Valorisation des saumures

Valorisation des saumures​ : marais salants

Afin de diminuer l'impact environnemental de notre usine, nous avons donc choisi de valoriser nos saumures par les marais salants. Dans cette partie, nous allons calculer la surface des marais salants :

- dans le cas du scénario 1 :  c'est à dire que nous utilisons les rejets de saumures du procédé d'osmose inverse seul. (OI)
- dans le cas du scénario 2 : C'est-à-dire que nous utilisons les rejets de saumures (plus concentrés) du procédé d'osmose inverse couplé à la DMV. (OI+DMV) ( cf.
 la partie procédé de réduction des saumures, distillation membranaire sous vide).

1. Généralités sur les marais salants

Les marais salants permettent de récolter le sel par cristallisation. Ces sels sont obtenus  par évaporation naturelle de  l'eau de mer sous l'action combinée du soleil et du vent. 

Etapes de fonctionnement d'un marais salant

La figure 1 illustre les étapes de fonctionnement d'un marais salant :

Figure 1 : Etapes de fonctionnement d'un marais salant
(Collège les Aurains FUMAY, n.d.)

- L’eau de mer pénètre dans le marais par un canal (1) appelé l’étier
- L’étier alimente le réservoir du marais, la vasière ou le vasais (2). Celle-ci mesure plus de 1 m de profondeur. L’eau de mer s’y débarrasse de la vase, des algues, des poissons.
- L’eau pénètre ensuite dans un bassin découpé, plus petit, plus bas et moins profond que la vasière. C’est la métière ou le cobier (3).
- Puis, l’eau passe dans les fares ou tables courantes (4) : ce sont de grands bassins, peu profonds. L’eau y est ralentie par des chemins d’argile pour mieux s’évaporer et se concentrer en sel.
- L’eau circule ensuite dans des couloirs, les adernes (5). Ils servent à conduire l’eau saturée  en sel au cœur de la saline, au niveau le plus bas.
- Après avoir parcouru plusieurs kilomètres, l’eau arrive dans le champ du marais (6) 
constitué de muants, nourrices et aires saunantes: l'eau arrive saturée en sels dans des tables salantes rectangulaires où la cristallisation s'effectue. La profondeur est de quelques centimètres. Le paludier, ou saunier effectue la récolte du sel cristallisé dans les œillets (7).

Le lien suivant mène vers une animation sur le fonctionnement des marais salants. (Ecomusée du marais salant).

Le tableau 1 résume le rôle et les concentrations en sortie de chaque étapes.

Tableau 1 : Rôle et concentration en sortie de chaque bassin

  Rôle Concentration en sortie de bassin (valeurs indicatives)
Vasière

stockage de l'eau de mer pour 2 semaines de fonctionnement

35 à 50 g/L
Métière

Décantation de la vase
Concentration de la saumure

50 à 80 g/L
Fares

Concentration de la saumure
Dépôts des carbonates

80 à 180 g/L
Champ du marais

Concentration de la saumure
Dépôts des sulfates

180 à 280 g/L
Oeillets

Concentration finale de la saumure pendant la cristallisation du NaCl

280 à 380 g/L

Ainsi, dans le cas du scénario 1, l'eau des rejets de saumure réalise toutes les étapes du marais salant alors que dans le cas du scénario 2, l'eau des rejets de saumure réalise la dernière étape uniquement puisque celle-ci est concentrée à 325,9 g/L.

Saturation en sels de la saumure (seuils de cristallisation)

En chimie des solutions, la saturation est la concentration à partir de laquelle une substance ne peut plus se dissoudre dans un solvant qui est l’eau dans le cas du marais salant. Ce point de saturation dépend de la température, de la nature du solvant :l’eau et du soluté : chaque sel, dans notre cas.

L’objectif du marais salant est de concentrer les sels en faisant évaporer l’eau jusqu’à atteindre les seuils de saturation au-delà desquels les sels se cristallisent. Pour NaCl, le seuil de cristallisation est de 300 à 320 g/l.

Cristalisation fractionnée

Le but des marais salants est de récolter le chlorure de sodium (NaCl) dans les œillets. La concentration de saturation est variable selon les sels :

- Si le sel est peu soluble dans l’eau (cas des sels de Calcium),la saturation est plus rapide et une cristallisation se produit très tôt dans le circuit du marais salant.
- S’il est très soluble, la cristallisation ne s’effectue que lorsque les concentrations seront fortes (cas du chlorure de Magnésium).

Pour plus de détails sur la cristallisation fractionnée cliquez ici.

 

Par la suite, la surface nécessaire pour pouvoir évaporer l'eau et faire cristalliser le sel est calculé  en considérant uniquement un grand bassin de surface S qui sert de marais salant.

2. Surface nécessaire des marais salants

Formule de Rohwer

En tenant compte de l’effet du vent, le taux d’évaporation E (en mm/jour) d’un plan d’eau pure peut donc s’exprimer à l’aide de la formule synthétique suivante : 

$ E = 0,484.(1 + 0,6 u)\exp(\frac{17,27.t}{(237,3 + t)}).(1 – \frac{Hr}{100}) $
avec : 
u (m/s) : vitesse du vent
t (°C) : température de l'air
Hr (%) : humidité relative de l’air

Pour plus de détails quant à l'obtention de cette formule, cliquez ici.

Calcul de l'évaporation E

Conditions:

u = 5 m/s soit 18 km/h (cf. partie éolien terrestre)
t = 13,5 °C (cette température a été calculée sur 6 ans, Climat-Vendée)
Hr  = 65% (cette valeur a été fixée et supposée constante)

Ainsi pour une suface d'1 m2, 

 $ E = 1,08 mm/jour $

Calcul de la surface des marais marais salants

Rappel des données:

Tableau 2 : Débit et concentration des saumures pour les 2 scénarios

  OI OI+DMV
Débit de rejets des saumures Qsaumures(m3/j) 40824 4989,6
Concentration des saumures Cconcentration(g/L) 71,7 325,9

A l'entrée du marais salant, dans le cas de la RO, nous avons un débit de 40824 m3/j avec une concentration en sel de 71,7 g/L. Pour arriver à saturation dans les oeillets, on fixe la concentration de saturation à 330 g/L car il ne faut pas dépasser 380 g/L. 

Le débit à évaporer Qévap se calcule de la manière suivante:

$ Q_{évap} = Q_{saumures}. ( 1- \frac{C_{saumures}}{330}) $ 

La surface des marais salants est obtenue par la relation suivante:

$ S=\frac{Q_{évap}}{E} $ avec E = 0,00108 m/j

Tableau 3 : débit évaporé et surface des marais salants

  OI OI+DMV
Qévap (m3/j) 31954,1 343.6
S (m2) 2,958.107 57400
S (ha) 2958 5,74
 

Conclusion

Ainsi, nous obtenons une surface de 2958 ha pour le scénario 1 et une surface de 5,74 ha pour le scénario 2. La construction du marais salant n'est pas envisageable pour le scénario 1. En revanche, elle pourra être effectuer dans les conditions du scénario 2. Ces 5,74 ha seront à prendre en compte dans la superficie de l'usine  égale à 20 ha. (cf. implantation de l'usine).

3. Utilisation du sel

La production de sel cristallisé en France représente environ 2000 kt de sels par an. Le tableau 4 représente la production de sels cristallisés en 2009 et 2010.

Tableau 4 : Production de sels en 2009 et 2010
(CSF, 2009)

Année 2009 2010
Total de sel cristallisé (kt) 2121 2600

 

La figure 2 représente la répartition des ventes de sels cristallisés :

Figure 2 : répartition de vente de sel cristallisé en France par applications
(CSF, 2009)

Etant donné que les rejets de saumure peuvent contenir des produits de corrosion (chrome, nickel, molybdène, cuivre....) ainsi que des réactifs utilisés (antitatres, antimousses, produits anticorrosion, coagulants, composés organochlorés..., (cf partie déchets générés par l'usine, les saumures), le sel produit sera uniquement utilisé pour le déneigement.

Les ventes de sels connaissent une hausse spectaculaire notamment pendant les périodes hivernales où la demande en sel est d'autant plus élevée. Nous allons donc calculé la production de sels que nous allons produire:

En supposant un rendement de 100% (avec recyclage des saumures),  nous obtenons une production de :

 $ m_{prod} = Q_{saumures}. C_{saumures} * 365 = 5900 kt $

Or selon le comité des salines de France, la France utilise entre 1 à 2 millions de tonnes de sels chaque année pour déneiger les routes. Nous pouvons conclure que nous avons probablement surdimensionner la production (le débit est supposé constant)