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)