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A PROPOS DE L’UTILISATION DE
   L’ENERGIE SOLAIRE POUR LE
DESSALEMENT DES EAUX DE MER ET
          SAUMATRES
I- GENERALITES SUR LE DESSALEMENT

Matière première abondante :
 Eau de mer:




Salinité moyenne :        35 g/l.

Valeur fortement variable selon les régions et la saison :
        Mer Baltique :           7 g/l,
        Mer méditerranée :       36 à 39 g/l,
        Golfe Persique :         40 à 70 g/l,
        Mer morte :              270 g/l.
 Eaux saumâtres:

 Eaux salées non potables de salinité généralement inférieure à
  celle de l'eau de mer.
 contiennent communément entre 1 et 10 g de sels par litre.
 parfois des eaux de surface mais le plus souvent des eaux
  souterraines.

D’après l’OMS :       une eau est considérée comme potable si
                      sa salinité totale est comprise entre 0.1 et 1 g/l.

La salinité de l’eau produite pour la consommation se situe en
général autour de 400 mg/l.
Marché en expansion:

 Très forte augmentation (+10 % par an) du volume d’eau
  produit par dessalement,

 Production mondiale : 52 millions m3/jour, dont 42 Mm3
  d’eau de mer et 10 Mm3 d’eau saumâtre.

 Les usines de dessalement se multiplient dans de nombreux
  pays :
   Pays du golfe, Libye, Australie, Algérie, Espagne, Italie,
   Grèce, États-Unis…
Capacité de dessalement installée dans le monde
LES ACTEURS:

 Constructeurs d’usines de distillation «clé en main»:
 SIDEM-Entropie (Filiale de Veolia), Fisia Italimpianti (Société
 Italienne), Doosan (Corée du sud), GE Water (USA),Suez
 Energy International (France).

 Constructeurs d’usines d’osmose inverse «clé en main»:
 OTV (Filiale de Veolia), Hyflux (Singapour), GE Ionics (USA),
 Degrémont (France), Sadyt (Espagne), Cadagua (Espagne),
 Acciona Agua (Espagne), Aqualia (Espagne), Befesa Agua
 (Espagne).

 Fournisseurs de membranes : Dow Filmtec (USA),
 Hydranautics (Japon), Toray Industries (Japon),Woongjin
 Chemical (Corée du sud). (Desaldata.com)
II- LES PROCEDES DE DESSALEMENT

Actuellement on utilise cinq techniques regroupées en deux
familles :

  Procédés de distillation ou de changement de phase:
  L’eau de mer chauffée produit de la vapeur d’eau qu’il
  suffit de condenser pour obtenir de l’eau pure.

  Procédés membranaires : L’eau et les sels dissous sont
  séparés au moyen de membranes sélectives.
II.1- Procédés de distillation :
 Mis en œuvre depuis longtemps sur les navires (les moteurs Diesel
émettent une quantité significative de chaleur récupérable).

 Distillation à simple effet:
Principe simple : il reproduit le cycle naturel de l’eau.
 Distillation à multiples effets (MED):
  L'évaporateur MED est constitué de plusieurs cellules simples
  consécutives, dans lesquelles on diminue la pression (et la
  température) du premier (chaud) au dernier (le froid).
Amélioration du rendement par rapport à la première.
Amélioration significative de l’efficacité du système apportée par la
‘compression de vapeur’

Capacité typique:         10 000 m³/jour.
Coût correspondant:       0.64 €/ m³.
Capacité max. en service: 272 520 m³/j (Al Hidd 2, Arabie Saoudite)
 Procédé par détentes successives ou procédé Flash (MSF)
       Cette technologie est apparue en 1960 pour faire face aux
problèmes d’entartrage que connaissaient les procédés MED.




   Capacité typique :         25 000 m³/jour
   Coût correspondant :       0.88 €/ m³
   Capacité max. en service : 880 000 m³/j (Shoaiba 3, Arabie Saoudite)
Distillation par compression de vapeur (MVC)




  Capacité typique : 3 000 m³/jour.
  Coût correspondant : 0.56€/ m³
  Capacité max. en service 80 000 m³/j (Azzawiya, Libye)
II.2- Procédés membranaires:
 Electrodialyse (ED)
 Osmose inverse (RO)
Il existe différentes techniques de filtration de l’eau (filtration
conventionnelle, microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration,
osmose inverse).
Le cas extrême est l’osmose inverse qui arrête tous les solutés
contenus dans l’eau mais laisse passer le solvant.
La pression osmotique π est donnée par :
                   π.V = n.R.T π = i.C.R.T

Exemple : avec l’eau de mer à 35 g/L à 20°C :
       i=2 ( Cl- et Na+),
       MNaCl=58.5 g/mol
       π = 2x35/58.5x0.082x293 = 28.7 bar
=> pression mini pour filtrer l’eau de mer.

Capacité typique :           6 000 m³/jour.
Coût correspondant :         0.56 €/m³
Capacité max. en service :   375 000 m³/j (Sulaibiya, Koweït)
 Distillation membranaire (MD)




 technologie émergente pour le dessalement.
Elle diffère des autres technologies membranaires : la force
agissante pour le dessalement est le DPvap à travers la membrane,
plutôt que la pression totale.
 Les membranes de MD sont hydrophobes (la vapeur d'eau passe
mais pas l'eau liquide).
On s’attend à un coût total $0,50/m3.
 technique encore à l’état expérimental.
II.2- Procédés hybrides:
Combinaison de 2 ou 3 procédés pour fournir une meilleure
solution technico-économique.

Cas de 3 éléments:
— une unité de distillation en général « multiflash » (MSF) ;
— une unité d’osmose inverse OR ;
— une centrale thermique.
Une seule usine de ce type : Fujairah 1, E A U
       coût estimé à 0.41€/m3
       Capacité maximale en service : 454 000 m³/j
EAUX SAUMATRES/
EAU DE MER/
III- SOLAIRE ET DESSALEMENT
III.1- Distillation solaire

 Technique très ancienne.
 la plus grande réalisation en 1872 prés de Las-Slinas (nord du
  Chili):
      Modèle fabriqué par Carlos Wilson, un ingénieur Suédois,
      Une surface vitrée de 5000 m2,
      Production : jusqu'à 20 m3/j d'eau douce à partir d'une eau
      saline contenant 140g/l.
 Au début des années 30, Tifinov proposa un distillateur incliné.
 Maria Telks inventa en 1945, un distillateur solaire de forme
  sphérique.
 En 1969, Cooper proposa une simulation pour analyser les
  performances d'un distillateur solaire type serre.
 Depuis les années 70, plusieurs autres types de distillateurs ont
  été élaborés et étudiés.
III.2- Les différents types de distillateurs solaires
Deux grands groupes :
o La surface de condensation est également la couverture transparente au
  rayonnement solaire (mode direct),
o la surface de condensation est séparée du chauffage de l’eau (mode indirect).

 Distillateur d'urgence:
 Distillateurs solaires à effet de serre:
 Distillateur solaire incliné à cascades
Deux avantages :
  la lame d’eau est très faible,
  l’orientation par rapport au rayonnement incident se rapproche davantage
  de l’optimum.
Distillateur solaire sphérique
Distillateur solaire à étages multiples avec récupération de
chaleur:
III.3- EXPLOITATION:

Distillateur solaire direct:

     faible productivité (environ 4 l/jour/m²)
     coût de production élevé (entre 6,5 et 13 €/m3),
     Technique réservée aux installations de petite
     taille et loin de toute autre source d’énergie.

Capacité typique: 1 m3/jour
Coût correspondant :10€/ m³
Capacité maximale en service :36 m3/jour (Gwadar 2,
Pakistan)
Distillateur à effets multiples associé à des capteurs solaires
Osmose inverse et énergie solaire photovoltaïque:
   • Le procédé utilise uniquement de l’énergie électrique
   ou mécanique;
   •il est relativement simple (une pompe haute pression);
   •il est le plus performant du point de vue énergétique soit
   2kWh/m3 dans le cas de l’eau de mer.

Exemple :
       unité de dessalement solaire « osmose inverse et
photovoltaïque », village de Ksar Ghilène en Tunisie
(village de 300 habitants situé dans le sud Tunisien).
 Coûts du dessalement selon le type d’énergie
      (Karagiannis I.C., Soldatos P.G., 2008):
EXPERIENCES MENEES A L’EMI SUR
        LA THEMATIQUE
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  • 1. A PROPOS DE L’UTILISATION DE L’ENERGIE SOLAIRE POUR LE DESSALEMENT DES EAUX DE MER ET SAUMATRES
  • 2. I- GENERALITES SUR LE DESSALEMENT Matière première abondante :
  • 3.  Eau de mer: Salinité moyenne : 35 g/l. Valeur fortement variable selon les régions et la saison : Mer Baltique : 7 g/l, Mer méditerranée : 36 à 39 g/l, Golfe Persique : 40 à 70 g/l, Mer morte : 270 g/l.
  • 4.  Eaux saumâtres:  Eaux salées non potables de salinité généralement inférieure à celle de l'eau de mer.  contiennent communément entre 1 et 10 g de sels par litre.  parfois des eaux de surface mais le plus souvent des eaux souterraines. D’après l’OMS : une eau est considérée comme potable si sa salinité totale est comprise entre 0.1 et 1 g/l. La salinité de l’eau produite pour la consommation se situe en général autour de 400 mg/l.
  • 5. Marché en expansion:  Très forte augmentation (+10 % par an) du volume d’eau produit par dessalement,  Production mondiale : 52 millions m3/jour, dont 42 Mm3 d’eau de mer et 10 Mm3 d’eau saumâtre.  Les usines de dessalement se multiplient dans de nombreux pays : Pays du golfe, Libye, Australie, Algérie, Espagne, Italie, Grèce, États-Unis…
  • 6. Capacité de dessalement installée dans le monde
  • 7. LES ACTEURS: Constructeurs d’usines de distillation «clé en main»: SIDEM-Entropie (Filiale de Veolia), Fisia Italimpianti (Société Italienne), Doosan (Corée du sud), GE Water (USA),Suez Energy International (France). Constructeurs d’usines d’osmose inverse «clé en main»: OTV (Filiale de Veolia), Hyflux (Singapour), GE Ionics (USA), Degrémont (France), Sadyt (Espagne), Cadagua (Espagne), Acciona Agua (Espagne), Aqualia (Espagne), Befesa Agua (Espagne). Fournisseurs de membranes : Dow Filmtec (USA), Hydranautics (Japon), Toray Industries (Japon),Woongjin Chemical (Corée du sud). (Desaldata.com)
  • 8. II- LES PROCEDES DE DESSALEMENT Actuellement on utilise cinq techniques regroupées en deux familles : Procédés de distillation ou de changement de phase: L’eau de mer chauffée produit de la vapeur d’eau qu’il suffit de condenser pour obtenir de l’eau pure. Procédés membranaires : L’eau et les sels dissous sont séparés au moyen de membranes sélectives.
  • 9. II.1- Procédés de distillation : Mis en œuvre depuis longtemps sur les navires (les moteurs Diesel émettent une quantité significative de chaleur récupérable).  Distillation à simple effet: Principe simple : il reproduit le cycle naturel de l’eau.
  • 10.  Distillation à multiples effets (MED): L'évaporateur MED est constitué de plusieurs cellules simples consécutives, dans lesquelles on diminue la pression (et la température) du premier (chaud) au dernier (le froid).
  • 11. Amélioration du rendement par rapport à la première. Amélioration significative de l’efficacité du système apportée par la ‘compression de vapeur’ Capacité typique: 10 000 m³/jour. Coût correspondant: 0.64 €/ m³. Capacité max. en service: 272 520 m³/j (Al Hidd 2, Arabie Saoudite)
  • 12.  Procédé par détentes successives ou procédé Flash (MSF) Cette technologie est apparue en 1960 pour faire face aux problèmes d’entartrage que connaissaient les procédés MED. Capacité typique : 25 000 m³/jour Coût correspondant : 0.88 €/ m³ Capacité max. en service : 880 000 m³/j (Shoaiba 3, Arabie Saoudite)
  • 13. Distillation par compression de vapeur (MVC) Capacité typique : 3 000 m³/jour. Coût correspondant : 0.56€/ m³ Capacité max. en service 80 000 m³/j (Azzawiya, Libye)
  • 14. II.2- Procédés membranaires:  Electrodialyse (ED)
  • 15.  Osmose inverse (RO) Il existe différentes techniques de filtration de l’eau (filtration conventionnelle, microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, osmose inverse). Le cas extrême est l’osmose inverse qui arrête tous les solutés contenus dans l’eau mais laisse passer le solvant.
  • 16. La pression osmotique π est donnée par : π.V = n.R.T π = i.C.R.T Exemple : avec l’eau de mer à 35 g/L à 20°C : i=2 ( Cl- et Na+), MNaCl=58.5 g/mol π = 2x35/58.5x0.082x293 = 28.7 bar => pression mini pour filtrer l’eau de mer. Capacité typique : 6 000 m³/jour. Coût correspondant : 0.56 €/m³ Capacité max. en service : 375 000 m³/j (Sulaibiya, Koweït)
  • 17.  Distillation membranaire (MD)  technologie émergente pour le dessalement. Elle diffère des autres technologies membranaires : la force agissante pour le dessalement est le DPvap à travers la membrane, plutôt que la pression totale.  Les membranes de MD sont hydrophobes (la vapeur d'eau passe mais pas l'eau liquide). On s’attend à un coût total $0,50/m3.  technique encore à l’état expérimental.
  • 18. II.2- Procédés hybrides: Combinaison de 2 ou 3 procédés pour fournir une meilleure solution technico-économique. Cas de 3 éléments: — une unité de distillation en général « multiflash » (MSF) ; — une unité d’osmose inverse OR ; — une centrale thermique.
  • 19. Une seule usine de ce type : Fujairah 1, E A U coût estimé à 0.41€/m3 Capacité maximale en service : 454 000 m³/j
  • 22. III- SOLAIRE ET DESSALEMENT
  • 23. III.1- Distillation solaire  Technique très ancienne.  la plus grande réalisation en 1872 prés de Las-Slinas (nord du Chili): Modèle fabriqué par Carlos Wilson, un ingénieur Suédois, Une surface vitrée de 5000 m2, Production : jusqu'à 20 m3/j d'eau douce à partir d'une eau saline contenant 140g/l.  Au début des années 30, Tifinov proposa un distillateur incliné.  Maria Telks inventa en 1945, un distillateur solaire de forme sphérique.  En 1969, Cooper proposa une simulation pour analyser les performances d'un distillateur solaire type serre.  Depuis les années 70, plusieurs autres types de distillateurs ont été élaborés et étudiés.
  • 24. III.2- Les différents types de distillateurs solaires Deux grands groupes : o La surface de condensation est également la couverture transparente au rayonnement solaire (mode direct), o la surface de condensation est séparée du chauffage de l’eau (mode indirect).  Distillateur d'urgence:
  • 25.  Distillateurs solaires à effet de serre:
  • 26.  Distillateur solaire incliné à cascades Deux avantages : la lame d’eau est très faible, l’orientation par rapport au rayonnement incident se rapproche davantage de l’optimum.
  • 28. Distillateur solaire à étages multiples avec récupération de chaleur:
  • 29. III.3- EXPLOITATION: Distillateur solaire direct: faible productivité (environ 4 l/jour/m²) coût de production élevé (entre 6,5 et 13 €/m3), Technique réservée aux installations de petite taille et loin de toute autre source d’énergie. Capacité typique: 1 m3/jour Coût correspondant :10€/ m³ Capacité maximale en service :36 m3/jour (Gwadar 2, Pakistan)
  • 30. Distillateur à effets multiples associé à des capteurs solaires
  • 31. Osmose inverse et énergie solaire photovoltaïque: • Le procédé utilise uniquement de l’énergie électrique ou mécanique; •il est relativement simple (une pompe haute pression); •il est le plus performant du point de vue énergétique soit 2kWh/m3 dans le cas de l’eau de mer. Exemple : unité de dessalement solaire « osmose inverse et photovoltaïque », village de Ksar Ghilène en Tunisie (village de 300 habitants situé dans le sud Tunisien).
  • 32.
  • 33.  Coûts du dessalement selon le type d’énergie (Karagiannis I.C., Soldatos P.G., 2008):
  • 34. EXPERIENCES MENEES A L’EMI SUR LA THEMATIQUE