II. Un point sur la desalinisation 

A. Un peu de technique

La désalinisation peut-être effectuée selon plusieurs principes physiques : la distillation qui repose sur un changement de phase eau-vapeur, une séparation sel-eau faisant appel à des membranes semi-perméables où le moteur est soit la pression (osmose inverse), soit un champ électrique (électrodialyse).

La distillation
 

C’est le premier procédé qui a été employé. On chauffe de l’eau, et la condensation par refroidissement de la phase vapeur qui ne contient plus de sel produit de l’eau douce. Sous sa forme la plus simple (distillation à simple effet) c’est ce type de dispositif qui a tout d’abord été installé sur les bateaux : l’énergie pour le chauffage vient du diesel de propulsion ; le refroidissement est assuré par de l’eau de mer froide qui circule dans un échangeur ; des pompes récupèrent l’eau douce condensée et évacuent la saumure.

Pour de grandes installations, cette technique, coûteuse en énergie, a connu de nombreuses améliorations permettant de réutiliser une partie de la chaleur libérée par la condensation de la vapeur.

Deux systèmes occupent actuellement le marché : le système multiflash et la distillation multi-étages.

Dans le système multiflash l’eau est portée sous pression à une température de 120°C. Elle est introduite dans une enceinte à pression réduite où se produit une vaporisation immédiate. Une partie est condensée sur un condenseur. L’eau qui a fourni de l’énergie pour la vaporisation cesse de bouillir pour se mettre en équilibre avec la pression de vapeur régnant dans l’enceinte. Elle passe ensuite dans une deuxième enceinte soumise à une pression encore plus faible. Nouveau flash, nouvelle condensation, nouvelle enceinte où la pression est encore plus faible, etc. Une installation peut compter plusieurs dizaines d’étages flash.

Il existe deux autres systèmes : la distillation à multiple effet et la compression de vapeur. Pour cette dernière technique, on comprime la vapeur pour s’en servir comme fluide chauffant. C’est l’énergie électrique qui est utilisée pour la compression.

Les améliorations citées ont permis une diminution considérable de l’énergie nécessaire pour produire 1 m³ d’eau : 700 kWh thermiques pour le simple effet, 100 kWh thermiques pour les systèmes multiflash ou multieffet, 10 kWh électriques pour les systèmes à compression de vapeur.

L’osmose inverse

Rappelons ici que l’osmose est, sous l’action d’un gradient de concentration, le transfert d’un solvant, ici l’eau douce à travers une paroi semi-perméable vers une solution concentrée (en chlorure de sodium par exemple).

Si l’on considère le système suivant constitué d’un récipient divisé en 2 parties contenant d’un côté, la solution concentrée et de l’autre, de l’eau douce, il y a un flux d’eau douce qui se traduit par l’abaissement du niveau du compartiment d’eau douce et l’élévation du niveau dans la partie concentrée. La différence de niveau correspond à la pression osmotique.
Si au lieu de laisser le processus se réaliser, on applique sur le liquide concentré une pression supérieur à la pression osmotique, on a cette fois-ci un flux d’eau douce dessalée dans l’autre sens. C’est ce phénomène qui est la base d’unités de dessalement par osmose inverse.

Les installations de dessalement par osmose inverse travaillent généralement sous des pressions de 40 à 80 bars selon la salinité.

Cette technique a été améliorée par des procédés permettant de récupérer l’énergie du fluide sous pression à l’aide d’une turbine.

L’osmose inverse a été utilisée dès les années 60 par la NASA (National Aeronautics and Space Administration) pour les vols habités.

Simple dans son principe la désalinisation par osmose inverse nécessite un prétraitement efficace pour éliminer les particules en suspension (filtration par sable, filtration par cartouche), éviter le développement de microorganismes et empêcher le formation de précipités des carbonates.

Conçues pour résister à des fortes pressions, les membranes doivent être entretenues par des lavages réguliers pour empêcher des phénomènes de colmatages des pores.

L’électrodialyse
 

Le principe de l’électrolyse est bien connu. Les ions d’un sel dissous dans l’eau, comme le chlorure de sodium par exemple, déplacent sous l’action d’un champ électrique créé par deux électrodes trempant dans le liquide. Les ions positifs ou cations (par Na+) sont attirés par l’électrode négative (ou cathode) tandis que les ions négatifs (Cl-) sont attirés par l’électrode positive.

Dans l’électrodialyse, on intercale alternativement des membranes filtrantes soit imperméables aux anions et perméables aux cations, soit imperméables aux cations et perméables aux anions. On obtient ainsi une série de compartiments à forte concentration de sels et d’autres à faible concentration.

L’électrodialyse est bien adaptée aux eaux saumâtres dont la salinité est assez faible, inférieure à celle de l’eau de mer.

Les membranes utilisées en électrodialyse laissent passer les ions mais sont imperméables à l’eau. C’est exactement l’inverse pour les membranes utilisées en osmose inverse.

Outre le dessalement d’eau de mer, l’électrodialyse a d’autres applications dans l’agroalimentaire (traitement du lactosérum) ou la galvanoplastie.

B. Inconvénients lies au dessalement

Le dessalement de l’eau de mer apporte une réponse aux besoins d’eau douce. Toutefois, quelque soit le procédé utilisé, il n’est pas sans inconvénients :

• Besoins énergétiques importants ;
• Rejet des saumures concentrées (et chaudes dans le cas de la distillation) en mer ou injectées dans le sol ;
• Emploi de produits chimiques pour nettoyer les membranes ;
• Traces de métaux lourds échappés des installations ;
• Aucune législation spécifique concernant la potabilité de l’eau issue de ces traitements.

Selon le rapport récent de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS), le coût induit par l’extension et l’entretien des services d’approvisionnement en eau augmente dans les pays de la Méditerranée orientale et de l’Asie occidentale.

Le EMRO (Regional Office for the Eastern Mediterranean) reçoit des demandes de conseils sur la quantité minimale d’eau qui devrait être distribuée pour la consommation domestique ainsi que sur les questions propres aux opérations de désalinisation et à la qualité de l’eau.

Par ailleurs, les systèmes d’approvisionnement en eau ne fonctionnent que par intermittence dans plusieurs pays, à cause des pénuries importantes d’eau douce, de l’insuffisance de l’entretien et de la médiocrité de la gestion. L’OMS préconise donc un plus grand contrôle de la qualité de l’eau de boisson, car la détérioration de la qualité de l’eau dans le système d’approvisionnement et les installations des ménages pour le stockage de l’eau survient même lorsque la canalisation de l’eau est assurée.

L’OMS a, en outre, publié un guide sur la qualité de l’eau de boisson qui fixe des normes à respecter dans ce domaine. En effet, les traitements de l’eau impliquée par le dessalement altèrent la qualité de l’eau (déminéralisation). Une eau fortement déminéralisée est une eau extrêmement agressive pour le réseau de distribution favorisant la corrosion et donc la mise en suspension ou la dissolution de métaux.

C. Utilisations de l’eau de mer dessalée

L’utilisation vitale (boire, s’alimenter)

Dans certaines îles telles que les îles des Caraïbes (Saint-Martin, Saint-Barthélemy), les îles Canaries et de nombreuses îles de la Méditerranée, le développement touristique a créé un déséquilibre entre les faibles ressources naturelles suffisantes à la population autochtone et les besoins considérables et souvent saisonniers des touristes.

Ainsi, à Las Palmas, sur la Grande Canarie, le demi million d’habitants recevait, 2 jours par semaine, de l’eau puisée dans de maigres nappes qu’ils devaient faire bouillir avant de boire.

L’île volcanique voisine de Lanzarote, qui n’avait pas du tout d’eau, était ravitaillée par des bateaux citernes. En 2000, grâce au dessalement, 80% des besoins de Las Palmas étaient couverts et 100% à Lanzarote.

D. Pays concernés par l’exploitation de l’eau de mer dessalée

Selon les estimations, moins de 1% de l’eau potable mondiale est fourni par les 12 500 usines de dessalement dispatchées dans 120 pays.
Elles produisent 20 millions de mètres cubes par jour, soit 14 millions à partir de l’eau de mer et 6 millions à partir d’eaux saumâtres (en 2001).

Dans un rapport de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) - sur les directives révisées pour l'eau de boisson dans le cadre de la prévention de maladies hydriques - datant de septembre 2004, plus de 60 % des installations de désalinisation sont situées dans les pays de la Méditerranée orientale et de l’Asie occidentale. Cela  concerne le Moyen-Orient (Iran, Irak, Arabie saoudite…) ; l’Asie du sud (Afghanistan, Pakistan), l’Afrique occidentale et orientale (Egypte, Maroc, Tunisie,…).

85 % des usines de dessalement pratique la distillation. Dévoreuses d’énergie, les unités géantes de distillation sont, en général, implantées dans les pays producteurs de pétrole et gaz tels que le Koweït, les Emirats arabes unis et l’Arabie Saoudite. Ainsi, une unité de dessalement a été implantée au Qatar (7 000 mètres cube par jour).

Souvent l’unité de désalinisation est associée à une centrale de production électrique. Depuis quelques années, des unités d’osmose inverse se sont développées, associées ou non, à des installations de distillation existante. Ainsi, à Jebel Dhanna à Abu Dhabi, la société Degrémont appartenant au groupe Suez a construit une centrale de 160 millions de mètres cube par an dans laquelle l’osmose inverse assure une  production de 62 millions de mètres cube par an. La centrale thermique a une puissance de 630 Mégawatts.

Certaines îles des Caraïbes, telles les îles de Saint-Martin, Saint-Barthélemy aux Antilles française ; l’île de Curaçao aux Antilles néerlandaises et de nombreuses îles de la Méditerranée (Malte) possèdent également des usines de dessalement utilisant le procédé de distillation.

La  technique de l’osmose inverse est moins gourmande en énergie et les progrès  technologiques font baisser le prix de l’eau. En effet, l’osmose inverse propose de 0.30 € à 0,91 € le mètre cube à la sortie d’usine contre 0,46 € à 1,83 € obtenu par distillation. Les premiers bénéficiaires de cette technique devraient être en Afrique, les zones hyperarides de la bande sahélienne ou de Namibie ; celles du Chili et de l’Asie centrale.

La crise de l’eau engendre des tensions entre les pays. Ainsi, sur la bande de Gaza, plus d’un million de personnes se pressaient à raison de 3 000 au km2. Les palestiniens, tributaires de la gestion des israéliens, se plaignaient de recevoir trop peu d’eau et de mauvaise qualité. Les palestiniens ont alors pensé à construire une usine de dessalement mais ils n’en avaient pas les moyens financiers, tandis que les israéliens hésitaient à investir, préférant s’approvisionner en Turquie, via des bateaux-citernes. En 2002, la construction d’une usine de dessalement de l’eau de mer a débuté à Ashkelon, port de Palestine situé entre Jaffa et Gaza. Construite par Veolia Water, elle approvisionnera le sud d'Israël en eau potable et utilisera la technologie d'osmose inverse. La production sera de 50 millions de m3 par an ou l'équivalent de la consommation d'eau potable d'une ville d'environ 700 000 habitants.

Pour les pays sans pétrole, l’idéal serait d’avoir recours aux énergies renouvelables. Tel est le cas de l’Egypte qui cherche à utiliser le solaire pour actionner les pompes de petites unités d’osmose inverse. Cependant, il semble qu’il soit irréaliste de vouloir faire tourner de grandes usines aux énergies renouvelables. Cela nécessiterait des installations solaires ou éoliennes surdimensionnées, hors de prix et peu performantes.

Il est à noter qu’à mesure que le coût du dessalement baisse et que la demande en eau douce augmente, des pays des régions tempérées se tournent eux aussi de plus en plus vers le dessalement de l’eau de mer.

Ainsi, aux Etats-Unis, l’un des pays les plus riches en eau du monde, les responsables de la gestion de l’eau dans la région de la baie de Tampa, en Floride, ont entrepris la construction d’une usine de dessalement capable de produire 95 000 mètres cube d’eau dessalée par jour. Ils comptent sur le dessalement pour répondre aux besoins futurs en eau de la région.

En France, une unité est installée sur l’île de Sein, dans le phare. Elle est petite (environ 50 mètres cubes par jour) et subvient en été, aux besoins d’eau supplémentaires liés à l’afflux de touristes. Montée en 1975 et faisant appel à la technique de la distillation, elle fonctionne depuis 2003 par osmose inverse. Par ailleurs, une unité de 500 mètres cube d’eau potable par jour est installée sur le port de Rogliano sur le Cap Corse.

En 1982, la société SIDEM (qui fait maintenant parti du groupe Veolia Water) a fourni à EDF une unité de dessalement par évaporation. Entièrement électrique, cette unité fournissait 1 500 mètres cubes par jour. Elle a fonctionné quelques années sur le site nucléaire de Flamanville, dans la Manche, avant d’être vendue à une île située dans les Canaries. Les centrales électriques exportées par EDF s’accompagnent souvent d’unités de dessalement pour l’approvisionnement en eau d’appoint.

Enfin, notons le lancement, fin 2004, par Thames Water d’un programme de construction d’une usine de dessalement de l’eau de la Tamise. Elle pourra alimenter en eau douce 400 000 foyers britanniques.

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