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Production d’eau potable et énergie : le dessalement


Perspectives technologiques


Le dessalement (ou dessalage ou désalinisation) permet d’obtenir de l’eau douce (potable ou non) à partir d’une eau saumâtre ou salée. Le dessalement est en très forte expansion : la capacité installée dans le monde s’est accrue de 160 % durant les dix dernières années. On dispose aujourd’hui de nombreux systèmes dont beaucoup ont atteint le stade industriel. Les deux procédés les plus couramment utilisés sont la distillation (40 % des capacités de dessalement) et l’osmose inverse, qui présente de meilleures performances énergétiques, et dont le taux de croissance est le plus important.



La distillation consiste à évaporer l’eau de mer, grâce à la chaleur des rayons solaires ou au moyen d’une chaudière. Une eau douce consommable est obtenue par condensation de la vapeur d’eau. Plusieurs techniques sont développées : distillation multi-effets (eau très pure, coût énergétique élevé, environ 15 kWh/m³) ; distillation par dépression (eau très pure, coût énergétique faible, 2 à 3 kWh/m³), utilisée pour de petites unités ; distillation par four solaire (concentration des rayons calorifiques qui portent à haute température l’élément qui contient l’eau destinée à être évaporée).

L’osmose inverse nécessite de traiter au préalable l’eau de mer (filtration et désinfection) afin de la débarrasser des éléments en suspension et des microorganismes. Une pression suffisante est ensuite appliquée à cette eau salée pour la faire passer à travers une membrane semi-perméable : seules les molécules d’eau traversent la membrane, fournissant ainsi une eau douce potable. Cette technique membranaire en plein essor a montré sa fiabilité (coût énergétique de 4 à 5 kWh/m³).

D’autres techniques existent, moins répandues. Le flash multi-étages, ou système flash, utilisé dans les pays du Golfe, fournit une eau dont le taux de sel résiduel est non négligeable (coût énergétique élevé : 10 kWh/m³). La compression de vapeur fournit une eau pure (coût énergétique moyen : 5 kWh/m³). L’électrolyse (ou électrodialyse) est un système très rentable pour les faibles concentrations, l’énergie à mettre en jeu dépendant de la concentration en sel. La condensation est utilisée pour de petites unités et fournit une eau pure (coût énergétique nul avec un système passif, faible avec un système actif). Enfin, des unités mobiles de dessalement, énergétiquement autonomes, sont développées.

Le coût du dessalement d’eau de mer a considérablement diminué, notamment grâce à une amélioration de l’intensité énergétique. Il est aujourd’hui inférieur à 1 $/m3 et peut atteindre, dans certains cas, 0,6 $/m3, coût supportable pour l’alimentation en eau potable de villes dans les pays développés. Selon le coût de l’énergie et les contraintes de qualité d’eau, la part de l’énergie dans le dessalement représente en moyenne 40 % du coût d’exploitation d’une installation d’osmose inverse, mais peut varier entre 30 % et 80 %. L’efficacité énergétique de cette technologie a enregistré une forte progression (2 kWh/m3 sur les installations les plus performantes), la limite étant à 1,75 kWh/m3 selon les thermodynamiciens.

Aspects systémiques


La grande majorité des unités de production d’eau douce par distillation coproduisent de l’électricité. De même, il y a des avantages évidents à combiner la production d’eau douce par osmose avec la production d’électricité. La meilleure solution d’un point de vue énergétique consiste à combiner la production d’électricité par voie thermique ou par les techniques dites de production d’énergie renouvelable, la distillation et l’osmose inverse afin d’optimiser l’utilisation de l’énergie dans le système. Cela permet de donner de la flexibilité au système de cogénération d’eau et d’électricité, d’utiliser la capacité de production électrique non employée aux périodes creuses et de partager les infrastructures d’eau et de rejet en mer. Les technologies prioritaires à maîtriser sont l’osmose inverse, notamment la technologie des membranes, et le couplage du dessalement avec des unités de production d’énergie, qu’elles soient nucléaires, conventionnelles ou renouvelables.

Acteurs


Les pays utilisant la technologie de dessalement de l’eau de mer sont surtout situés au Moyen-Orient. Compte tenu de leurs importantes ressources en combustibles fossiles, ils utilisent le procédé de vaporisation. Les autres pays ont davantage développé l’osmose inverse : Israël, Syrie, Tunisie, Mexique, Chili, Espagne, Malte. Les États-Unis sont en deuxième position derrière le Moyen-Orient pour le filtrage d’eaux saumâtres.