Pourquoi et comment réduire les consommations d’énergie du dessalement par osmose inverse ?

Techniques Sciences Méthodes, Jun 2018

Le développement généralisé de la filière de dessalement d’eau de mer nécessite de produire de l’eau dessalée à un coût abordable et avec un impact environnemental maitrisé. Sur ces deux aspects, le défi industriel passe par une réduction des besoins énergétiques. C’est en effet la forte consommation électrique du dessalement qui est à l’origine du coût élevé et de l’impact environnemental important de cette filière.Différentes solutions techniques existent pour réduire la consommation électrique, tant au niveau du choix des équipements que de la conception générale des usines (systèmes de récupération d’énergie du concentrat, optimisation de l’agencement et de l’opération des tubes de pression…). Ces possibilités de réduction de la consommation énergétique sont examinées d’un point de vue technique, économique et environnemental, en prenant appui sur les réalisations mises en œuvre au sein des usines de dessalement construites et opérées par Veolia Environnement.

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Pourquoi et comment réduire les consommations d’énergie du dessalement par osmose inverse ?

Pourquoi et comment réduire les consommations d'énergie du dessalement par osmose inverse ? ■ F. VINCE 1 S. DE BATZ 0 0 Veolia Eau Direction Technique , 1 rue Giovanni Battista Pirelli - 94410 Saint Maurice , France 1 Veolia Environnement R&D , 17-19 avenue La Pérouse, 75116 Paris , France. Mél. : Mots-clés : dessalement, osmose inverse, énergie, système de récupération d'énergie Introduction Au cours des 50 dernières années, la conjonction de trois facteurs : croissance démographique, développement économique et urbanisation a entraîné un nombre grandissant de situations de stress hydrique, que ce soit au niveau mondial ou plus localement en France [ 1, 2 ]. Face à la crise de l’eau à venir, le dessalement d’eau de mer, notamment grâce au procédé membranaire d’osmose inverse, représente une alternative majeure pour assurer l’approvisionnement en eau potable des zones côtières. L’eau de mer et l’eau saumâtre sont en effet disponibles en quantités illimitées. La technique de potabilisation est par ailleurs éprouvée. Sachant que 40 % de la population mondiale vit à moins de 60 km des côtes [ 3 ] et que les ressources en eau saumâtre existent jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres dans les terres, la localisation de ces ressources ne constitue pas non plus un problème pour l’approvisionnement des populations en situation de stress hydrique. À ce titre, le dessalement représente une solution clé pour pérenniser l’accès à l’eau potable pour tous [ 4 ]. Son utilisation est en plein développement avec une capacité installée en 2006 qui devrait plus que doubler d’ici à 2015, pour atteindre 100 millions de m3/jour avec 64 millions de m3/jour pour le dessalement par osmose inverse [ 5, 6 ]. Dessaler de l’eau mer est complexe, ce qui nécessite de mettre en oeuvre des procédés de traitement de l’eau avancés et engendre des coûts et des impacts environnementaux importants [ 7 ]. Les récents appels d’offre (Sydney par exemple) ont d’ailleurs montré l’importance du volet environnemental dans le domaine du dessalement. Pour favoriser le développement du dessalement, il est aujourd’hui obligatoire de minimiser son coût mais surtout son impact environnemental. Cet article se concentre sur le dessalement membranaire par osmose inverse et explore les solutions technologiques permettant de minimiser son coût et ses impacts. À ce titre, l’optimisation de la consommation électrique apparaît comme un élément déterminant. 1. Évaluation de la consommation énergétique du dessalement 1.1. Importance de la performance énergétique Veolia Eau a estimé les consommations électriques moyennes de chacun des procédés constituant les filières de production d’eau potable, à partir d’une analyse énergétique menée sur plusieurs sites. Les consommations de chaque procédé permettent de bâtir des moyennes de consommations par filière type, qui sont résumées dans le tableau I. Les consommations par filière n’incluent pas le pompage de l’eau brute, ni la distribution de l’eau potable vers le réseau. Cet audit énergétique montre que la production d’eau par dessalement d’eau de mer est de loin la solution la plus consommatrice d’énergie électrique avec une consommation 20 fois plus élevée que les traitements conventionnels d’eau de surface. Dossier : Eau potable changements climatiques * électricité + équivalent électrique de la chaleur 1.1.1. Influence de la consommation électrique sur les coûts du dessalement Étant donnée la forte consommation d’électricité par m3 produit, la facture électrique représente la majorité du coût opératoire des usines de dessalement. En 2006, le coût moyen de l’eau produite par osmose inverse sur les grandes usines était compris entre 0,5 et 1 $/m3 dont plus de 50 % pour la facture électrique [ 8 ]. 1.1.2. Influence de la consommation électrique sur les impacts environnementaux du dessalement Un outil d’évaluation environnementale a été développé au sein de Veolia Eau, permettant d’appliquer la méthode normalisée ISO 14040 d’analyse de cycle Contexte local Salinité de l’eau de mer : TDS = 37 g/l Salinité max en sortie : TDS = 0,5 g/l Température moyenne = 20°C Durée de vie de l’usine = 20 ans Pompage en mer : HMT = 40 m Clarification Conso électrique totale =15 Wh/m3 Coagulant : 15 g/m3, floculant : 0,4 g/m3, Filtre bicouche (sable/anthracite) Préfiltration : HMT = 10 m Consommation électrique = 20 Wh/m3 Dose séquestrant= 1,8 g/m3 de vie (ACV) à la production d’eau potable [ 9 ]. L’approche « cycle de vie » consiste à considérer l’ensemble des impacts environnementaux générés par un service ou un produit (dans le cas présent, la production d’un m3 d’eau potable) « depuis le berceau jusqu’à la tombe » c’est-à-dire depuis l’extraction des matières premières nécessaires à sa fabrication, lors de son utilisation et jusqu’à son démantèlement [ 10 ]. Cet outil permet d’évaluer les impacts environnementaux de l’ensemble des filières de production d’eau potable et, au sein d’une filière, d’ide (...truncated)


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F. Vince, S. De Batz. Pourquoi et comment réduire les consommations d’énergie du dessalement par osmose inverse ?, Techniques Sciences Méthodes, pp. 75-86, Issue 9, DOI: 10.1051/tsm/200709075