Quelques techniques de dessalement 1- l'énergie solaire

Devant une crise d’eau certaine qui commence à se faire sentir à travers le monde, en plus des contraintes économiques pour un développement durable, des solutions appropriées nécessitent d’être élaborées afin de se préparer à faire face à ce défi qui menace l’existence même de l’homme. Les pays du sud, qui disposent parfois de ressources hydriques salines considérables et d’un potentiel solaire tout aussi important, doivent utiliser les techniques de dessalement, dont la fiabilité n’est plus à démontrer, en les associant à des sources d’énergies renouvelables. Cette solution constitue un moyen d'avenir pour produire de l’eau potable. Nous nous intéressons aujourd'hui au potentiel de synergie entre le solaire et les différents procédés de dessalement.

Les procédés de dessalement se répartissent en deux grandes catégories; d’une part les procédés à distillation (qui nécessitent un changement de phase, évaporation/condensation ) et d’autre part les procédés à membranes ( filtration ).

1. Procédés à distillation

Pour leur fonctionnement, les procédés à distillation nécessitent pour la grande part de l’énergie thermique pour assurer le chauffage de l’eau salée. Pour l’eau de mer, par exemple, 100 à 50 thermies par m3 d’eau produite suivant le rendement de l’installation. De plus cette énergie thermique doit être fournie à un niveau de température relativement faible, entre 120 et 60 °C suivant la technologie adoptée. La source de chaleur peut être fournie, dans la cas d’un accouplement solaire, par des capteurs solaires plans ou à concentration. Les procédés les plus utilisés et qui sont susceptibles d’être accouplés à une source d’énergie solaire sont : - La distillation solaire direct à effet de serre qui constitue un procédé proprement solaire.

- Les procédés à distillation classique tel le procédé à Multi-stage flash, à multiple-effets, à compression de vapeur.

La distillation solaire directe à effet de serre

Ce procédé consiste à chauffer de l’eau directement par le rayonnement solaire dans une enceinte fermée recouverte de vitrage. La vapeur produite, qui se condense sur le vitrage plus froid et légèrement incliné, est recueille sous forme de condensât dans des gouttières. Le principe est très simple, fiable et ne nécessite aucun entretien. Mais son rendement est relativement faible, 4 à 5 litres/jours.m2. Ils existent cependant deux types de fabrications de distillateurs, ces derniers peuvent être construit soit :

- Sous forme de produit modulable, il s’agit généralement d’un bac (plastic, tôle, bois... ) isolé inférieurement et recouvert d’un vitrage supérieurement. Plusieurs distillateurs peuvent être alimentés simultanément pour former une unité de distillation. Le nombre de distillateurs dépend de la capacité d’eau produite désirée. Ce modèle est utilisé seulement de très petites capacités, plusieurs dizaines de litres par jours. Il est pratique quand les besoins en eau distillée ne sont pas très importants (laboratoire d’analyse, parc auto ...). Ils existent cependant plusieurs variantes, on peut citer le distillateur plan, en cascade, à mèche, à multiple effets, sphérique... etc.

- Quand les besoins sont plus importants, plusieurs centaines de litres/jour, les distillateurs sont construit en maçonnerie/béton sous de grands bassins vitrés. La surface dépend de la quantité d’eau distillée voulue. Un certain nombre d’applications sont effectuées généralement dans les zones rurales où les surfaces au sol sont disponibles. L’analyse théorique est basée sur le bilan thermique du distillateur qui permet de déterminer son rendement en fonction des différents paramètres.

La distillation à détentes successives ou multi-stage flash (MSF)

Ce procédé, généralement rentable seulement pour de grandes capacités de production (plusieurs centaines de milliers de m3), est très peu souple et nécessite une durée de mise en régime inadéquat pour une application solaire.

La distillation par compression de vapeur

C’est un procédé qui comporte une série d’évaporateurs, ses performances sont cependant améliorées en recyclant la vapeur issue du dernier effet (au niveau thermique le plus bas) en la comprimant pour ensuite l’utiliser comme vapeur de chauffe au premier effet. Ce procédé peut utiliser de l’énergie solaire comme source de chaleur, mais nécessite une énergie supplémentaire pour assurer la compression de vapeur. Celle-ci s’effectue soit avec un compresseur mécanique (compression mécanique) ou un éjecteur de vapeur (thermocompression).

La distillation par multiple effets

Dans cette catégorie, on distingue deux de procédés : les uns utilisent des tubes verticaux, les autres des tubes horizontaux. L’avantage revient aux tubes horizontaux pour une puissance de pompage moindre et un coefficient global d’échange thermique plus important. Ce procède consiste à un ensemble d’effets successives où la vapeur produite dans un effet est utilisée pour chauffer l’eau de l’effet suivant en s’y condensant, l’apport thermique initial est fourni à l’effet de tête (bouilleur). De part sa simplicité et sa souplesse de fonctionnement, ce procédé est le mieux disposé à s’adapter à l’énergie solaire. Cette adaptation peut se faire :

· soit avec des capteurs solaires plans pour les petites unités allant jusqu’à plusieurs m3/jour.

· soit avec des capteurs à concentration pour des capacités plus importantes. Un stockage thermique est souvent utilisé, sous forme de réserve d’eau chaude, pour permettre d’avoir une certaine autonomie de fonctionnement en régime permanent ou intermittent.

2. Procédés à filtration

Les principaux procédés à membranes utilisés dans le domaine du dessalement sont l’électrodialyse et l’osmose inverse.

L’électrodialyse

Ce procédé nécessite, pour son fonctionnement, l’application d’un champ électrique entre une cathode et une anode pour permettre la migration des ions (positifs et négatifs) à travers les membranes. C’est un grand consommateur d’énergie, ce qui rend son application solaire possible seulement pour les eaux saumâtres de très faible salinité.

L’osmose inverse

Le principe de ce procédé consiste à faire passer, sous l’effet d’une pression, de l’eau pure à travers une membrane semi-perméable qui a la caractéristique de retenir les sels dissous dans l’eau. Donc on a besoin de l’énergie nécessaire à alimenter une pompe haute pression, ce qui peut être fourni de façon économique (pour les petites installations par un générateur photovoltaïque ou un aérogénérateur. Un certain nombre d’installation sont en fonctionnement à travers le monde, et les résultats obtenus à travers les différentes études et expérimentations rendent son application très encourageante.

sources encyclopédiques