dessalement eau de mer

Dessaler l'eau de mer: la pollution comme prix de l'eau douce
http://www.rfi.fr/science/20140424-dessaler-eau-mer-pollution-comme-prix-eau-douce/
par Agnès Rougier

Usine de dessalement. www.emag.suez-environnement.com
Les zones du pourtour de la Méditerranée sont très arides et l'eau douce y est rare. Avec l'accroissement de la population, cette situation conduit les Etats à choisir de produire de l'eau potable à partir du dessalement* de l'eau de mer. Or, le dessalement a des retombées néfastes sur l'environnement.
Pour dessaler, deux technologies existent. La première, par distillation évaporation (très ancienne), demande de grosses ressources énergétiques pour chauffer l'eau. L'usine de dessalement par distillation est donc en général couplée à une centrale thermique, à fuel ou à charbon, qui rejette beaucoup de gaz carbonique, un gaz à effet de serre néfaste pour le climat. C'est la technologie utilisée dans les pays du Golfe qui ne manquent pas de pétrole. Elle peut aussi être couplée à une centrale nucléaire avec les risques associés. La seconde technologie utilisée pour dessaler, dite par « osmose inverse », a été inventée au début du 20e siècle : l'eau salée est poussée sous une forte pression à traverser une membrane filtrante qui retient le sel. Plus l'eau est salée, plus il faut de pression donc d'énergie. C'est la technologie majoritairement utilisée autour de la mer Méditerranée.
Des sous-produits toxiques
Dans les usines à distillation, on utilise du chlore pour tuer les bactéries et éviter la contamination biologique des installations. Mais le chlore, qui est ensuite rejeté en mer, tue sans discrimination tous les organismes qui y sont sensibles. Et quelle que soit la technologie, quand on a dessalé l'eau de mer, ce qui reste, c'est le sel. La désalinisation produit un litre de saumure pour un litre d'eau douce, et le saumure finit à la mer. Or cette eau rejetée est en moyenne deux fois plus salée que l'eau de mer. En conséquence, elle perturbe le milieu marin et peut détruire un habitat fragile, privilégié par de nombreuses espèces de faune méditerranéenne, les herbiers de posidonie** (des champs d'herbes aquatiques où se reproduisent les poissons).
L'Espagne, championne du dessalement en Europe
En 2009, la production mondiale d’eau dessalée était de 51 millions de m3 par jour, dont 3,4% en Espagne. L’Espagne est la championne européenne du dessalement et se situe à la quatrième place mondiale derrière l’Arabie saoudite, première (voir graphique ci-dessous). L'Espagne vit depuis toujours des problèmes d'eau potable et le pays a été le premier à dessaler l'eau pour l'agriculture. La gestion des ressources en eau y est donc un sujet capital, et la plus grosse usine de dessalement d'eau de mer par osmose inverse en Europe a vu le jour à côté de Barcelone en 2009. L'usine de Barcelone (200 000 m3 d'eau par jour, 73 millions de m3 par an), financée à 75% par l'Europe, construite par une entreprise française, est à la pointe de la technologie et a été conçue avec la volonté de diminuer la consommation d'énergie.

De plus en plus d’usines
Pour autant, le problème des rejets de saumure reste entier et on ne peut que s'inquiéter pour l'avenir, car en Espagne, le Programa Agua, qui a été lancé par l'ancien chef du gouvernement Zapatero, repose en particulier sur la construction de 20 nouvelles usines de dessalement sur le littoral méditerranéen. Mais l'Espagne n'est pas un cas unique, car dans tous les autres pays côtiers, de l'Algérie à Israël en passant par la Grèce, les usines de dessalement poussent aujourd'hui comme des champignons. Avec la généralisation de cette solution technologique, il est indispensable d'envisager ses retombées écologiques.
* Ou dessalage ou désalinisation
**Les herbiers de Posidonie, endémiques de la Méditerranée, ont un rôle important dans l'ensemble du milieu marin. Ces herbiers, qui sont fragilisés par les pollutions, la pêche, le tourisme, sont classés prioritaires par la directive européenne sur la protection des habitats de la faune et de la flore.
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■ Pour en savoir plus
Sur l'usine de dessalement de Barcelone, voir ici ou là
Sur le dessalement en Espagne, cliquer ici
Ambassade de France se penche aussi sur le dessalement
Le dessalement est-il écologique ? Le magazine La Recherche pose la question
Degremont / Groupe Suez ; proposition industrielle de dessalement
Consulter le site d'Agbar, société des eaux de Barcelone

Le dessalement de l’eau de mer
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/potable/dessalEau.html

Les trois quarts de la surface de notre planète sont recouverts d’eau mais d’eau salée malheureusement. Il n’empêche, ces réservoirs inépuisables que sont les océans font rêver : et s’il était possible de transformer cette eau salée en eau douce ?
Cela résoudrait en effet toutes les difficultés de pénurie d’eau que connaissent beaucoup de pays, car nombre d’entre eux ont un accès aux océans, quand ils ne disposent pas d’un littoral maritime conséquent.

En fait, dessaler l’eau de mer de manière à la rendre consommable, c’est possible. On dispose même aujourd’hui de nombreux systèmes dont beaucoup ont atteint le stade industriel. Les deux procédés les plus couramment utilisés sont la distillation et l’osmose inverse. Leur principe est simple.
La distillation consiste à évaporer l’eau de mer, soit en utilisant la chaleur des rayons solaires, soit en la chauffant dans une chaudière. Seules les molécules d’eau s’échappent, laissant en dépôt les sels dissous et toutes les autres substances contenues dans l’eau de mer. Il suffit alors de condenser la vapeur d’eau ainsi obtenue pour obtenir une eau douce consommable.
L'osmose inverse nécessite quant à elle de traiter au préalable l’eau de mer en la filtrant et en la désinfectant afin de la débarrasser des éléments en suspension et des micro-organismes qu’elle contient. Le procédé consiste ensuite à appliquer à cette eau salée une pression suffisante pour la faire passer à travers une membrane semi-perméable : seules les molécules d’eau traversent la membrane, fournissant ainsi une eau douce potable.

L’inconvénient majeur de ces systèmes est qu’ils sont très coûteux. Les installations sont peu rentables :
les quantités d’énergie nécessaires au chauffage ou à la compression de l’eau sont trop élevées, et les volumes d’eau produits trop faibles. L’utilisation de cette technique de production d’eau potable reste donc encore très marginale. Seuls certains pays ne disposant que de très faibles ressources en eau mais suffisamment riches, comme le Koweït et l’Arabie Saoudite, utilisent le dessalement de l’eau de mer pour produire l’eau douce destinée à la consommation humaine. Quoi qu’il en soit, cette question, dont l’enjeu est de taille, a déjà fait l’objet de nombreuses recherches qui se poursuivent.

Des évaporateurs dits "multiples effets" ont ainsi été développés qui visaient à limiter la dépense énergétique des systèmes précédents en utilisant la chaleur produite lors de la condensation de la vapeur d’eau pour évaporer l’eau de mer. Mais, techniquement très complexes, ces systèmes nécessitaient la présence d’un personnel très qualifié. Une amélioration vient cependant de leur être apportée qui permet de réduire encore les pertes énergétiques tout en gagnant en simplicité. Peu coûteux, modulable, très simples à installer et à entretenir, et capables de produire, à un moindre coût énergétique, de 20 à 30 litres d’eau douce à partir de 100 litres d’eau de mer, ces nouveaux systèmes devraient plaire aux pays les plus intéressés par le dessalement que sont nombre de pays en voie de développement.
Voir le n°377 de CNRS Info (sept. 1999) :
Dessaler l'eau de mer sans saler la facture

Dessaler l'eau de mer avec du graphène, c'est possible !
http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/actu/d/chimie-dessaler-eau-mer-graphene-cest-possible-52599/
Le 04/03/2014 à 15:32 - Par Laurent Sacco, Futura-Sciences
Les défis du XXIe siècle vont porter aussi bien sur les ressources d'énergies renouvelables que celles en eau potable. Les nanotechnologies offrent des espoirs pour les relever. Des membranes en graphène permettant de dessaler l'eau de mer par osmose inverse sont passées des simulations informatiques à la réalité des labos des chercheurs du MIT.
À gauche, de l'eau contenant un colorant rouge et à droite, de l'eau qui en est dépourvue. Entre les deux, une membrane en graphène prouve son efficacité en empêchant le passage des molécules de colorant mais pas celles d'eau. © Sean C. O'Hern et al., Nano Letters, American Chemical Society
Dans son livre Abundance: The Future Is Better Than You Think, Peter Diamandis soutient la thèse que des bonds technologiques issus d’un progrès exponentiellement rapide sont en train de changer la face du monde et qu’ils permettront bientôt de relever les défis environnementaux du XXIe siècle. D’aucuns aimeraient bien qu’il ait raison, mais nul ne peut encore vraiment dire s’il en sera bien ainsi. L’un des problèmes les plus cruciaux concerne l’accessibilité à de l’eau potable pour une population grandissante alors que les ressources diminuent. Dessaler l’eau de mer est une possibilité, mais il faudrait disposer d’une technologie efficace et peu gourmande en énergie, donc peu coûteuse.
Voilà presque deux ans, des chercheurs du MIT ont conduit des simulations sur ordinateur laissant entendre que des filtres à basse de graphène pourraient peut-être relever ce défi. Aujourd’hui, comme ils l’expliquent dans un article publié dans Nano Letters, ils sont en train de passer de la théorie à la pratique.
Désalinisation de l’eau de mer par osmose inverse
Les membranes contenant des pores suffisamment larges pour laisser passer des molécules d’eau mais aussi suffisamment petits pour bloquer les ions ou d’autres substances indésirables existaient déjà. Le problème était qu’elles restaient malgré tout peu perméables, et ne permettaient donc pas de traiter facilement et rapidement de grandes quantités d’eau par osmose inverse. En essayant d’augmenter leur perméabilité en diminuant l’épaisseur de ces membranes, celles-ci devenaient alors plus fragiles et moins efficaces pour la filtration.

Les chercheurs du MIT ont utilisé un processus en quatre étapes pour créer des filtres de graphène. Une feuille d'un atome d'épaisseur en graphène est placée sur un support (a). Le graphène est ensuite bombardé par des ions gallium (b). À l'endroit où les ions gallium frappent le graphène, ils créent des défauts dans sa structure (c), et une solution oxydante fait ensuite croître chacun de ces défauts (d). © Sean C. O'Hern et al., Nano Letters, American Chemical Society
Avec le graphène, du fait de ses exceptionnelles propriétés de résistance mécanique, tout change, en théorie du moins. Un gain d’un facteur 50 devait pouvoir être obtenu, ce qui est considérable. Mais restait à trouver le moyen de fabriquer des feuillets de graphène possédant des pores de la bonne taille.
Membranes en graphène avec des pores
La technique qu’explorent actuellement les chercheurs utilise au départ des faisceaux d’ions gallium. Soumises à ces faisceaux de particules, les liaisons carbone-carbone des feuillets de graphène se brisent localement et il apparaît des défauts dans le réseau hexagonal. Pour agrandir les trous que constituent ses défauts, il suffit d’attaquer chimiquement les feuillets avec une solution oxydante. Plus le bain dans la solution dure longtemps, plus la taille des pores des feuillets de graphène augmente. L’attaque chimique se fait en effet de façon sélective et plutôt homogène au niveau des défauts. Les chimistes sont ainsi parvenus à produire des membranes de graphène avec une densité de 5.000 milliards de pores par centimètre carré. Si une de ces membranes était agrandie au point d’occuper une surface comparable à celle de la ville de Paris, ces pores auraient un millimètre de diamètre et seraient séparés de quatre millimètres.
Pour le moment, ces travaux sont prometteurs, mais on ne sait pas encore comment passer à une production de masse de ces membranes. Si cela s’avère bel et bien possible et à bas prix, cette nanotechnologie permettrait à des centaines de millions de personnes dans le monde de boire de l’eau issue des océans dans quelques décennies. On est par exemple assez inquiet de ce qui pourrait arriver si les glaciers de l’Himalaya à l’origine des grands fleuves de l’Inde venaient à disparaître pendant le XXIe siècle à cause du réchauffement climatique.

Une puce révolutionnaire capable de dessaler l’eau de mer de façon très efficace et à moindre coût
http://dailygeekshow.com/2013/07/30/une-puce-revolutionnaire-capable-de-dessaler-leau-de-mer-de-facon-tres-efficace-et-a-moindre-cout/

Corentin Vilsalmon, le 30 juillet 2013
Oubliez tout ce que vous savez sur le dessalage des océans ! Des scientifiques viennent de mettre au point une puce très perfectionnée qui permet de dessaler l’eau de mer d’une façon encore plus efficace que les méthodes classiques. En plus économique ! Explications.
Le temps des gigantesques usines de dessalage est peut-être révolu. C’est une collaboration entre les chercheurs des université du Texas à Austin et de Marburg en Allemagne qui vient d’aboutir à cette nouvelle avancée technologique. Cette équipe conjointe vient de mettre au point un dispositif plus petit, plus économique et très efficace pour dessaler l’eau de mer.
Cette nouvelle technologie est une puce, aussi appelée « puce d’eau » (water chip en version originale) qui consomme beaucoup moins d’énergie que les moyens actuellement disponibles. Elle est aussi radicalement plus efficace et requiert tellement peu d’énergie qu’une simple batterie achetée dans le commerce peut suffire à l’alimenter. Cette puce met également en place un tout nouveau système de désalinisation de l’eau : grâce à de petites impulsions électriques, la puce neutralise certains ions de chlore, ce qui a pour effet d’augmenter le champ électrique de la puce. C’est ce champ plus puissant qui permet au sel et à l’eau d’être filtrés vers différentes branches de la puce et d’être séparés l’un de l’autre.

Cette image explique comment fonctionne le filtrage du sel et de l’eau. Le courant est filtré juste avant l’embranchement : le sel se dirige dans la branche en haut tandis que l’eau dessalée continue sa route dans celle du dessous.
« La disponibilité de l’eau potable pour la consommation et l’irrigation est l’un des besoins fondamentaux qui servent à maintenir et même améliorer la santé humaine« , explique Richard Crooks, qui dirige les recherches. Ce système est en passe d’être breveté et est en très bonne voie pour une exploitation commerciale par la firme Okeanos Technologies. Tony Frudakis, président de l’entreprise, va même plus loin : « Tous les jours, des gens meurent à cause du manque d’eau potable. Et ça continuera tant qu’il n’aura pas de révolution technologique dans le domaine et c’est justement ce que nous espérons représenter avec notre technologie. »
Pour l’instant, l’équipe de Richard Crooks n’a réussi à atteindre qu’un pourcentage de 25% de désalinisation, alors qu’une désalinisation à 99% fait partie des facteurs requis pour que l’eau devienne effectivement potable. Mais les chercheurs ont bon espoir d’y arriver. L’étape suivante serait ensuite de faire un dispositif à plus grande échelle. Pour l’instant, les branches de la puce ne sont pas plus grosses qu’un cheveu humain et produisent 40 nanolitres d’eau dessalée à la minute. Pour arriver à rendre ce système efficace pour une utilisation personnelle et quotidienne, il faudrait que la puce produise plusieurs litres d’eau par jour. Bien sûr, les chercheurs sont confiants et pensent pouvoir y arriver.

Cette puce est vraiment fascinante… On se demande comment il sera possible qu’une puce aussi petite puisse rivaliser avec la technologie des gigantesques usines de dessalement de l’eau. On veut y croire car, si la capacité de ces puces augmente, cela signifiera sûrement une meilleure disponibilité de l’eau potable dans les pays qui en ont besoin. Auriez-vous imaginé qu’une si petite technologie puisse avoir des effets aussi bénéfiques pour les êtres humains dans le monde ?

Un nouveau procédé pour dessaler l'eau de mer avec une puce électronique
http://www.slate.fr/life/74603/dessaler-eau-de-mer-puce-electronique

Par Michel Alberganti | publié le 30/06/2013 à 10h36, mis à jour le 30/06/2013 à 10h41


Marais salants sur la côte de la baie de San Francisco. BOS-SFO_397 de dsearls via Flickr CC License by.
L’accès à l’eau potable reste un problème majeur: un tiers de la population mondiale vit dans des régions victimes de stress hydrique selon l’Onu, qui prévoit un doublement de ce chiffre d’ici 2025. D’où des millions de morts attribuées chaque année à des problèmes d’accès à de l’eau douce consommable.
Pourtant, les méthodes de dessalement d’eau de mer ou d’eau saumâtre existent. Mais, qu’il s’agisse de la distillation, de la compression de vapeur, de l’électrodialyse ou de l’osmose inverse (filtration à travers des membranes ultrafines), ces techniques reviennent très cher en raison de la quantité d’énergie nécessaire (3 à 15 kWh/m3).
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Les populations les plus pauvres, lorsqu’elles disposent d’eau de mer en abondance, n’ont pas les moyens financiers nécessaires pour la dessaler. D’où l’intérêt d’une nouvelle technologie développée par l’université du Texas, à Austin, et l’université de Marburg, en Allemagne, en collaboration avec une start up, Okeanos Technologies, en charge du développement commercial.

Le prototype de la puce à eau potable (Université du Texas)
L’originalité de la solution réside dans son caractère chimique et son action au niveau des atomes via une puce électronique. La technique, baptisée désalinisation d’eau de mer par électrochimie, est décrite dans un article paru dans le journal Angewandte Chemie.
Elle présente des avantages très importants: grande simplicité et très faible consommation d’énergie. Le système peut prendre différentes dimensions, depuis l’installation portable individuelle jusqu'à, potentiellement, l’unité de production de grandes quantités d'eau potable.
Le procédé fait passer l’eau salée dans des micro-canaux de 22 microns de large. Chaque canal se sépare en deux. Au point de séparation, une électrode bipolaire applique une différence de potentiel de 3 Volts au canal principal. Cette tension oxyde certains des ions chlorure chargés négativement. La baisse du nombre de ces derniers engendre un gradient de champ magnétique qui oriente les ions chargés positivement vers la dérivation.
Pour conserver l’électro-neutralité de l’ensemble, imposée par les lois de la physique, les ions négatifs (anions) suivent les ions positifs dans la dérivation. Dans le canal principal coule alors une eau partiellement dessalée.

Le principe de fonctionnement du système (Wiley - VCH).
La quantité d’énergie nécessaire est si faible que le système peut fonctionner avec des piles du commerce. On imagine qu’il pourrait être alimenté par des panneaux photovoltaïques.
Avant de se réjouir, il faudra que les chercheurs améliorent sensiblement leur procédé. Pour l’instant, le taux de désalinisation obtenu ne dépasse pas les 25%. Or, il faut atteindre 99% pour que l’eau devienne potable. Richard Crooks, de l’université du Texas, et Ulrich Tallarek, de l’université de Marburg, se déclarent néanmoins confiants. Même si, en plus de l’efficacité du procédé, il leur faut démontrer son aptitude à traiter de grande quantité d’eau.
Malgré ces étapes critiques, il est remarquable qu’un nouveau procédé de désalinisation apparaisse. On peut en effet s’étonner que les innovations soient si rares dans un domaine aussi vital pour le tiers de la population mondiale, même s’il s’agit de la plus pauvre.
M.A.