Bureau d'Etudes Industrielles "Energies Renouvelables et Environnement"

Comparaison de deux méthodes : osmose inverse et distillation



1) Avantages et inconvénients des 2 procédés

source:http://www.h2o.net/magazine/dossiers/infrastructures/gestion/mauritanie/francais/nouakchott_6.htm,consulté: 11/02/07



Avantages de la distillation :

La distillation nécessite une maintenance peu importante par rapport au dessalement par osmose inverse et ne requiert aucun additif chimique lors de l'étape de prétraitement. Cette technologie produit une eau de haute qualité avec moins de 10 mg/l de solides dissous.


Inconvénients de la distillation :

Le procédé de distillation, particulièrement la distillation MSF, est très coûteux. Elle demande des connaissances technologiques très importantes et nécessite enfin l'utilisation de produits chimiques, comme les acides.




source: Le dessalement de l'eau de mer, magazine de la chronique scientifique. N°4/Juillet-Août/2005/Recherche&Développement, VEOLIA, consulté 04/12/06


Avantages de l'osmose inverse:

L’avantage principal est bien entendu le faible coût d'investissement et énergétique (voir ci-dessous) d’un tel procédé.


Inconvénients de l'osmose inverse :

L’énergie consommée par la pompe de gavage est importante.

Les pertes en eau sont très importantes. En effet, le rétentat qui contient tous les sels qui n'ont pas traversé la ou les membranes, représente environ 25% du débit entrant, pour des installations industrielles. Cette eau contient alors trop de sel pour l'agriculture, et est donc perdue.

L’ eau produite par ce procédé contient trop peu d’ions. Elle nécessite une reminéralisation après le traitement pour être propre à la consommation.

Le point critique de l'osmose inverse est le prétraitement. Une mauvaise qualité de l'eau prétraitée réduit la durée de vie des membranes (environ 3 ans pour une membrane bien entretenue) qui représentent une part importante de l'investissement.



Il faut aussi noter que:

- l'électricité est la source d'énergie exclusive. La loi de Fick montre que la consommation d'énergie est proportionnelle à la salinité. Le dessalement par osmose inverse de l'eau de l'océan Indien (35 g/L) est donc moins onéreux que celui de l'eau du Golfe persique (50 g/L). L'investisseur, ayant une préférence pour cette technique, aura donc un grand intérêt à inventorier les sources d'eaux saumâtres disponibles, avant de retenir l'eau de mer comme matière première ;

- la salinité du perméat, de l'ordre de 500 mg/L, est plus forte que dans le cas de la distillation. Dans les cas les plus difficiles, l'installation d'une deuxième unité d'osmose en aval de la première est nécessaire. Cette deuxième unité est évidemment beaucoup moins importante et donc moins onéreuse que la première.


2) Aspect économique   


Pour estimer les coûts énergétiques des deux procédés, il faut calculer la puissance dissipée. On pourra ainsi comparer les deux méthodes de dessalement et déterminer laquelle est plus économique.

Comme objectif premier et pour nos calculs, nous avons décidé que notre usine devra produire entre 5 et 10% des besoins en eau potable de l'île de la Réunion, soit une production de 10 000 m³ par jour.

L'eau de mer pompée de l'océan Indien a les caractéristiques suivantes:

T = 20°C

s = 35 g/l


Distillation :


P = mCpΔT + mΔHv (2)


avec m: débit massique

Cp: capacité calorifique massique à pression constante

ΔHv: chaleur latente de vaporisation


Les valeurs données par la Handbook, à pression atmosphérique pour l'eau sont:

Cp : 4,18 kJ/kg.K

ΔHv : 2257,92 kJ/kg.


Le site internet http://isitv.univ-tln.fr/~lecalve/oceano/fiches/fiche3C.htm nous donne pour une température de l'eau de mer de 20°C et une salinité de 35g/l, une masse volumique de 1024,81kg/m³.


Calcul : P = 277,3 MW


Osmose inverse :


Tous les procédés d'osmose inverse nécessitent deux pompes: une pompe volumétrique et une pompe centrifuge(figure 8).

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 Figure 9: Schéma détaillé d'unité d'osmose inverse (d'après le site de GLS industrie)



Il est beaucoup intéressant économiquement de travailler avec deux pompes. En effet, une pompe haute pression et haut débit est très coûteuse. Toutes les unités actuelles travaillent donc avec deux pompes: une pompe volumétrique qui fournit des débits faibles et des pressions élevées et une pompe centrifuge qui fournit des débits élevés mais des pressions relativement faibles. Le couplage de ces deux pompes permet donc de travailler aux conditions requises pour l'osmose inverse, haute pression et débit élevé.


Pour un procédé à membranes, la puissance est définie par la relation:


P = ρgQHm = P'*Q (3)


avec Q : débit en eau dessalée

Hm : charge manométrique de l'eau de mer ( Hm = P'/(ρ*g) )


Pour qu'une unité d'osmose inverse fonctionne normalement, il faut travailler environ à deux fois la pression osmotique (explications données ci-dessus).

D'après la relation 1, nous trouvons pour une eau à 20°C avec une salinité de 35 g/l, une pression osmotique de 29,14. Nous avons donc pris une pression de travail de 60 bars.


D'après les données du problème, nous avons choisi pour chaque pompe les caractéristiques suivantes:


Pompe volumétrique (ou pompe haute-pression) :

Q'1 = 10 000 m³/j

P'1 = 60 bars


Pompe centrifuge (ou turbo-pompe) :

Q'2 = 100 000 m³/j

P'2 = 1 bar


La puissance consommée totale devient donc :


Ptot = Q'1*P'1 + Q'2*P'2


Calcul = 810,2 kW





3) Impact environnemental


D’un point de vue environnemental, le dessalement de l’eau de mer  est préférable au pompage des nappes souterraines ou des eaux de surface. Plus particulièrement, pour les nappes souterraines fossiles: l’homme ne connaît pas bien encore le rôle de ces nappes sur l’environnement. 


A côté du besoin en énergie dont a besoin le procédé, les usines de dessalement produisent des saumures très salées dont elles doivent se débarrasser. Ces concentras sont classées par l’Agence de protection de l’environnement américaine comme déchets industriels. Ces saumures très salées ont la capacité d’appauvrir les écosystèmes, particulièrement certaines régions de  milieux marins  où la turbidité faible et une évaporation importante donnent une salinité déjà élevée à l’eau de mer. Comme exemple, on pourrait citer le golfe persique, la mer rouge et plus particulièrement les lagons de corail et les îles tropicales un peu partout sur la planète.

Les procédés de dessalement utilisent aussi des additifs antisalissures ou anticorrosion pour l'entretien des installations. Enfin, comme toutes les industries, une usine de dessalement a un impact visuel et sonore sur l'environnement et émet des gaz à effet de serre dérivant de la consommation d'énergie.