Soutenance mémoire
Caractéristiques des eaux de mer et saumâtre
Répartition de l’eau dans le monde
Comme tout le monde le sait, la planète Terre est également appelée planète bleue; ceci provient du fait que sa surface est recouverte à 72% d’eau. L’eau existe en quantité immuable depuis des millénaires.
Mais ce n’est pas si simple. L’hydrosphère englobe un volume d’eau estimé à environ 1.4 milliards Km3 dont 97,5% (1.365 milliards Km3), représentée par les océans et les mers. Des volumes d’eau dont la salinité moyenne est environ 35g par litre, une salinité qui limite l’utilisation directe de cette eau. En revanche, l’eau dite douce, de salinité inferieure à 1g par litre, est utilisable sans contraintes. Elle représente une proportion de 2,5% (35 millions Km3) dont 79% est sous forme de glace ou de neige et 21% est de l’eau courante ou souterraine environ 7,35 millions Km3 . Cette eau est repartie sur les continents, localisée aussi dans les endroits inhabités ou sous de grande profondeur de sol. Donc seule une faible proportion (0.2%) soit 14 000 Km3 est accessible pour le moment. Cependant, les spécialistes estiment sue la quantité d’eau douce régulièrement disponible pour l’humanité totalise un volume de 9000 Km3. D’ores et déjà, on peut se poser la question suivante : l’humanité est-elle repartie géographiquement en fonction de la localisation des disponibilités naturelles en eau ? La réponse est non. C’est là déjà une partie du problème relatif à l’eau. On peut inverser la situation, en disant que les potentialités en eau sont irrégulièrement réparties par rapport aux sites de peuplement humains.
Catégories d’eaux douces
Les différents types d’eaux douces sont définis par (D.F.I., 2005). On distingue :
L’Eau potable
L’Eau de source
L’Eau minérale naturelle
L’eau potable : On entend Par eau potable, l’eau naturelle ou traitée qui convient à la consommation, à la cuisson d’aliments, à la préparation de mets et au nettoyage d’objets entrant en contact avec les denrées alimentaires.
L’eau de source : On entend Par eau de source, de l’eau potable conditionnée directement à la source, non traitée ou uniquement traitée au moyen des procédés admis pour l’eau minérale naturelle.
L’eau minérale naturelle : C’est une eau souterraine microbiologiquement irréprochable, provenant d’une ou de plusieurs sources naturelles ou de captages Souterrains artificiels.
Caractéristiques des eaux de mer et saumâtre
Qualité de l’eau de mer
L’eau de mer est la matière première de l’usine de dessalement. Chacun peut observer ses changements de température, de limpidité d’un lieu ou d’un jour à l’autre ; les écarts de salinité sont moins connus. Salinité, température et matières en suspension sont les paramètres majeurs du fonctionnement d’une unité de dessalement.
Salinité
La salinité mesure la concentration en sels dissous ; elle s’exprime en g/L. Du fait que les quantités de sels dissous sont souvent très inférieures au gramme, l’unité communément utilisée est le mg/L ou encore le p.p.m. Les salinités les plus basses se rencontrent au voisinage des pôles. La quantité de sels dissous augmente au fur et à mesure que l’on se rapproche de l’équateur. Elle peut dépasser 50 g/L dans certaines zones, telles que la côte Est de l’Arabie Saoudite où la chaleur et les hauts-fonds favorisent l’évaporation.
Teneur en matières en suspension
L’eau de mer est un milieu vivant, qui véhicule d’une part des matières minérales et d’autre part des organismes vivants souvent microscopiques. En pleine mer, le plancton prédomine. Près des côtes, la teneur en sable augmente. Elle varie selon les courants et la profondeur des fonds. La pollution par des rejets urbains ou industriels peut devenir prépondérante. Le site de la prise d’eau et sa conception seront choisis pour éviter toute pollution et limiter au mieux l’apport des matières en suspension.
Les eaux saumâtres
Généralement on appelle une eau saumâtre une eau saline non potable, de salinité inférieure à celle de l’eau de mer. En effet, la plupart des eaux saumâtres ont une salinité comprise entre 1 et 10 g/L. Elles se présentent soit, sous forme d’eaux de surface, soit sous forme d’eaux souterraines.
Leur composition chimique varie énormément d’une région à l’autre et pour une même région d’une saison à une autre. Ces variations de composition chimique dépendent de plusieurs paramètres : l’eau qui pénètre dans le sol dissout les sels qui composent l’écorce terrestre. Les principaux sels qui peuvent être dissous en assez grandes quantités sont le CaCO3, le CaSO4, le MgCO3 et le NaCl. Indépendamment de la composition chimique et de la structure physique des roches, d’autre facteurs interviennent également parmi lesquels nous citrons :
La vitesse de circulation de l’eau et par conséquence le temps de contact ;
Les matières déjà dissoutes (la solubilité variant avec la force ionique) : ainsi des eaux chlorurées et gypseuses peuvent contenir en solution des quantités de sulfate de calcium supérieures de beaucoup à la solubilité du sulfate de calcium dans l’eau pure (cas d’eau souterraines au Qatar) ;
Le phénomène d’évaporation (évaporation directe ou évapotranspiration), paramètre principalement lié aux conditions climatiques mais aussi à la profondeur du niveau piézométrique des nappes souterraines (influences irrigations).
Propriétés de l’eau
Propriétés physico-chimiques
L’eau possède un point de fusion, un point d’ébullition, une chaleur de vaporisation, une chaleur spécifique, une chaleur de fusion et une tension superficielle plus élevés que ceux des autres liquides.
A la pression atmosphérique, la température d’ébullition de l’eau est de 100°C.
A la pression atmosphérique, la température de 40°C, sa chaleur de vaporisation est de 540 cal/g
L’élimination d’une faible quantité d’eau, par exemple par transpiration, permet d’évacuer une grande quantité de chaleur : propriété essentielle pour les êtres vivants homéothermes,
L’eau a une grande capacité calorifique (1 cal/g pour élever la température de 1°C) : elle joue donc un rôle très important comme tampon calorifique. [11]
Sa densité maximale est obtenue autour de 4 °C.
Sa tension superficielle est élevée (73 mN/m à 20 °).
Au-delà de l’aspect technique de ces données, il est important de noter que ces propriétés très particulières favorisent des comportements qui répondent aux exigences du processus vivant.
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Table des matières
REMERCIEMENTS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ABREVIATIONS
RESUME
INTRODUCTION GENERALE
PARTIE THEORIQUE
CHAPITRE I : Notions et généralités
I. Généralités sur l’eau
I.1. Définition
I.2. Importance de l’eau
I.3. Répartition de l’eau dans le monde
I.4. Catégories d’eaux douces
I.5. Caractéristiques des eaux de mer et saumâtre
I.5.1. Les eaux de mer
I.5.2. Les eaux saumâtres
I.6. Propriétés de l’eau
I.6.1. Propriétés physico-chimiques
I.6.2. La structure de la molécule d’eau
I.7. Paramètres de potabilité de l’eau
I.7.1. Paramètres organoleptique
I.7.2. Paramètres physicochimiques
I.7.3. Paramètres microbiologiques
I.8. La technologie du dessalement
I.9. Situation de dessalement dans le monde
I.10. Définition du dessalement de l’eau
I.11. Les étapes de dessalement de l’eau de mer
I.11.1. Captage et système de prise d’eau de mer
I.11.2. Prétraitement
I.11.3. Procédés de dessalement
I.11.4. Post-traitement
I.11.4.1. Correction de l’agressivité de l’eau
I.11.4.2. Correction de la corrosivité
I.11.4.3. Désinfection finale
I.11.4.4. Problèmes de Bore
I.12. Conclusion
CHAPITRE II : Les procédés de dessalement
II. Les procédés de dessalement
II.1. La distillation
II.1.1. Principe
II.1.2. Les différents types de distillation
II.1.2.1. Distillation à multiples effets
II.1.2.2. Distillation par détente successive appelée aussi « multi flash»
II.1.2.3. La distillation par compression de vapeur (VC)
II.1.3. Les avantages et les inconvénients de distillation
II.2. Les procédés membranaires
II.2.1. Principe
II.2.2. Type de membranes
II.2.3. Composition des membranes
II.2.4. Caractéristiques des membranes
II.3. L’électrodialyse
II.3.1. Description du procédé
II.3.2. Le dessalement par électrodialyse
II.3.3. Les avantages et les inconvénients
II.4. L’osmose inverse
II.4.1. Principe
II.4.2. Pression osmotique
II.4.3. Éléments d’un système d’osmose inverse
II.4.4. Paramètres de fonctionnement d’une unité d’osmose inverse
II.4.4.1. Pression de fonctionnement
II.4.4.2. La pression motrice ΔP
II.4.4.3. La conversion Y
II.4.4.4. Le passage de sels PS
II.4.4.5. La sélectivité R
II.4.4.6. Débits spécifiques ou densité de flux volumique
II.4.4.7. Mécanisme de transfert
II.4.4.8. Polarisation de la concentration
II.4.5. Modules d’osmose inverse
II.4.5.1. Modules spiralés
II.4.5.2. Modules tubulaires
II.4.5.3. Modules plans et en plaques
II.4.5.4. Modules en fibres
II.4.5.5. Modules en céramiques
II.4.5.6. Modules en fibres creuses
II.4.6. Récupération de l’énergie du concentrât
II.4.7. Consommation d’énergie
II.4.8. Limitations de l’osmose inverse
II.4.8.1. Définition du colmatage
II.4.8.2. Indice de colmatage ou SDI (Silt Density Index)
II.4.9. Les Avantages et Les inconvénients d’osmose inverse
II.5 Conclusion
CHAPITRE III : Matériels et méthodes
III.1. Présentation du pilote TE200
III.2. Description du pilote
III.3. Expériences
III.3. Description des appareillages de mesure
Chapitre IV : Résultats et interprétations
IV.1 Pression = 5,5 Bar
IV.1.1 Pour une concentration de 2 g/l
IV.1.1.1 La variation de la conductivité du perméat, du concentrât et du volume en
fonction du temps
VI.1.1.2 La variation de la rétention globale du module
IV.1.2. Pour une concentration de 2.5 g/l
IV.1.2.1 La variation de la conductivité du perméat, du concentrât et du volume en fonction du temps
IV.1.2.2 La variation de la rétention globale du module
IV.1.3. Pour une concentration de 3 g/l
IV.1.3.1. La variation de la conductivité du perméat, du concentrât et du volume en
fonction du temps
IV.1.3.2. La variation de la rétention globale du module
IV.1.4. Pour une concentration de 3.5 g/l
IV.1.4.1. La variation de la conductivité du perméat et du concentrât rt du volume en fonction du temps
IV.1.4.2. La variation de la rétention globale du module
IV.1.5. La variation de la température pour toutes les concentrations
IV.2. Pression = 8bars
IV.2.1 Pour une concentration de 2 g/l
IV.2.1.1 La variation de la conductivité du perméat, du concentrât et du volume en fonction du temps
IV.2.1.2 La variation de la rétention globale du module
IV.2.2 Pour une concentration de 2.5 g/l
IV.2.2.1 La variation de la conductivité du perméat, du concentrât et du volume en
fonction du temps
IV.2.2.2 La variation de la rétention globale du module
IV.2.3. Pour une concentration de 3 g/l
IV.2.3.1. La variation de la conductivité du perméat, du concentrât et du volume en fonction du temps
IV.2.3.2. La variation de la rétention globale du module
IV.2.4 Pour une concentration de 3.5 g/l
IV.2.4.1 La variation de la conductivité du perméat, du concentrât et du volume en fonction du temps
IV.2.4.2. La variation de la rétention globale du module
IV.2.5. Pour une concentration 4 g/l
IV.2.5.1. La variation de la conductivité du perméat, du concentrât et du volume en fonction du temps
IV.2.5.2. La variation de la rétention globale du module
IV.2.6. Pour une concentration de 4.5 g/l
IV.2.6.1. La variation de la conductivité du perméat, du concentrât et du volume en
fonction du temps
IV.2.6.2. La variation de la rétention globale du module
IV.2.7. Pour une concentration de 5 g/l
II.2.7.1. La variation de la conductivité du perméat, du concentrât et du volume en fonction du temps
II.2.7.2. La variation de la rétention globale du module
IV.3. Pression = 10,5 bars
IV.3.1 Pour une concentration de 2 g/l
IV.3.1.1. La variation de la conductivité du perméat et du concentrât et du volume en
fonction du temps
IV.3.1.2. La variation de la rétention globale du module
IV.3.2. Pour une concentration de 2.5 g/l
IV.3.2.1. La variation de la conductivité de perméat et du concentrâtet et du volume en fonction du temps
IV.3.2.2. La variation de la rétention globale du module
IV.3.3. Pour une concentration de 3 g/l
IV.3.3.1. La variation de la conductivité de perméat et du concentrât et du volume en
fonction du temps
IV.3.3.2. La variation de la rétention globale du module
IV.3.4. Pour une concentration de 3.5 g/l
IV.3.4.1 La variation de la conductivité de perméat et du concentrât et du volume en fonction du temps
IV.3.4.2. La variation de la rétention globale du module
IV.3.5. Pour une concentration 4 g/l
IV.3.5.1 La variation de la conductivité de perméat et du concentrât et du volume en
fonction du temps
IV.3.5.2. La variation de la rétention globale du module
IV.3.6. Pour une concentration de 4.5 g/l
IV.3.6.1. La variation de la conductivité de perméat et du concentrât et du volume en fonction du temps
IV.3.6.2. La variation de la rétention globale du module
III.3.7. Pour une concentration de 5 g/l
IV.3.7.1. La variation de la conductivité de perméat et du concentrât et du volume en fonction du temps
IV.3.7.2. La variation de la rétention globale du module
IV.3.8. Pour une concentration de 6 g/l
IV.3.8.1 La variation de la conductivité de perméat et du concentrât et du volume en fonction du temps
IV.3.8.2. La variation de la rétention globale du module
IV.3.9. Pour une concentration de 6,5 g/l
IV.3.9.1 La variation de la conductivité de perméat et du concentrât et du volume en fonction du temps
IV.3.9.2. La variation de la rétention globale du module
IV.3.10. La variation de la température pour toutes les concentrations
IV.4. Perméabilité de la membrane au solvant
IV.5. Interprétation des données
Conclusion générale
Bibliographie
Webographie
Annexes
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