Généralités sur le dessalement de l’eau

L’eau de mer est composée d’une soixantaine d’éléments dont : chlore, sodium, magnésium, calcium, potassium, brome, strontium, bore et fluor ainsi que des sulfates. Plus de 99,99 % des espèces dissoutes dans l’eau de mer sont des sels. La concentration totale en sels dissous est appelée la salinité. La salinité totale des mers ouvertes sur les masses océaniques (Atlantique, Manche, Mer du Nord, Pacifique) est de l’ordre de 35 g.L-1. Elle peut néanmoins subir des variations plus ou moins importantes suivant la position géographique, la profondeur et la température. Pour les mers fermées ou peu ouvertes, les valeurs de salinité peuvent être très différentes: 7 g.L-1 en Mer Baltique, 13 g.L-1 dans la Mer Caspienne, 20 g.L-1 en Mer Noire, 36 à 39 g.L-1 en Mer Méditerranée, 40 g.L-1 dans la Mer Rouge, 40 à 70 g.L-1 dans le Golfe arabique et jusqu’à 270 g.L-1 dans la Mer Morte.

La composition relative d’une eau de mer reste quasi-constante dans le cas des mers ouvertes ou peu ouvertes. Dans le cas des mers fermées, il peut néanmoins y avoir de fortes variations dans la composition en fonction de l’évaporation et des apports d’eaux de surface. Les ions chlorure et sodium représentent plus de 85 % de la masse en sels présents dans l’eau de mer mais il faut également noter la présence de bicarbonates, de calcium et de sulfates qui sont des sources potentielles de colmatage lors d’un procédé de dessalement. L’Organisation Mondiale de la Santé a défini des normes de potabilité pour l’eau concernant le taux en sels. La salinité globale doit être inférieure ou égale à 1 g.L-1 et la teneur en chlorure doit être inférieure ou égale à 0,25 g.L-1. En prenant comme référence l’eau de mer standard, cela équivaut à une élimination de 97,1 % pour les sels totaux et de 98,7 % pour les chlorures. La présence de sels dans l’eau modifie fortement certaines propriétés (densité, compressibilité, point de congélation, coefficient d’activité) tandis que d’autres sont moins influencées (viscosité, absorption de la lumière). D’autres propriétés dépendent essentiellement de la quantité de sel dans l’eau (conductivité, pression osmotique).

L’osmose inverse

L’osmose inverse (figure I.6) est un procédé de séparation de l’eau et des sels dissous au moyen de membranes semi-perméables sous l’action de la pression (54 à 80 bars pour le traitement de l’eau de mer). Ce procédé fonctionne à température ambiante et n’implique pas de changement de phase. Les membranes polymères utilisées laissent passer les molécules d’eau et ne laissent pas passer les particules, les sels dissous, les molécules organiques de 10-7 mm de taille. [3] Figure I.6 : Principe de l’osmose et l’osmose inverse L’osmose inverse (OI) a lieu lorsqu’une pression supérieure à la pression osmotique est appliquée sur la solution la plus concentrée (eau de mer dans ce cas). Sous l’action de cette pression, l’eau du compartiment contenant l’eau de mer traverse la membrane vers le compartiment contenant l’eau pure. Les membranes d’OI sont des membranes denses et peuvent rejeter jusqu’aux ions monovalents. L’énergie requise par l’osmose inverse est uniquement celle électrique consommée principalement par les pompes haute pression. La teneur en sels de l’eau osmosée est de l’ordre de 0,5 g.L-1. [3] Pression osmotique: Si on applique une pression sur la solution concentrée, la quantité d’eau transférée par osmose va diminuer. Avec une pression suffisamment forte, le flux d’eau va même s’annuler: cette pression est nommée la pression osmotique P (en faisant l’hypothèse que la solution diluée est de l’eau pure). Si on dépasse la valeur de la pression osmotique, on observe un flux d’eau dirigé en sens inverse du flux osmotique: c’est le phénomène d’osmose inverse.

Les résines échangeuses d’ions

Les résines échangeuses d’ions (ou échangeurs d’ions) sont des substances granulaires insolubles dans l’eau, comportant dans leur structure moléculaire des radicaux acides ou basiques susceptibles de permuter, sans modification apparente de leur aspect physique, et sans altération ou solubilisation, certains de leurs ions (ions positifs ou négatifs), fixés sur ces radicaux, contre des ions de même signe se trouvant en solution dans le liquide à leur contact. Cette permutation appelée échange d’ions, permet de modifier la composition ionique du liquide objet du traitement, sans modification du nombre total de charges existantes dans ce liquide avant l’échange. [7] Les résines échangeuses d’ions sont des minuscules billes de plastique, d’un diamètre d’environ 0,6 mm. Ces billes sont poreuses et contiennent de l’eau, invisible et inamovible. La structure de la résine est un polymère (comme tous les plastiques) sur lequel un ion a été fixé de façon permanente. Cet ion ne peut pas être enlevé ou remplacé : il fait partie de la structure.

Pour préserver la neutralité électrique de la résine, chacun de ces ions fixes doit être neutralisé par un contre-ion de charge opposée. Ce contre-ion est mobile et peut sortir de la résine ou y entrer. La figure I.11 représente schématiquement des billes échangeuses de cations et d’anions. [7] Figure I.11: Représentation schématique de billes de résines échangeuses de cations et d’anions Les lignes grises représentent le squelette polymère de la résine : il est poreux et contient de l’eau. Les ions fixes de la bille échangeuse de cations sont des sulfonates (SO3 –) attachés au squelette. Dans cette image, les ions mobiles sont des cations sodium (Na+). Les résines échangeuses de cations, comme l’Amberjet 1000, sont souvent livrées sous forme sodium. [3] La bille échangeuse d’anions a un squelette très semblable.

Les groupes fonctionnels sont ici des ammoniums quaternaires, donc des cations, représentés par la formule N+R3; une formule plus précise serait CH2-N+-(CH3)3. Les ions mobiles présents dans la bille d’échangeur d’anions sont ici des anions chlorure (Cl—). La forme chlorure est également la forme de livraison de beaucoup d’échangeurs d’anions. Tout ion pénétrant dans la résine produit la sortie d’un ion de même charge pour préserver l’électroneutralité. C’est ce que l’on appelle l’échange d’ions. Seuls les ions de même signe sont échangés. On ne peut pas produire une résine qui échangerait à la fois les cations et les anions, car les cations fixes à l’intérieur de la bille neutraliseraient les anions fixes, et aucun échange avec le monde extérieur ne serait possible. Il faut donc fabriquer séparément les résines échangeuses de cations et les résines échangeuses d’anions.

Présentation de la station de la ville de Honaine : Située à mi-distance entre Ghazaouet et Béni-Saf, la commune de Honaine se trouve à 69 kilomètres au nord de Tlemcen chef-lieu de wilaya. Entamés en 2006 par le groupement espagnol Geida (composé des sociétés Cobra, sadyt, Befesa and Codesa), les travaux de réalisation de la station de dessalement de l’eau de mer, dans le commune de Honaine (plage de Tafsout) ont été achevée 2011. Cette usine assure l’eau potable pour 23 communes ainsi que les agglomérations urbaines du grand Tlemcen (Tlemcen, Mansourah et Chetouane), soit une population d’environ 555.000 habitants. La capacité de l’usine de dessalement est de 200.000 m3 jour d’eau potable qui est produite par la filtration à sable/osmose inverse.

Cette importante station (figure III.1) est gérée par des actionnaires qui sont Algerian Energy compagny (AEC) à hauteur de 49 % et Geida (Espagne) à hauteur de 51 %. Les eaux produites sont ensuite transférées à l’algérienne des eaux (ADE). La station de dessalement de Honaine comporte deux principaux systèmes dont l’un est réservé à la mobilisation et au pompage de l’eau de mer et l’autre pour le rejet de la saumure. Le système de mobilisation de l’eau de mer, renforcé par une conduite sous-marine allant jusqu’à 1.500 m dans la mer et une station de pompage à proximité de la ligne de rivage, permet de pomper l’eau de la mer vers le site de la station de dessalement, qui se trouve environ 500 m de la cote. Le système de rejet de la saumure vers la mer est consolidé par un émissaire marin pénétrant jusqu’à 1000 m dans la mer, dans le but d’assurer une meilleur dilution et atténuer en conséquence les impacts environnementaux.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I: Généralités sur le dessalement de l’eau
I.1. Introduction
I.2- Procédés de dessalement des eaux de mer et des eaux saumâtres
I.2-1- La distillation
I.2-2- La congélation
I.2-3- Les procédés membranaires
I.2-3-1- L’électrodialyse
I.2-3-2- L’osmose inverse
I.2-4- L’échange d’ions (procédés agissant sur les liaisons chimiques)
I.2-4-1- Définition
I.2-4-2- Les résines échangeuses d’ions
I.2-4-3- Application de l’échange d’ions
I.3- Conclusion
Chapitre II: Procédés de prétraitement des eaux de mer
II.1. Introduction
II.2- Le prétraitement conventionnel
II.2-1- La préfiltration grossière
II.2-2- La chloration
II.2-3- L’ajustement du pH
II.2-4- La Coagulation – floculation -décantation
II.2-5- La filtration sur sable mono ou multicouche
II.2-6- La déchloration et antitartre
II.2-7- La filtration à cartouche
II.3- Le prétraitement par membranes
II.3-1- La microfiltration
II.3-2- L’ultrafiltration
II.4-Conclusion
Chapitre III: Présentation et description de la station de dessalement de Honaine
III.1. Présentation de la station de la ville de Honaine
III.2-Description des étapes de traitement
III.2.1-Phase de Captation d’eau de mer et de pompage
III.2.2- Phase de prétraitement de l’eau
III.2.3- Phase d’osmose inverse: Bâtis de membranes, pompes à haute pression, pompe de recirculation et système d’échange de pression
III.2.4- Phase de reminéralisassions de l’eau (Post-traitement)
III.2.5. Pompage de l’eau dessalée
Chapitre IV: Matériel et méthodes
IV-1. Introduction
IV-2- Matériel et Méthodes d’analyses
IV-2-1- Température
IV-2-2- pH
IV-2-3- Conductivité/salinité
IV-2-4- Turbidité
IV-2-5-Matières en suspension (MES)
Chapitre V: Résultats et Interprétations
V.1. Introduction
V.2. Résultats et interprétations
V.2.1. Le pH
V.2.2. La conductivité électrique
V.2.3. Les matières en suspension (MES)
V.2.4. La salinité
V.2.5. La turbidité
V.3. Conclusion
Conclusion générale
Bibliographique