Ne pas confondre avec le dessalage, un terme agricole signifiant dessaler un terrain afin de le rendre propre à la culture, ou marin en parlant d'un voilier (chavirer avec son bateau).
Le dessalement de l'eau ou désalinisation est un processus qui permet d'obtenir de l'eau douce (potable ou, plus rarement en raison de son coût, utilisable pour l'irrigation) à partir d'une eau saumâtre ou salée (eau de mer notamment).
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 a une salinité d'environ 35 g/L, avec des variations régionales significatives (42 g/L dans le golfe Persique). Pour séparer le sel, il faut, d'un point de vue purement théorique et sans perte d'énergie (dessalement isentropique), environ 0,56 kWh/m3.
Les systèmes de dessalement se caractérisent par leur rendement et le taux de sel résiduel (saumure).
Dans le monde, on produit chaque jour 95 millions de mètres cubes d’eau douce en 2018, rejetant 141,5 millions de m3 par jour de saumure, dont l'impact sur les zones de rejet inquiète les experts scientifiques de l'ONU.
Différents systèmes de dessalement
Les systèmes de dessalement se caractérisent par leur rendement et le taux de sel résiduel (saumure)1.
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 efficacement de grandes quantités d’eau de mer3.
- Dessalement multiples 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 réduites3. En effet, l'eau d’alimentation circule d'abord dans les tubes des condenseurs des différents étages, en commençant par le dernier où la température est la plus faible, et 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 en sel, l'énergie à mettre en jeu dépend de cette concentration.
- Condensation sur une surface ayant une température inférieure au point de rosée. Fournit une eau pure ; coût énergétique zéro avec un système passif6 ou faible avec un système actif7. Il est utilisé pour de petites unités.
- Congélation sur parois froides : après congélation de l'eau de mer, la glace obtenue est chauffée. On obtient ainsi une eau purifiée8. Coût énergétique 9 à 10 kWh/m39.
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 désalinisation : 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 alimentaires10,11.
Économie du dessalement
Dans le monde, on a produit chaque jour par dessalement 95 millions de mètres cubes d’eau douce en 201812.
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'opérateur2,13...), 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 commme l'île de Groix dans le Morbihan qui installe une première unité de dessalement en 202214).
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 84 % de part de marché en 201912.
En 2015, il suffit de 2 kilowattheures pour fabriquer un mètre cube d'eau douce contre 12 kWh il y a quarante ans15. 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 »16.
Des projets ont été proposés pour dessaler de l'eau, pour les besoins de l'agriculture, notamment avec des centrales nucléaires17.
L'eau dessalée était trop chère pour la plupart des cultures en 2005 ; elle n'était abordable que pour les cultures à fort rapport économique, en particulier lorsque les investissements sont subventionnés. Les eaux saumâtres étant moins salines que l'eau de mer, elles ont la préférence sur cette dernière18.
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)19.
Les inconvénients du dessalement
- 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 nucléaire15.
- Rejet des saumures concentrées au double de la salinité naturelle en mer ou injectées dans le sol ; ainsi, les rejets d'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 déserts15.
- 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
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-Orient20.
Santé publique
Une étude israélienne réalisée par l’université Bar-Ilan, la caisse d’assurance-maladie Clalit et l’hôpital Tel Hashomer en 2018, a conclu que « les habitants des zones consommant de l’eau dessalée sont six fois plus exposés au risque de problèmes cardiaques, et notamment celui de mourir d’une attaque » que ceux des zones ne consommant pas d'eau dessalée. La cause en serait que, contrairement à celle venant des nappes phréatiques, l'eau dessalée est dépourvue de magnésium[réf. à confirmer]21.
Coût environnemental
Les rejets de saumure, souvent chargés en polluants toxiques, sont estimés à environ 141,5 Mm3/jour. Un rapport publié dans la revue Science of the total environment au début de 2019 par des experts de l'ONU22 a alerté l'opinion publique sur ce problème, face au développement des technologies de dessalement à gros volumes de rejets. Très dépendants de ce mode d’approvisionnement, l’Arabie saoudite, les Émirats arabes unis, le Koweït et le Qatar produisent 32 % de l’eau dessalée totale grâce à leurs ressources en pétrole, mais aussi 55 % de la saumure12. Dans cette région sèche du globe, le dessalement de l'eau, prélevée massivement dans la mer, est effectué par chauffage, procédé qui produit quatre fois plus de saumure par m3 d'eau dessalée que les technologies plus avancées, comme la filtration par membrane, largement utilisée aux États-Unis. 80 % de ces rejets sont faits à moins de 10 km des côtes et s'accumulent dans les fonds, causant une salinisation accrue des eaux et des écosystèmes marins et une disparition de l'oxygène dissous qui rendent la vie difficile, sinon impossible, à leur flore et à leur faune23.
Diffusion
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 date de 2022, selon le magazine Foreign Affairs, les quelque 20 000 usines de désalinisation en service dans le monde peuvent produire environ 36,5 Gm3 (milliards de mètres cubes) d'eau par an, ce qui représente seulement 6 % de la consommation annuelle d'eau de la Chine, dont le déficit de ressources hydriques en 2030 est estimé à 25 %24.
La production des 15 900 usines de désalinisation opérationnelles en 2018 s’élèverait à 95 Mm3 (millions de mètres cubes) d'eau douce par jour, dans 177 pays différents ; 62,3 % de cette eau serait destinée à l'usage humain, 30,2 % à l'industrie, et le reste à l'agriculture et à l'énergie12,25.
Unités de désalinisation dans le Monde en 2018
| Source |
Nombre d'unités |
Capacités (%) |
| Moyen-Orient |
4826 |
45,3 % |
| Asie-Pacifique |
3505 |
17,5 % |
| Amérique du Nord |
2341 |
11,3 % |
| Europe de l'Ouest |
2337 |
8,8 % |
| Autres |
2864 |
12,4 % |
| Source des données : Nations unies23,25. |
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 jour26. La péninsule arabique (dessalement par distillation) compte pour plus du tiers des prélèvements, 13% vont aux États-Unis et 8% à l'Espagne27.
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 dessalement15.
Si l'Arabie saoudite utilise majoritairement le procédé de vaporisation, les autres pays ont davantage développé l'osmose inverse :
Algérie
L'Algérie possède 21 usines de dessalement en 2019 réparties le long des 14 wilayas côtières, fournissant 17 % de l'eau consommée dans le pays et alimentant 6 millions de personnes28 ; deux autres usines sont en projet29. Le pays projette de porter le nombre d'usines de dessalement à 43. La plus grande usine de dessalement d'eau de mer au monde, utilisant la méthode de l'osmose inverse, a été inaugurée le 10 novembre 2014 à El-Magtaâ dans la wilaya d'Oran ; d'une capacité de 268 000 m3/jour prévue en février 2015, elle atteindra 500 000 m3/jour à l'horizon 2017. En mars 2021, à la suite des dysfonctionnements répétitifs, il apparaît que l'usine n’est jamais parvenue à atteindre la production maximale annoncée30,31. L'usine a été construite par le groupe singapourien Hyflux pour le compte de l'Algerian Energy Company (AEC), filiale de Sonatrach32,33.
Arabie Saoudite
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 201534.
Oman
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 total35.
Australie
Amérique du Nord
Les États-Unis sont placés en deuxième position derrière le Moyen-Orient pour le filtrage d’eaux saumâtres36. 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'eau37. 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 californienne38.
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 américain39.
Europe
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 contribue à l'alimentation de près de 4,5 millions de personnes en eau potable40.
À Malte, en 2017, sur les 33 250 732 m3 d'eau potable distribués, 18 890 081 m3 ont été produits par désalinisation 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 la technique d'osmose inverse. La consommation énergétique est estimée à 4,76 kWh/m3 (En 2016, 4,85 kWh/m3. Le cout de production oscille entre 0,3 et 0,7 euro/m341.
Certains DOM TOM français comme Mayotte disposent de petites centrales de dessalement ainsi que l'île de Sein42.
Israël
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 décennie43. Israël est ainsi devenu le leader mondial du dessalement44, 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)45.
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 201346 ;
L'usine d'Ashkelon13, 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 201047.
En 2019, un rapport du ministère de l'Energie israëlien révèle que l'usine Sorek avait manipulé les niveaux de chlorure avant les prélèvements et que des employés de l'usine de Palmachim avient falsifié des rapports. Pendant 18 mois, ces deux usines situées au sud de Tel Aviv, sur la côte méditerranéenne, ont « dupé le gouvernement ». L'usine Sorek, la plus importante du pays et l’une des plus grandes du monde à opérer un système d'osmose inversée, avait laissé des niveaux de chlorure quatre fois plus élevé que ce qui était spécifié dans l’accord de franchise afin d’économiser l’équivalent de 10 millions d’euros48.
En 2019, environ 585 millions de mètres cubes d'eau dessalée par an sont produits par cinq usines dans le pays ce qui représente près de 80 % de l'eau potable du pays49.
Israël projette de construire une nouvelle usine près de celle de Sorek qui produira 200 millions de mètres cubes d'eau douce par an et devrait satisfaire un quart des besoins du pays. Elle est présentée comme « la plus grande entreprise au monde en son genre. » 50
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 inverse51.
Recherche et développement, prospective
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 lent52. 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)52 ; 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 désalinisation 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 biologie52.
En mai 2022, des chercheurs japonais (Itoh et al.) ont construit des nanocanaux fluorés constituées de fluorocarbures pouvant s'auto-assembler par polymérisation supramoléculaire à partir de nanoanneaux d'oligoamide fluorés dont les diamètres intérieurs sont compris entre 0,9 et 1,9 nanomètres. L'électronégativité intense de ces nanotubes perturbe la formation d'amas d'eau et force les molécules d'eau à individuellement traverser les canaux, encore plus vite dans les petits que dans les grands. Les essais montrent que les ions chlorure, grâce à la puissante barrière électrostatique constituée par la surface intérieure fluorée électrostatiquement négative[incompréhensible]. Ce nanocanal devrait, selon les auteurs, montrer une réflectance du sel théoriquement très intéressante pour la dessalinisation (les atomes de chlore y sont fortement repoussés et ne percolent quasiment pas via ces canaux). Selon les auteurs, ces canaux, grâce à une surface intérieure superhydrophobe, présentent un flux de perméation à l'eau supérieur de deux ordres de grandeur à celui d'une aquaporine ou d'un nanotube de carbone53,54.
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- Water services corporation annual repport 2017 [archive]
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- Washington demande à Israël d’empêcher la Chine de construire une usine de dessalement [archive], infos-israel.news, 2 mai 2020
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Voir aussi
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Articles connexes
Liens externes
Cet article concerne le traitement de l'eau industrielle. Pour le traitement de l'eau potable, voir Production d'eau potable.
Usine de traitement de l'eau à
Fontburn, dans le nord de l'Angleterre.
La purification de l'eau regroupe l'ensemble des techniques et méthodes permettant d'obtenir de l'« eau de procédé » à partir d'eau potable. Beaucoup d'industries utilisent de l'eau douce pour leurs procédés de production. L'eau de procédé peut avoir différents noms – et différentes caractéristiques – selon l'industrie et l'application, par exemple : « eau purifiée » et « eau pour préparation injectable » (eau PPI) dans l'industrie pharmaceutique ; « eau ultrapure » ou « eau 18 MΩ » en microélectronique. La production de cette eau requiert l'utilisation de chaînes de traitement qui peuvent être plus ou moins complexes.
Exemples de procédés industriels utilisant de l'eau purifiée
Traitement de surface et galvanoplastie
Industrie pharmaceutique
Eau purifiée
L'eau purifiée est une eau destinée à la préparation de médicaments autres que ceux qui doivent être stériles et exempts de pyrogènes, sauf exception justifiée et autorisée. La qualité d'une eau purifiée est fonction de sa conductivité électrique. Ainsi, en fonction de la pharmacopée en vigueur dans le pays où l'on se trouve, on pourrait qualifier une eau de « purifiée ». Par exemple, selon la pharmacopée américaine, la conductivité d'une eau purifiée vaut au plus 1,3 µS/cm à 25 °C[réf. nécessaire].
Eau pour préparation injectable (eau PPI)
L'eau PPI est employée dans les préparations injectables comme les vaccins. Elle est donc stérile et exempte de pyrogènes. L'eau PPI est une eau distillée, stérile et à pH neutre.
Protection anti-incendie du matériel électronique
Eau ultrapure
L'eau ultrapure ne doit pas être électriquement conductrice, afin qu'elle n'endommage pas les composants électroniques. Une de ses applications est l'extinction des incendies dans les centres de traitement des données. Il en existe en fait différentes catégories, les spécifications devenant de plus en plus strictes. Pour donner un ordre de grandeur, la conductivité de l'eau ultrapure est d'environ 0,054 µS/cm à 25 °C, équivalente à une résistivité de 18,3 MΩ cm1.
Alimentation de chaudières à vapeur
La production d'une vapeur industrielle requiert une alimentation en eau adoucie pour éviter l'entartrage de la chaudière.
Détermination de la qualité d'eau nécessaire pour un procédé
La qualité de l'eau nécessaire dépend évidemment de l'usage. Il s'agit souvent d'un problème difficile, car le praticien se trouve souvent confronté à des utilisateurs de l'eau qui réclament « la meilleure qualité possible » ou encore l'eau « comme elle a toujours été », sans préciser leurs demandes. il est essentiel de mettre en question les affirmations des utilisateurs de l'eau sur la qualité qu'ils réclament, et aussi de refuser les spécifications impossibles ou impossibles à mesurer.
Si le but du traitement de l'eau est la protection d'équipements, la qualité de l'eau sera spécifiée par le fabricant du matériel à protéger, c'est le cas le plus simple. Si la purification de l'eau est nécessaire pour assurer la qualité du produit fini, comme c'est souvent le cas dans l'industrie chimique et l'agroalimentaire, alors la qualité de l'eau est à définir par les concepteurs du procédé et les responsables qualité. Il n'y a pas de recette simple pour déterminer la qualité de l'eau à fournir.
Pour les eaux de rinçage, en règle générale des essais sont nécessaires. Par exemple :
- eau de lave-vaisselle ménager : eau adoucie ;
- eau de rinçage en fin de tunnel de lavage de voiture : eau osmosée, maximum 40 ppm de salinité totale ;
- eau de nettoyage des wafers en microélectronique : eau de résistivité 18 MΩ cm ;
- eaux de rinçage de pièces en traitement de surface : cela peut être de l'eau osmosée ou de l'eau non traitée, selon la pièce et le procédé employé. Il n'y a pas de règle générale.
Certaines industries ont des normes, ce qui simplifie bien sûr le choix de la qualité d'eau à produire. C'est notamment le cas de la microélectronique et de l'industrie pharmaceutique.
Définition de la qualité de l'eau nécessaire
En pratique, on peut procéder par étapes comme suit pour définir la qualité d'eau nécessaire :
- est-ce que le but du traitement est de protéger un appareil ou machine ? Si oui, se référer aux spécifications du fournisseur ;
- est-ce qu'il existe une norme pour l'industrie considérée ? Parmi les branches pour lesquelles il existe des normes, il faut citer la microélectronique et la pharmaceutique ;
- est-ce que l'eau doit être employée pour un procédé de lavage ? Si oui, des essais sont recommandés ;
- est-ce que l'eau fera partie du produit fini ? Dans ce cas, les concepteurs de procédé du produit, et les responsables de la qualité doivent définir les spécifications de l'ingrédient « eau ».
Conception de la chaîne de traitement
Un procédé de traitement de l'eau comprendra généralement un prétraitement, puis un procédé de traitement (ou purification) principal, et enfin une finition.
En pratique, la chronologie de la conception sera :
- prétraitement ;
- traitement principal ;
- finition.
Les listes ci-dessous permettent d'effectuer un premier choix des procédés à employer.
Procédés de prétraitement
Choix du procédé principal
- Osmose inverse : élimine particules, bactéries, pyrogènes, composés organiques, ions
- Nanofiltration : élimine particules, bactéries, ions divalents, réduit la concentration d'ions monovalents
- Échange d'ions : élimine ions, silice activée, CO2
- UV : inactive les bactéries et élimine l'ozone.
- Ozone : action virucide2, élimine bactéries, précipite le fer
- Distillation : élimine pyrogènes et contaminants
- Purification biosolaire par microalgues. Après installation d'un pilote (50 m3/j) en Espagne3, en Arabie saoudite pour les eaux d'une ferme laitière industrielle, cette technique est testée en France en 2016 par la station d'épuration des eaux usées de Meyrargues (Bouches-du-Rhône) pour une capacité de près de 4 000 EH et 20 m3/j4, avec un bilan carbone positif, ce qui est un cas unique selon Laurent Sohier[réf. nécessaire] et pourrait aussi être testé sur des lixiviats de décharge.
Procédés de finition
- Échangeur d'ions à lit mélangé : diminue les solides dissous, silice et CO2 résiduels
- Microfiltration : élimine particules et bactéries
- Ultrafiltration : élimination de bactéries, pyrogènes, particules, colloïdes, certains composés organiques
- Électrodéionisation : diminue les solides dissous, silice et CO2 résiduels
Notes et références
Voir aussi
Bibliographie
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