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Pour dessaler économiquement l'eau de mer, salez-la

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Produire de l'eau douce à partir d'eau de mer avec quatre fois moins d'énergie que dans une installation classique, c'est déjà remarquable. Cela l'est encore plus quand ces énergies sont renouvelables ou issues de la valorisation de la chaleur résiduelle des industries. L'idée ? Saler l'eau de mer !

Mare d’évaporation : en milieu aride, le soleil concentre les sels à peu de frais. © Saltworks Technology

Dessaler l'eau de mer, c'est bien, dessaler aussi la facture énergétique, c'est mieux. Si l’eau douce est essentielle pour les activités humaines, elle est aussi une denrée rare en bien des endroits. Parfois, cette eau est abondante, mais elle est salée. La désalinisation peut alors produire de l'eau douce.

Actuellement, les usines de dessalement (ou désalinisation) sont basées essentiellement sur deux principes :

Ces deux méthodes ont l'inconvénient d'avoir un coût énergétique élevé.

Le procédé mis en place par Ben Sparrow, de l'entreprise Saltworks technology, suit une troisième voie, celle des échanges ioniques. Il exploite en effet le principe de la diffusion : les ions se déplacent des milieux les plus concentrés vers les moins concentrés et les cations (ions positifs) et les anions (ions négatifs) tendent à se neutraliser.

Saler à peu de frais pour dessaler gratuitement

C'est ainsi que, curieusement, la technique commence par concentrer les sels, un moyen un peu paradoxal pour produire de l'eau douce. L'étape de concentration est la plus consommatrice d'énergie, mais en exploitant l'énergie solaire ou la chaleur résiduelle des industries (pour lesquelles cette chaleur est un sous-produit), Saltworks technology parvient à diviser par quatre cette consommation.

Le prototype de dessalement exploite l'énergie solaire. L'eau de mer est aspergée dans une mare exposée aux rayons du soleil et à l'air sec, ce qui favorise l'évaporation et donc la concentration des sels. Dans le cas de l'usine pilote en développement, l'évaporation valorise l'énergie thermique générée par les activités industrielles. La concentration des sels de l'eau de mer passe ainsi de 3,5% à 18% et plus.

L'eau salée, concentrée par cette énergie bon marché, est ensuite pompée dans l'unité de dessalement proprement dite, où elle circule dans un tuyau, en relation avec trois autres flux d'eau de mer dont les concentrations en sels sont normales (3,5%). Les relations entre ces quatre flux sont gouvernées par des liaisons en polystyrène traité spécialement pour ne laisser passer que les ions chargés positivement ou ceux chargés négativement.

Cliquer pour agrandir. Situation initiale des flux d’eau salée dans l’unité de dessalement. Les 4 flux sont séparés par des liaisons en polystyrène qui ne laissent passer les ions qu’en fonction de leur charge : ou positive, ou négative. Ces ions se déplacent du flux le plus concentré vers ceux qui le sont moins (flèches rouges). © G. Macqueron / Futura-Sciences

Cations d’un côté, anions de l’autre et les ions seront bien gardés

Les sels en solutions sont en effet sous forme d'ions, par exemple Na+ et Cl-. Le gradient de concentration créé entre le flux à 18% et ceux à 3,5% provoque un déplacement des ions vers ces derniers. Comme ce déplacement est sélectif, du fait du rôle de filtre des liaisons en polystyrène, un des flux ne reçoit que les cations tandis que l'autre récupère les anions. Un déséquilibre de charge et de concentration (gradient électrochimique) se crée donc entre ces flux et le quatrième qui est en relation avec eux.

Cliquer pour agrandir. Situation des flux d’eau salée dans l’unité de dessalement au cours du processus. Les ions du flux d’eau salée du troisième tuyau migrent à travers les liaisons de polystyrène, suivant les gradients électrochimiques créés. © G. Macqueron / Futura-Sciences

Au sein du quatrième flux, les cations migrent vers le flux chargé négativement alors que les anions migrent vers celui chargé positivement. Peu à peu, ce flux se débarrasse de ses ions, donc de ses sels, jusqu'à n'être que de l'eau douce

Cette eau n'a plus qu'à subir un traitement au chlore ou aux ultraviolets pour être utilisée, si, bien sûr, l'eau de mer puisée n'est pas polluée ou contaminée par des toxines.

Le procédé ingénieux de Ben Sparrow, qui termine d'étendre les capacités de l'usine à 1.000 litres par jour, est peu coûteux à la fois dans sa conception et dans sa mise en œuvre. Les faibles pressions de pompage permettent d'utiliser des tuyaux de plastique, peu coûteux et inoxydables, le polystyrène traité est bon marché et l'énergie utilisée est soit gratuite (énergie solaire) soit peu coûteuse quand elle est un sous-produit de l'industrie.

La beauté de la chose, c'est que ce procédé fonctionne d'autant mieux qu'il est installé là où l'eau douce fait le plus cruellement défaut : plus le milieu est aride et plus la concentration des sels par l'énergie solaire est efficace. Il faut cependant que ce soit en zones littorales ou qu'il y ait des aquifères salés.

Le souci, commun aux autres procédés de désalinisation, est la production de saumure et de sels dont le rejet dans l'environnement, mer ou sous-sol, impacte fortement les écosystèmes.

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