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.