribuent également à l’augmentation de la demande énergétique du secteur de l’eau. Bien que le dessalement et la réutilisation de l'eau atteignent moins de 1 % des besoins mondiaux en eau, ces processus représentent près du quart de la consommation totale d'énergie dans le secteur de l'eau. En 2040, les deux sources devraient représenter 4 % de l’approvisionnement en eau, mais 60 % de la consommation d’énergie du secteur de l’eau. La capacité de dessalement devrait augmenter de manière significative au Moyen-Orient, et en 2040, le dessalement devrait représenter plus de 10 % de la consommation finale totale d’énergie du Moyen-Orient[15].

Diffusion[modifier | modifier le code]

Beaucoup de régions et pays qui n'ont pas ou peu de ressources en eau douce et qui sont situés dans les zones côtières dépendent totalement ou partiellement de ces technologies pour leur eau potable. En 2008, 13 869 Usines de dessalement étaient construites dans le monde, principalement positionnées sur le pourtour de la méditerranée, autour du golfe persique et de la péninsule arabique, sur les côtes de l'Inde, des Sud-États-Unis, de la Chine, de l'Australie et du Japon, pour un total prélevé de 52 millions de m³ par jour[16]. La péninsule arabique (dessalement par distillation) compte pour plus du tiers des prélèvements, 13% vont aux États-Unis et 8% à l'Espagne[17].

L'Arabie saoudite(Premier producteur au monde, usine de Jubail), les Émirats arabes unis (14 % de la production mondiale, au 2e rang derrière l'Arabie Saoudite, usine de Jebel Ali, la plus grande du monde avec une capacité de l'ordre de 900 000 m3/jour, usine de Fujaïrah, l'osmose inverse assure 20 % de leur production) , etc. disposent ont d'importantes ressources en combustibles fossile. En 2015, au Qatar 99 % de l'eau consommée provient du dessalement[11].

Si l'Arabie saoudite utilise majoritairement le procédé de vaporisation, les autres pays ont davantage développé l'osmose inverse :

Nord de l'Afrique[modifier | modifier le code]

L'Algérie a construit 13 usines de dessalement en 2011 un peu partout sur son territoire et projette de construire 43 usines pour 2019, dont la plus grande usine de dessalement d'eau de mer au monde (utilisant la méthode de l'osmose inverse) à El-Magtaâ (inaugurée le 10 novembre 2014) dans la wilaya d'Oran. D'une capacité de 268 000 m3/jour prévue en février 2015, qui atteindra 500 000 m3/jour à l'horizon 2017[18]. L'objectif national à atteindre était de 2 300 000 m3/jour en 2011[19].

L'usine a été construite par le groupe singapourien Hyflux pour le compte de l'Algerian Energy Company (AEC), filiale de Sonatrach et Sonelgaz. [20],[21].

Arabie Saoudite[modifier | modifier le code]

La compagnie publique Saline Water Conversion Corporation (SWCC), créée en 1974 par le gouvernement d'Arabie Saoudite, produit 4 600 000 m3/jour grâce à ses 28 usines de dessalement, soit 69 % de la production du royaume, qui lui-même assure 22 % de la production mondiale d'eau par dessalement en 2015[22].

Oman[modifier | modifier le code]

Après la mise en service en juin 2018 de l'usine Barka 4, la plus grande usine de dessalement d'eau de mer du Sultanat d'Oman (281 000 m3/jour), 14 usines de dessalement sont opérationnelles ou en construction dans le Sultanat et des appels d'offres seront lancés en 2019 pour trois usines de 600 000 m3/jour au total[23].

Australie[modifier | modifier le code]

Amérique du Nord[modifier | modifier le code]

Les États-Unis sont placés en deuxième position derrière le Moyen-Orient pour le filtrage d’eaux saumâtres[24]. Une usine de dessalement de l'eau de mer a été construite en 1993 dans la baie de Tampa, en Floride, pour pallier le manque d'eau[25]. Une usine de 200 000 m3/jour à osmose inverse est en construction à Carlsbad au nord de San Diego en Californie pour assurer 7 % des besoins du comté à partir de 2016, à un coût de 1,1 $/m³ (80 c€/m³) contre 0,60 $/m³ (43 c€/m³) pour l'eau provenant du Colorado ; 17 projets d'usines de dessalement sont en cours tout au long de la côte californienne[26].

Suez a remporté en septembre 2016 un contrat pour la construction et l'exploitation pendant 37 ans d'une usine de dessalement à Playas de Rosarito, dans l'État de Basse Californie ; sa capacité devrait atteindre 190 000 m3 d'eau potable par jour en 2020, puis, à l'issue d'une seconde phase de travaux, 380 000 m3 en 2024, ce qui en fera la plus grande usine de dessalement d'eau de mer du continent américain[27].

Europe[modifier | modifier le code]

En Europe, la plus grande usine de dessalement est située en Espagne, à El Prat de Llobregat, près de Barcelone. Elle a ouvert en août 2009. Elle produit 60 millions de mètres cubes par an. Elle alimente près de 4,5 millions de personnes en eau potable[28].

À Malte, en 2017, sur les 33 250 732 m3 d'eau potable distribués, 18 890 081 m3 ont été produits par dessalinisation dans quatre usines de traitement, ce qui constitue 57% de la production d'eau potable de Malte. Le dessalement se fait dans quatre usines par l'a technique d'osmose inverse. La consommation énergétique est estimée à 4,76 kwhr/m3 (En 2016, 4,85 kwhr/m3. Le cout de production oscille entre 0,3 et 0,7 Euro/m³[29].

Israël[modifier | modifier le code]

À la suite de la création en 2007 d'une puissante Autorité de l'eau, Israël s'est lancé dans un important programme de construction de cinq usines de dessalement par osmose inverse qui doivent alimenter, d'ici la fin 2015, 70 % de la consommation des ménages en Israël, qui a parallèlement été abaissée de 20 % en une décennie[30]. Israël est ainsi devenu le leader mondial du dessalement[31], la moitié de la consommation des ménages, de l'agriculture et de l'industrie étant déjà couverte, en mai 2015, par de l'eau produite artificiellement (dessalement et recyclage)[32].

Israël : usines d’Ashkelon, Palmachim, Hadera, Sorek, puis Ashdod fin 2015 ; en 2016, 75 % de l'eau potable d'Israël devrait venir du dessalement de l'eau de mer, selon l'entreprise publique de l'eau Mekorot, contre 30 % en 2010. Sorek, la plus grande usine du monde de dessalement d'eau de mer, à elle seule, en produit 20 % ; elle produit 624 000 m3/jour depuis 2013[33] ;

L'usine d'Ashkelon[10], en Israël, produit 320 000 m3/jour, soit, pour une estimation de consommation de 250 litres par habitant par jour, les besoins en eau potable de plus d'un million de personnes. Ce pays poursuit un objectif d’accroissement de la quantité d’eau potable produite par dessalement de 25 % par an, soit 57 millions de mètres cubes supplémentaires, afin de passer le cap des 300 millions de m3 d’eau potable dessalée d’ici à la fin 2010[34].

Koweit[modifier | modifier le code]

Article connexe : Ressources en eau du Koweït.

L'histoire du dessalement au Koweït remonte à 1951, date à laquelle la première usine de distillation a été mise en service. En 2001, la capacité de dessalement était de 1,65 million de m3/j, dont 1,47 million de m3/j étaient fourni par distillation éclair multi-étage (Multi-stage flash distillation (en) – MSF) et 0,17 million de m3/j par osmose inverse[35].

Recherche et développement, prospective[modifier | modifier le code]

Membranes de type Turing : Des structures de Turing apparaissent à échelle nanométrique quand des déséquilibres de vitesses de diffusion rendent un système stable ou quasi stationnaire sensible à des perturbations très faibles et hétérogènes, lors de certaines réactions chimiques par exemple quand un inhibiteur à déplacement rapide contrôle le mouvement d'un activateur à mouvement plus lent[36]. En 2018 Tan et al. ont proposé un nouveau type de membranes de polyamide, construite par polymérisation interfaciale (mode de polymérisation où les réactions se produisent au niveau d'une interface huile-eau)[36] ; l'ajout d'alcool polyvinylique à la phase aqueuse a diminué la diffusion du monomère, en générant des membranes plus complexes (avec plus de bosses, de vides et d'îlots) ; En contrôlant les conditions de réaction à l'interface, on a pu expérimentalement créer des « membranes à structure de bulles ou de tubes » hautement perméable à l'eau, mais non au sel.. qui se sont avérées plus performantes pour la dessalinisation que toutes les membranes existant sur le marché.
C'est l'une des nouvelles applications possibles des structures de Turing, dont on espère d'autres applications en chimie et biologie[36].

Références[modifier | modifier le code]

  1. Dessalement isentropique (à coût énergétique minimal) de l'eau de mer
  2. a et b (en) Black & Veatch-Designed Desalination Plant Wins Global Water Distinction
  3. a et b doc sur techniques-ingenieur.fr.
  4. la distillation sur dessalement.wordpress.com
  5. SUEZ International SAS, « désodorisation - évaporateur d’eau de mer, compression mécanique de vapeur (CMV) », Suez,‎ (lire en ligne)
  6. « Histoire Eau Hyères - Puits aérien de Trans en Provence - Condensation de l'eau », sur www.histoire-eau-hyeres.fr (consulté le 10 novembre 2015)
  7. Airwell condenser - Wiki EN
  8. BE Japon/ Présentation à Yokohama d'un système de désalinisation de l'eau transportable sur un camion (Ambassade de France au Japon, ADIT, 2009)
  9. Schéma du camion
  10. a et b (en) French-run water plant launched in Israel
  11. a, b, c et d Joël Cossardeaux, L'accès à l'eau, l'autre guerre du Golfe, 22 mars 2016.
  12. Jean-Louis Chaussade : « Ceux qui prônent la décroissance font fausse route », Les Échos, 4 novembre 2016.
  13. a et b Comité de l’agriculture. Dix-neuvième session. Rome, 13 - 16 avril 2005. Dessalement de l'eau à des fins agricoles. Archives de la FAO
  14. La Chine industrialisera la désalinisation de glace de mer, site French-China.org consulté le 26 février 2014.
  15. (en)[PDF] IEA Water Energy Nexus, Excerpt from the World Energy Outlook 2016, sur iea.org
  16. Le Dessous des cartes, Des usines de dessalement nombreuses sur arte.tv
  17. Le Dessous des cartes, Les principaux producteurs sur arte.tv
  18. « Algérie:La méga-station de dessalement d'eau de mer d’El-Mactaâ (Oran) produira 268.000 m3/j en février 2015 », sur Maghreb Emergent, (consulté le 29 décembre 2014)
  19. Le Quotidien d'Oran, 8 juillet 2008. [lire en ligne]
  20. Waterworl 31/01/2014
  21. Jeune Afrique 28 février 2014
  22. About SWCC, Saline Water Conversion Corporation.
  23. Suez surfe sur la vague du dessalement de l'eau de mer au Moyen-Orient, Les Échos, 16 septembre 2018.
  24. Frédéric Lewino, « La mer à boire », Le Point du 24/02/2005, no 1693, p. 58.
  25. Abby Goodnough, « Florida Is Slow to See the Need to Save Water », dans The New York Times du 19-06-2007 [lire en ligne], mis en ligne le 17-12-2008
  26. Contre la sècheresse aux États-Unis, San Diego dessale le Pacifique, La Tribune, 21 août 2014
  27. Suez remporte un contrat pour une usine de dessalement au Mexique, Les Échos, 23 septembre 2016.
  28. « L'Espagne mise sur le dessalement d'eau de mer pour produire son eau potable », Actu-environnement
  29. Water services corporation annual repport 2017
  30. Marie de Vergès, « Le dessalement, recette miracle au stress hydrique en Israël », lemonde.fr, (consulté le 29 juillet 2015)
  31. « Israël : leader mondial en dessalement des eaux », sur fr.timesofisrael.com, (consulté le 31 octobre 2015).
  32. http://mobile.nytimes.com/2015/05/30/world/middleeast/water-revolution-in-israel-overcomes-any-threat-of-drought.html?_r=1&referer=
  33. Sorek, là où la mer est à boire, La Tribune, 18 août 2016.
  34. Article sur le dessalement en Israël
  35. MohamedF.Hamoda. Desalination and water resource management in Kuwait. 2001. lire en ligne
  36. a, b et c Zhe Tan, Shengfu Chen, Xinsheng Peng, Lin Zhang & Congjie Gao(2018) [Polyamide membranes with nanoscale Turing structures for water purification] ; | Science 04 Mai 2018 : Vol. 360, Issue 6388, pp. 518-521 DOI: 10.1126/science.aar6308

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]