L'utilisation de l'énergie pour le dessalement suscite des appels à des solutions durables
Imaginez un avenir où l’eau douce propre serait aussi abondante que l’eau de mer. La technologie de dessalement détient la clé de cette vision, mais tout en s’attaquant à la pénurie mondiale d’eau, elle doit relever d’importants défis en matière de consommation d’énergie. Cet article examine les profils énergétiques des technologies de dessalement actuelles et explore les voies vers la durabilité.
Le dessalement constitue une méthode cruciale de supplémentation en eau, transformant l’eau de mer à haute salinité en eau douce potable ou de qualité industrielle. Les technologies actuelles à l’échelle industrielle comprennent principalement le flash multi-étapes (MSF), la distillation multi-effets (MED), la compression mécanique de vapeur (MVC) et l’osmose inverse (RO), chacune adaptée à différentes applications.
D’un point de vue thermodynamique, la séparation du sel de l’eau de mer nécessite théoriquement un minimum d’énergie. Pour une eau de mer standard avec une salinité de 3,45 % à 25°C, ce minimum est égal à environ 0,86 kWh/m³. La consommation d’énergie réelle dépasse largement cette valeur idéale en raison des inévitables inefficacités du système.
Le tableau suivant compare quatre méthodes de dessalement primaires en fonction de la capacité typique de l'usine et de la consommation d'énergie :
| Technologie | Capacité typique (m³/j) | Électricité (kWh/m³) | Énergie thermique (kJ/kg) | Équivalent thermique (kWh/m³) | Equivalent total (kWh/m³) |
|---|---|---|---|---|---|
| MSF | 50 000 - 70 000 | 4 – 6 | 190 (RPG=12,2) – 390 (RPG=6) | 9,5 – 19,5 | 13,5 - 25,5 |
| MED-TVC | 10 000 - 35 000 | 1,5 – 2,5 | 145 (RPG=16) – 390 (RPG=6) | 9,5 – 25,5 | 11 - 28 |
| MOYEN | 5 000 - 15 000 | 1,5 – 2,5 | 230 (RPG=10) – 390 (RPG=6) | 5 – 8,5 | 6,5 - 11 |
| MVC | 100 - 2500 | 7 - 12 | Aucun | Aucun | 7 - 12 |
| RO | 24 000 | 3 – 5,5 | Aucun | Aucun | 3 - 5,5 (jusqu'à 7 avec traitement au bore) |
*GOR (Gain Output Ratio) indique l’efficacité de la production d’eau
Les données révèlent des différences énergétiques substantielles entre les technologies. L'osmose inverse présente des avantages évidents en matière d'efficacité électrique, tandis que les MSF et MED thermiques affichent une consommation totale d'énergie plus élevée. MVC sert des applications à plus petite échelle avec une efficacité modérée.
MSF chauffe l'eau de mer et la fait passer dans des chambres à pression progressivement plus basse où se produit une évaporation partielle. Bien que fiable pour les opérations à grande échelle, ses besoins élevés en énergie thermique présentent des défis d’efficacité. Des ratios GOR plus élevés améliorent l’utilisation de l’énergie mais augmentent la complexité du système.
MED utilise plusieurs évaporateurs en série, utilisant la vapeur d'un étage pour chauffer le suivant. Lorsqu'il est combiné avec la compression thermique de vapeur (TVC), MED atteint une meilleure efficacité énergétique que MSF mais nécessite des systèmes plus complexes.
MVC utilise des compresseurs mécaniques pour pressuriser la vapeur afin de l'utiliser comme source de chaleur. Adapté aux applications à petite échelle, MVC offre une flexibilité opérationnelle mais nécessite des compresseurs hautes performances et affiche une consommation d'énergie relativement élevée.
En tant que technologie la plus largement adoptée, l’OI force l’eau de mer à travers des membranes semi-perméables sous haute pression. Sa conception modulaire permet une expansion facile, même si les exigences en matière de maintenance et de prétraitement de la membrane ajoutent des considérations opérationnelles.
- Qualité de l'eau d'alimentation :Une turbidité ou une teneur en matières organiques plus élevée augmente les besoins de prétraitement et le stress de la membrane
- Température de l'eau de mer :L'eau plus chaude améliore l'efficacité de la distillation mais affecte les performances de la membrane RO
- Taux de récupération :Des taux d'extraction d'eau douce plus élevés augmentent les exigences de pression du système
- Échelle de la plante :Les installations plus grandes bénéficient d’économies d’échelle
- Récupération d'énergie :Les échangeurs de pression et les turbines peuvent récupérer l'énergie des flux de saumure
Le secteur est confronté à deux préoccupations environnementales majeures : la plupart des usines dépendent actuellement de combustibles fossiles, contribuant ainsi aux émissions de gaz à effet de serre, tandis que les rejets concentrés de saumures menacent les écosystèmes marins en raison de chocs de salinité et de contamination chimique.
- Intégration des énergies renouvelables :Usines de dessalement à énergie solaire, éolienne ou géothermique
- Innovations en matière d'efficacité :Membranes avancées, processus thermiques optimisés et récupération d’énergie améliorée
- Gestion de la saumure :Stratégies de dilution ou extraction de minéraux à partir de flux de déchets
- Soutien politique :Incitations gouvernementales pour l’adoption d’énergies propres et les garanties environnementales
Même si le dessalement répond à des pénuries d’eau critiques, son intensité énergétique nécessite une attention urgente. Les progrès technologiques et les cadres politiques pourraient transformer le dessalement en une solution plus durable. L’innovation continue suggère que cette technologie jouera un rôle croissant dans la sécurité mondiale de l’eau, à condition que les défis énergétiques et environnementaux soient gérés efficacement.
