Procédés de réduction de la salinité

Procédés de réduction de la salinité

Afin de diminuer l'impact environnemental des saumures et leurs rejets en mer, il convient d'étudier des moyens de réduire la concentration en sels. 

Dilution des saumures

Dilution des saumures

Etant donné qu'il n'existe actuellement pas de réglementations concernant les rejets de saumures, en général la saumure des usines de dessalement est rejetée directement dans la mer ou associée aux rejets de l’eau de refroidissement des centrales ou aux effluents des stations d’épuration. 
Dans cette partie, nous avons donc réaliser l'étude de faisabilité de 2 scénarii à savoir la :

Dilution avec un effluent de station d'épuration

Dilution avec un effluent de station d'épuration

 

Mélanger  la saumure aux effluents de station d’épuration est une des solutions préférable au rejet direct dans la mer. Nous allons donc réaliser l'étude de faisabilité de ce mélange avec notre usine de dessalement. 

1. Localisations des stations d'épuration

L'usine de dessalement se situe donc dans la commune de la Barre de Monts et au nord de la commune de Notre-Dame-des-Monts. ( cf. implantation de l'usine pour plus de détails)

Le tableau 1 représente les caractéristiques de toutes les stations d'épuration en Vendée:

Tableau 1 : Caractéristiques des stations d'épuration en Vendée
(SCOT du Nord Ouest en Vendée, n.d.)

Pour plus de précisions sur les stations, le fichier excel suivant recense les caractéristiques de toutes les stations en Vendée. La figure 1 représente les stations d'épuration à proximité de l'usine. Dans le tableau 1, les stations d'épuration surlignées en bleu sont celles qui se situent dans les communes de Noirmoutier-en-l'Ile et Barbâtre, celles surlignées en jaune se situent dans les communes de la Barre de Monts et Notre-Dame de-Monts et celle surlignée en rose se situe dans la commune de Beauvoir sur Mer.

Figure 1 : Localisation des stations d'épuration à proximité de l'usine de dessalement
(MEDDE, 2013)

Les caractéristiques de la Grande Côte, dans la commune de la Barre de Monts (figure 2), de la Parée Grollier dans la commune de Notre-Dame-des-Monts (figure 3), la Casie, Barbâtre (figure 4), la Salaisière, Noirmoutier-en-l'île (figure 5) et route de la Barre, Beauvoir sur Mer (figure 6) sont représentées ci dessous :

Figure 2 : Caractéristiques de la Grande Côte, La Barre de Monts en 2011
(MEDDE,2013)

Pour plus de détails sur les précédentes années, cliquez ici.

Figure 3 : Caractéristiques de la Parée Grollier, Notre-Dame-des-Monts en 2011
(MEDDE, 2013) 

Pour plus de détails sur les précédentes années, cliquez ici.

Figure 4 : Caractéristiques de la Casie, Barbâtre en 2011
(MEDDE, 2013)

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Figure 5 : Caractéristiques de la Salaisière, Noirmoutier-en-l'ile en 2011
(MEDDE, 2013)

Pour plus de détails sur les précédentes années, cliquez ici.

Figure 6 : Caractéristiques de Route de la Barre, Beauvoir sur Mer en 2011
(MEDDE, 2013)

Pour plus de détails sur les précédentes années, cliquez ici.

Le tableau 2 résume les données importantes utilisées par la suite:

Tableau 2 : Caractéristiques de la Grande Côte et de la Parée Grollier

  La Grande Côte La Parée Grollier La Casie  La Salaisière Route de la Barre
Capacité nominale (EH) 11333 14300 18000 37417 8000
Débit de référence (m3/j) 1700 2400 2850 7400 1878
Production  de Boues (tMS/an) 69 62 74 278 51
distance par rapport à l'usine (km) 4 1 9,7 23,6 11

 

2. Calcul du taux de dilution

Ayant le débit total des 5 stations d'épuration $Q_{tot}$, nous pouvons donc calculé le taux de dilution :

$ Q_{tot} = 16228\space m^3/j $
Or le débit de nos rejets de saumures est de
$ Q_{saumure} = 40828\space m^3/j $ (cf dimensionnement de l'usine)

$\tau_{dilution}=\frac{Q_{tot}+Q_{saumure}}{Q_{tot}}= 1,397$

La salinité des rejets de saumures est de 71,708 g/L. (cf dimensionnement de l'usine). Après dilution, la salinité est de : $ TDS_{saumures}=\frac{71,708}{1,397}= 51,33\space g/L $

Ainsi, ces 5 stations d'épurations nous permettent de diluer le taux de rejets de saumures à 51, 33 g/L 

 

Conclusion

Au vu du tableau 2, certaines stations d'épurations sont trop éloignées de l'usine ( La Salaisière, la Casie et Route de Barre) et la construction de tuyau jusqu'à l'usine ne serait pas envisageable et reviendrait à un coût économique très élevée. 

Nous avons donc conclu que cette méthode de dilution des saumures n'était pas envisageable.

 

Récupération des eaux de pluie

Récupération des eaux de pluies

 

Les données de la qualité de l'air ainsi que celles des précipitations sont basées sur les données de la commune de la Roche sur Yon, commune proche de la Barre de Monts (cf figure 1)

Figure 1 : Distance entre la Barre de Monts et la Roche sur Yon
(Google map, 2013)

1. Qualité de l'air

La qualité de l’air est un paramètre important car certains polluants atmosphériques tels que le dioxide de soufre (SO2) et les oxydes d’azotes (NOx),sont responsables d’une acidification de l’eau de pluie par la formation d’acide sulfurique et d’acide nitrique au contact entre les polluants et les gouttes. Afin d'obtenir des données sur la pollution de l’air dans la commune de la Roche sur Yon, nous avons consulté le site internet de la qualité de l'air dans les Pays de la Loire.​

Le calcul des indices de la qualité de l'air est défini au niveau national sur la base de seuils réglementaires par l'arrêté du 22 juillet 2004 relatif aux indices de qualité de l'air entré en vigueur au 1er janvier 2005.
Pour les agglomérations de moins de 100 000 habitants, il s’agit de l’indice IQA (« indice de qualité de l’air simplifié »), calculé sur la base d’un à quatre sous-indice(s). Cet indice prend en compte quatre polluants : le dioxyde de soufre (SO2) , le dioxyde d’azote (NO2) , l’ozone (O3) et les particules en suspension d’un diamètre inférieur à 10 microns (PM10). Son calcul n'est pas obligatoire pour les ville de moins de 100 000 habitants, ce qui est le cas pour la Roche sur Yon. Les indices sont attribués comme suit :

Tableau 1 : Grille de calcul des sous indices de qualité de l'air et qualificatif associés
(Air Pays de la Loire, 2013)

Les résultats des indices de la qualité de l'air entre les années 2001 et 2011 sont répertoriés dans la figure 2:

Figure 2 :  Indice de la qualité de l'air dans la commune de la Roche sur Yon entre les années 2001 et 2011
(Air Pays de la Loire,2013)

Dans l'ensemble la qualité de l'air dans la commune de la Roche sur Yon est plutôt bonne. En effet, sur les 10 années analysées, les indices considérés comme mauvais  à très mauvais sont inférieurs à 1 %, les indices considérés comme moyen à médiocre sont inférieurs à 30% et enfin les indices bon à très bon sont supérieurs à 70 %. 

2. Précipitations

Les relevés pluviométriques entre 2008 et 2012 de la commune de la Roche sur Yon, commune proche de la Barre de Monts où est localisée notre usine de dessalement sont représentées dans la figure 3:

Figure 3 : Cumul annuel de précipitations dans la commune de la Roche sur Yon
(Climat-Vendée, 2013)

Nous remarquons que les précipitations sont comprises entre 750 mm et 1000 mm chaque année. Le cumul annuel de précipitations moyen durant ces 5 années est de 842,24 mm.  Dans la figure 2, nous remarquons que le mois où le cumul de précipitations le plus élevé est le mois de décembre alors qu'entre les mois de mai à septembre, le cumul reste inférieur à 100 mm. Nous remarquons de plus que le cumul est variable chaque année.

Figure 3 : Cumul mensuel de précipitations pour les années 2012 et 2009 dans la commune de la Roche sur Yon
(Climat-Vendée, 2013)

3. Surface de toiture de l'usine

Comme l'on fait le binôme 2 pour le dimensionnement des énergies renouvelables, la surface de toiture est supposée recouverte de panneaux photovoltaïques et estimé à 1ha, soit 10000 m2.

4. Volume d'eau récupérable

Le volume d'eau récupérable est défini selon la relation suivante:

$ V_{récupérable} = P. S.C_r. C_f $

avec V le volume récupérable en m3/an
        P la précipitation annuelle en m3/m2/an
       S la surface de toiture en m2
       $ C_r $ le coefficient de restitution égal à 0,75 pour les panneaux photovoltaïques ( cf tableau 2)
​       $ C_f $ le rendement hydraulique du système de filtration égal à 0,9 en supposant que le système est bien entretenu. (MEDDE, 2009)

 

Tableau 2 : Coefficient de restitution en fonction du type de toiture
(BEI 2010-2011 Amélioration de la gestion de l'eau sur le site de l'INP Toulouse Labège)

Type de toiture Coefficient de restitution (Cr)
Toit en matière dure (tuile, ardoise...) en pente 0,9
Toit ondulé en pente  0,8
Toiture en gravier 0,6
Toiture végétalisée 0,5
Panneux photovoltaïques 0,75

Ainsi:
- La précipitation annuelle moyenne durant les 5 ans est 0,84224
m3/m2/an
- La surface de toiture est de 10000 m2
- $ C_r =0,75 $
- $ C_f = 0,9 $

Finalement, $ V_{récupérable} = 5685,12\space m^3/an $ soit environ 15,6 m3/j

Conclusion

Au vu des résultats, le volume de pluies récupérable est très faible, soit environ 15,6 m3/j alors que le débit de rejets de saumures est de 40824 m3/j.

Nous avons conclu que la dilution par l'eau de pluie n'est donc pas envisageable.

Distillation Membranaire sous Vide

Distillation membranaire sous vide

La distillation membranaire sous vide (J.P., MERICQ, 2009) est un procédé hybride combinant à la fois un procédé thermique et un procédé membranaire. Une différence de pression transmembranaire est générée par une pression de vide côté perméat d'une membrane hydrophobe. Les molécules volatiles, ici l'eau, s'évaporent ainsi à l'interface liquide chaud/vapeur et traversent la membrane sous forme gazeuse. La recondensation a lieu à l'extérieur du module membranaire grâce à un condenseur.

Ce procédé va ici permettre de réduire le volume de saumure  et d'en augmenter la concentration en évaporant l'eau qu'elle contient​. Les objectifs sont de parvenir à concentrer ces saumures pour faciliter la cristallisation du sel et de permettre d'augmenter le rendement du dessalement afin de réduire le volume d'eau de mer pompée et ainsi, en diminuer la consommation énergétique.  

Dimensionnement

Dimensionnement de l'installation

Le couplage de l'osmose inverse avec la distillation membranaire sous vide devrait permettre à terme de diminuer la consommation énergétique globale du procédé de dessalement et de faciliter la cristallisation des sels. Afin d'estimer les coups engendré par l'installation de ce procédé, il faut le dimensionner.

1. Conditions, hypothèses

Il existe, à ce jour, très peu de membranes destinées à la distillation membranaire. Pour dimensionner ce procédé, nous nous sommes basés sur les caractéristiques d'une membrane hydrophobe produite par Millipore. Les données sont consignées dans le tableau 1. Le choix de la membrane et des conditions opératoires doivent répondre à de nombreuses conditions.

Tableau 1 : Caractéristiques de la membrane

Matière PTFE
Taille moyenne des pores, µm 0,22
Epaisseur, mm 0,175
Porosité, % 40
Perméabilité de Knudsen​ à 20°C, s.mol-0,5.m-1.kg-0,5 3,26.10-6
Prix, €/m²  15 € (estimation pour une membrane produite à finalité industrielle)

Ce procédé doit permettre de traiter les saumures en sortie d'osmose inverse. Les caractéristiques de ces saumures sont données dans le tableau 2.

Tableau 2 : Caractéristiques de l'alimentation
Concentration en sels, g/L 71,7 
Débit, m3/j 22680

 

Les simulations sur l'influence de certains paramètres ont montrés que pour augmenter le débit de perméat, il fallait opérer à forte température côté alimentation et à faible pression côté perméat. De plus, travailler en régime turbulent côté alimentation permet de faciliter le transfert de matière à travers la membrane. Les paramètres retenus pour le dimensionnement figurent dans le tableau 3.

Tableau 3 : Conditions Opératoires
Pression côté perméat, Pa 2000
Reynolds côté alimentation 4500
Température côté alimentation, °C 45

2. Détermination de la surface de membrane nécessaire

Les hypothèses de calculs et les méthodes ayant conduit à l'estimation des paramètres utilisés sont données sur cette page. (J.P. Mericq, 2010)

Calcul du flux de perméat :

Pour le déterminer, la formule suivante a été utilisée :

$ J_{permeat} = \frac{K_m}{\sqrt{M_{eau}}}.X_{sel}.\alpha_{sel}.p_m(Tm) - P_p $

Avec Jpermeat le flux de permeat en L.h-1.m-2 
         $ K_m $ le coefficient de perméabilité de Knudsen en 
s.mol-0,5.m-1.kg-0,5
         
$ M_{eau} $ la masse molaire de l'eau en g.mol-1
            
$ X_{sel} $ la fraction massique en sels
        $ \alpha_{sel} $ l'activité de l'eau
        $ p_m(Tm) $ la pression de vapeur saturante de l'eau à la température Tm (Température de l'alimentation) en Pa
        $ P_p $ la pression imposée côté perméat en Pa   

 

Ainsi on trouve :

$ J_{permeat}= 10,7 L.h^{-1}.m^{-2} $

Détermination du débit de perméat :

Un facteur de concentration des saumures de 4,5 a été choisie puisqu'il permet de conserver environ 50% du flux de perméat initial ce qui impose un débit de perméat de :

$ Q_{permeat} = Q_{saumure}*0,78 $

Avec $ Q_{permeat}$ le débit de perméat 
         
Q_{saumure} $ le débit de saumure en entrée de DMV

Soit :

$ Q_{permeat} = {17690} m^3.j^{-1} $

Surface membranaire nécessaire :

$ S_{membrane} = \frac{Q_{permeat}}{J_{perm50}} $

Soit $ S=  139820 m^2 $

Avec Jperm50 le débit de perméat pour une concentration en sels égale à celle de la sortie de la DMV (L.h-1.m-2)

3. Demande énergétique de l'installation
 

Afin de connaître la rentabilité de ce procédé, la connaissance de la demande énergétique de la distillation membranaire sous vide doit être étudiée.

Le bilan énergétique de la DMV tient compte de trois puissances : la puissance de la pompe de circulation qui a été négligée ici (J.P. Mericq, 2010), la puissance de la pompe à vide Pv, et la puissance de chauffage Pc.

​La puissance de la pompe à vide est donnée par la formule suivante :

$ P_V = \frac{1,97.10^3}{\eta}.T_P.N_P.ln\frac{P_atm}{P_p} $
 

Avec NP débit massique de perméat (kg/s)
          PP pression de perméat ( 2000 Pa)
          Patm pression atmosphérique (1,013.105 Pa)
         TP température du perméat considérée comme égale à celle de l'alimentation (45°C)
         $\eta $ rendement de la pompe à vide (considéré égal à 0,8)

La puissance de chauffe est donnée par la formule :

$ P_c = F.\frac{\rho.C_p.(Ts -Te)}{\eta} $

Avec F débit de circulation dans l'alimentation (m3.s-1)
         Cp capacité calorifique d'alimentation (J.kg-1.K-1)
         Ttempérature de l'alimentation avant l'entrée dans le module membranaire (°C)
         $\eta$ rendement du système de chauffe

         
Le tableau 3 présente les résultats issus de l'analyse énergétique de la DMV et montre que le coût énergétique de la DMV réside essentiellement dans la puissance à fournir pour chauffer l'eau en alimentation.

Tableau 3 : Demande énergétique de la DMV
Puissance énergétique nécessaire au pompage à vide, kWh/m3 0,97
Puissance énergétique nécessaire au chauffage, kWh/m3 43

L'analyse énergétique du couplage de la DMV avec l'Osmose Inverse (figure 1) montre que ce procédé ne sera rentable que s'il est possible de trouver un moyen renouvelable pour chauffer l'eau d'alimentation de la DMV. Ainsi, dans la partie suivante, un couplage de la DMV avec les technologies solaires est étudié. 


Figure 1 : Diagramme représentatif de la demande énergétique du couplage OI +DMV

 

Couplage avec l'énergie solaire

Couplage avec l'énergie solaire

Le couplage DMV-OI est intéressant puisqu'il permet d'augmenter significativement le rendement de l'installation (passage de 0,50 à 0,89) et de concentrer les saumures avec un facteur 4,5. Néanmoins, du fait du chauffage de l'eau d'alimentation ce procédé est extrêmement énergivore. Pour rentabiliser ce procédé, un couplage avec l'énergie solaire est envisagé au vu du fort potentiel solaire de la zone sélectionnée (figure 1).

 

figure 1 : Carte de l'irradiation solaire de la Vendée
Figure 1 : Carte de l'irradiation solaire de la Vendée

​Une installation de panneaux solaires thermiques a été choisie pour assurer le chauffage de l'eau d'alimentation. La surface de panneaux a été choisie de façon a récupérer assez d'énergie en été pour parvenir à produire 40000 m3/j en été. Les caractéristiques retenues sont présentées dans le tableau 1

Tableau 1 : Caractéristique de l'installation solaire
Surface de panneaux, m² 200000
Rendement des panneaux 0,90*

* le rendement est surestimé, généralement les panneaux solaires thermiques ont des rendements de l'ordre de 50%

L'influence de la variation de l'irradiance au cours d'une année (figure 2) sur l'efficacité du procédé a été simulée. L'eau n'est pas suffisamment chauffée toute l'année jusqu'à la température optimale de fonctionnement (45°C). Il faut donc compenser en abaissant la pression de vide côté perméat (figure 3). Néanmoins, plus on diminue la pression de vide côté perméat plus on augmente le risque de mouillage de la membrane. Ainsi, il a été considéré que la pression de perméat ne doit pas être inférieure à 500 Pa au risque de diminuer le flux de perméat et, donc le débit d'eau produite (figure 5). 


Figure 2 : Evolution moyenne de l'irradiance au cours d'une année en Vendée

​La figure 2 donne l'énergie reçue par unité de surface en fonction du mois de l'année en Vendée. Ces données permettent de calculer la puissance disponible pour chauffer l'eau :

$ P_{disponible} = \frac{I S_{panneaux} }{\eta.24.30} $ 

Avec Pdisponible la puissance disponible pour la chauffe en kW
         I l'irradiance en kWh/m2/mois
        Spanneaux la surface des panneaux en m2
          $\eta$ le rendement de production d'énergie des panneaux solaires

Cette puissance est ensuite utilisée pour calculer la température à laquelle l'eau est chauffée grâce à la formule issue du mécanisme de transfert par diffusion d'Huisgen. De la même façon, la pression de perméat à appliquer pour conserver le même flux de perméat en sortie est calculée. La figure 4 permet de rendre compte de la méthode utilisée pour parvenir à ces résultats.


​Figure 3 : Evolution de la température de l'alimentation et de la pression de perméat au cours d'une année


Figure 4 : Méthode utilisée pour parvenir aux résultats

Le flux de perméat ayant permis de calculer la surface membranaire nécessaire (10,7 L.h-1.m-2) pour traîter l'effluent ne peut pas être atteinte toute l'année.Il s'en suit une diminution du débit total d'eau dessalée produite. Néanmoins, les débit produits suffisent à satisfaire les besoins de la région puisque 40000 m3/j sont produits en été et plus de 20000 m3/j au cours des autres saisons

Figure 5 : Evolution du flux de perméat issu de la DMV et du débit d'eau produite issu du couplage OI+DMV

Conclusion

Le couplage de la DMV avec l'énergie solaire est possible néanmoins le nombre de panneaux solaire requis est très important (20 ha). Une étude économique est nécessaire pour connaître la rentabilité du projet. De plus, pour parvenir à produire 40000 m3/j en été comme en hiver, il est possible d'augmenter la capacité de production de l'osmose inverse en augmentant le nombre de modules membranaires et le débit de pompage.

 

 

Aspect économique

Aspect économique

La rentabilité de ce procédé va maintenant être étudiée en comparant le coût énergétique et d'investissement de l'osmose inverse seule avec celui de l'osmose inverse couplée à la DMV, elle-même couplée à l'énergie solaire. 

1. Investissement 

L'investissement prend en compte le prix des modules membranaires, le prix des panneaux solaires et l'entretien.

Le prix des membranes d'Osmose Inverse et des membranes de distillation membranaire sous vide sont considérés égaux. On suppose qu'à l'échelle industrielle le prix est d'environ 15 € le mètre carré. On considère que les membranes sont changées tous les 15 ans. Ainsi on obtient un investissement de :

$ M(t) = 15.( S_{OI+DMV} - S_{OI} ) + \frac{t}{15}.( S_{OI+DMV} - S_{OI} ) $

Avec M(t) le prix de l'investissement pour les membranes cumulé sur t années
          SOI+DMV la surface de membranes d'OI et de DMV nécessaire pour le couplage de ces deux procédés
          SOI la surface de membrane d'OI sans le couplage des deux procédés

 

Le prix des panneaux solaires est considéré égal à 300 € le mètre carré. On considère un entretien de 10000€ par an. Ainsi on obtient un investissement de :

$ P(t) = 300* S_{ps} + 10000*(t-1) $

Avec P(t) le prix de l'investissement pour les panneaux solaires cumulé sur t années
          Sps la surface de panneaux

Finalement, on obtient la fonction d'investissement suivante :

$ I(t) = M(t) + P(t) = 15 ( S_{OI+DMV} - S_{OI} ) + \frac{t}{15}  ( S_{OI+DMV} - S_{OI} ) + 300* S_{ps} + 10000*(t-1) $

2. Bénéfices générés 

Les bénéfices générés reposent uniquement sur les gains énergétiques associés au couplage de la DMV avec l'OI contre l'OI seule. Le prix du kWh est considéré égal à celui de 2013 c'est-à-dire 0,0825 €/kWh avec un inflation de 2%/an. 

2.1 Coût énergétique de l'OI seule 

Les coûts énergétiques de l'osmose inverse proviennent essentiellement du pompage de l'eau de mer et de la mise sous pression de l'eau avant entrée dans les modules d'OI. 

$ RO(t) = P_{RO}.Q_{an}.t.0,0825.1,02^{t-1} $

Avec PRO la puissance à fournir pour traiter un mètre cube d'eau (kWh/m3
         Qan le débit traîté par an en m3/h

 

2.2 Coût énergétique du couplage de l'OI avec la DMV

Les coûts énergétiques de l'osmose inverse couplée à la DMV proviennent du pompage de l'eau de mer, de la mise sous pression de l'eau avant entrée dans les modules d'OI, et du pompage à vide. L'eau étant chauffée par les panneaux solaires, la puissance de chauffe n'est pas prise en compte dans les calculs.

$ DMV(t) =P_{DMV}.Q_{an}.t.0,0825.1,02^{t-1} $

Avec PDMV la puissance à fournir pour traiter un mètre cube d'eau (kWh/m3
        Qan le débit traîté par an en m3/h

2.3 Fonction de rentabilité

Finalement, en soustrayant le coût énergétique du couplage OI+DMV au coût de l'OI seule, on obient la fonction de rentabilité suivante :

$ R(t) = P_{RO}.Q_{an}.t.0,0825.1,02^{t-1}​ - P_{DMV}.Q_{an}.t.0,0825.1,02^{t-1}​ $ 

3. Bilan

La figure 1 montre qu'un retour sur investissement est prévu d'ici 16 années.


Figure 1 : Bénéfices générés par l'installation d'une DMV couplée à l'énergie solaire comparés à une installation classique d'Osmose inverse 

Le couplage OI+DMV est donc une installation de dessalement envisageable. Il reste désormais à savoir quelle est la destination de ce rejet (rejet en mer ou valorisation par cristallisation).

Modélisation du rejet

Modélisation du rejet

Le rejet issu de la DMV a été simulé afin d'étudier l'influence de la forte concentration en sels et du faible débit de la saumure issue de la DMV. Les conditions de cette simulation sont les mêmes que celles présentées dans la simulation de référence de la partie précédente : Modélisation numérique du rejet de saumures en mer. À la différence près que cette fois :

- la masse volumique du rejet est beaucoup plus importante :$\rho_{rejet}=1275~kg/m^3$ 
- la vitesse d'injection est moindre : $V_{injection}=0.6~m/s$ correspondant à un débit de $Q=4989,6~m^{3}/j $

On obtient un résultat très différent de la simulation de référence. En effet, cette fois-ci la vitesse d'éjection n'est pas assez importante pour apporter des conditions de mélange satisfaisantes. Les saumures ont tendance à retomber et on a des concentrations relativement importante proche du sol ce qui n'est pas sans conséquence sur les fonds marin.

Ainsi, si l'on souhaite rejeter en mer des saumures issus de la DMV il conviendrai de redimensionner notre installation. On pourrait par exemple réduire le diamètre de l'injecteur afin d'obtenir une vitesse d'éjection plus importante pour un même débit.

La simulation suivante montre qu'avec une vitesse d'éjection suffisante ($5~m/s$ ici) on obtient une dilution acceptable :

Bilan DMV

Bilan DMV

Le couplage de la DMV avec l'OI permet d'augmenter de façon significative le rendement de production d'eau potable (rendement doublé). Le débit de saumures est réduit de plus de 85 % alors qu'elles sont concentrées 4,5 fois. Ce couplage permet également de diminuer la consommation énergétique de l'installation.  

Tableau 1 : Bilan comparatif des procédés d'Osmose Inverse (OI) et du couplage avec la Distillation membranaire sous vide (OI + DMV)
  OI OI+DMV
Rendement, % 50 89
Débit d'eau potable, m3/j 40176 40010
Débit de saumure, m3/j 40824 4989
Concentration des saumures, g/L 71,7 325
Demande énergétique, kWh/m3

 

5,5

4

Quant au devenir du rejet issu du couplage OI+DMV, la modélisation sous Star-CCM+ a montré que la dilution du rejet était envisageable à condition que l'effluent ait une vitesse suffisante pour bien se mélanger. Pour cela, l'injection peut être réalisée avec des plus petites buses ou bien, la géomètrie de la buse peut être conservée en mettant en place des bassins de rétentions destinés aux saumures avec lachés d'eau périodique afin d'augmenter le débit de rejet.

La possibilité d'éviter le rejet par la mise en place de marais salants a été étudié. Ceci permet de réduire significativement l'impact environnemental de ces rejets.

Les limites de ce procédé sont :

  • L'énergie qu'il faut fournir pour chauffer l'eau dans l'alimentation qui se traduit par un champs de panneaux solaires extrèmement grand (plus de 20 ha !). L'implantation de sytèmes récupérateurs de chaleurs (échangeurs à plaques, à calandres) peuvent permettre de réduire cette valeur. De plus, l'analyse des coûts a montré que ce procédé restait rentable malgré l'implantation d'autant de panneaux. 
  • Le colmatage comme tout procédé membranaire. Des tests à l'échelle pilote sont nécessaires pour l'évaluer.
  • La surface membranaire nécessaire puisqu'il faut environ 140000 m2 de membrane. Le développement et la production de membranes destinées à l'industrie et adaptées à ce type de procédé devrait permettre à terme de réduire l'encombrement. La figure 1 permet d'illustrer ces propos en montrant que la surface de membrane décroit exponentiellement avec la perméabilité de Knudsen.


Figure 1 : Influence de la perméabilité de Knudsen sur la surface membranaire nécessaire au traitement de deux eaux de concentrations différentes