Caractéristiques des eaux de mer et saumâtres

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Qualité :

Qualité physique et chimique :

Une eau de consommation ne doit être ni trouble, ni colorée. Cependant à part les eaux souterraines et celles de certaines sources, la couleur et la turbidité sont des conditions qu’on trouve généralement dans l’eau brute et qui ne peuvent être modifiées que par traitement. Le consommateur exige ainsi que l’eau n’ait ni goût ni odeur pouvant être décelées. Ceux-ci sont dus à la présence de certaines substances chimiques ; leur correction entre dans le domaine du traitement [5]

Qualité bactériologique:

L’eau contaminée par les excrétas est susceptible de transmettre des maladies gastrointestinales. La qualité bactériologique se mesure donc par la présence, d’organismes indicateurs de pollution, vivant normalement dans l’intestin. Ce sont le groupe des coliformes totaux, les coliformes thermo tolérants, les entérocoques [5].

Les problèmes reliés à l’eau potable :

Les problèmes reliés à l’eau potablesont nombreux mais les plus connus sont la pollution et l’épuisement de l’eau potable.

La pollution :

La pollution est une modification défavorable du milieu naturel qui apparaît en totalité ou en partie comme le sous-produit de l’action humaine, au travers d’effets directs ou indirects altérant les modalités de répartition des flux d’énergie, des niveaux de radiation, de la constitution physico-chimique du milieu naturel et de l’abondance des espèces vivantes. Ces modifications peuvent affecter l’homme directement ou au travers des ressources en produits agricoles, en eau, et autres produits biologiques. Elles peuvent aussi l’affecter en altérant les objets physiques qu’il détient, les possibilités récréatives du milieu ou encore en enlaidissant la nature

La pollution de l’eau potable :

Il y a maintes formes de pollution d’eau potable:
Pollution agricole : les activités agricoles polluent les eaux (surtout à cause des insecticides, pesticides et autres produits chimiques qui seront absorbés par la terre et ensuite transmise dans l’eau)…
Pollution industrielle : les industries libèrent une immense quantité de polluants comme des matières organiques, des métaux, des acides, des bases, des matières radioactives …
Pollution domestique : activités humain, provenant des utilisations quotidiennes de l’être humain comme les eaux de toilettes, les bains, les vaisselles, les produits versés dans les éviers

Propriétés physique de l’eau :

L’eau est un liquide inodore, incoloreet sans saveur. Ces propriétés physiques ou chimiques lui confèrent des qualités afin de mieux comprendre le rôle fondamental que joue cette molécule sur notre planète aussi bien comme facteur indispensable pour les écosystèmes que comme élément vital pour les êtres vivants.

Masse volumique:

La masse volumique, appelée aussi la densité volumique de masse, est une grandeur physique qui caractérise la masse d’un matériau par unité de volume.Elle diminue avec la température et augmente un peu avec la pression.

Viscosité dynamique:

La viscosité peut être définie comme la résistance au ruissellement uniforme et sans turbulence, se créant dans la masse d’une matière. La viscositédynamique coïncide à la forcée de cisaillement qui accompagne l’existence d’un gradient de vitesse d’écoulement dans la matière[6].

Propriétés thermique :

Conductivité thermique :

On appelle une conductivité thermique, la grandeur physique qui caractérise l’aptitude d’un corps à conduire la chaleur. La conduction thermique est le mode de transfert de chaleur associée à cette grandeur. Elle augmente avec la température jusque vers 130 °C et diminue ensuite. Elle augmente avec la pression.

Propriétés électriques :

Constante diélectrique:

La constante diélectrique de l’eau vaut εr = 78,5 à 25°C ; la force d’attraction entre deux ions de signes contraires sera donc réduite d’un facteur 78,5 dans l’eau par rapport au vide. Elle est de l’ordre de 80 farads stéradian par mètre, est l’une des plus élevées que l’on connaisse ; C’est pourquoi l’eau possède un pouvoir ionisant très important [6].

Conductivité électrique de l’eau:

La conductivité est une mesure de la capacité de l’eau à conduire un courant électrique, donc une mesure indirecte de la teneur de l’eau en ions. Un ion est un atome (constituant de base de la matière) ou un groupe d’atomes qui possède une charge électrique positive ou négative. La conductivité de l’eau la plus pure que l’on ait obtenue est de 4,2 micros siemens par mètre à 20°C.
Elle augmente lorsque des sels sont dissous dans l’eau et varie avec la température.

Les eaux saumâtres

L’eau saumâtre est une eaudont leur salinité est sensiblement inférieure à celle de l’eau de mer. La concentration totale de sel dissout y est généralement comprise entre 1 et 10g/l alors qu’elle est (en moyenne) de 35 g/l pour l’eau de mer.

Le dessalement

Appelé aussi désalinisation ou plus rarement dessalage, le dessalement consiste à séparer l’eau et les sels à partir d’une eau brute, qui peut être de l’eau de mer ou une eau saumâtre d’origine continentale. L’eau de mer contient en moyenne 35g/l de sel qui sont principalement des chlorures de sodium (76%) et de magnésium(11%), des sulfates de magnésium (5%), de calcium (3,5%) et de potassium (2,4%). Dans l’eau, les sels sont sous forme d’anions chlorures et sulfates conjointement aux cations sodium, magnésium, calcium et potassium. La salinité de l’eau varie en fonction des zones maritimes, donc la salinité de l’eau de mer n’est pas constante. Le dessalement d’eau de mer permet de combler la ressource d’eau disponible. Plusieurs techniques de dessalement existent, dont l’osmose inverse et la distillation (premier système développé), très consommatrice d’énergie qui reste majoritaire en Arabie Saoudite. Mais c’est la technique de l’osmose inverse qui reste plus performante actuellement et permet des coûts moindres.Economiquement,le dessalement permet de renforcer des ressources en eau et d’amélioration de la qualité de l’eau distribuée [7].

Schéma général d’une installation de dessalement

En général, le dessalement peut être subdivisé en quatre postes :
-Une prise d’eau de mer ;
-Un poste de prétraitement
-L’installation de dessalement proprement dite ;
-Un poste de traitement [9].

Prise d’eau de mer

La prise d’eau de mer se fait avec une pompe et une filtration grossière afin de permettre d’obtenir à l’entrée de l’usine de dessalement une eau de la meilleure qualité possible, et surtout du point de vue matières en suspension. Cette prise en compte de la qualité de l’eau est plus importante d’autant plus que le procédé de dessalement choisi est l’osmose inverse [9].

Un poste de prétraitement

Le poste de prétraitement se fait avec une filtration plus fine. L’addition de composés biocides tels que chloration bloque la prolifération des organismes vivants et évite l’obstruction des conduites. La filtration protège les pompes et assure le bon fonctionnement des pulvérisateurs et de produits anti-tarte. La distillation favorisela précipitation du carbonate de calcium se déposant sur la paroi des échangeurs et réduisant le transfert de chaleur.

L’installation de dessalement proprement dite

Le dessalement se fait soit par le procédé membranaire qui consiste à séparés l’eau et le sel aumoyen des membranes sélectives. Soit par le procédé de distillation consiste à chauffer l’eau de mer afin de produire de la vapeur d’eau qu’il suffirait juste de condenser pour avoir de l’eau pure.

Un poste de traitement

En sortie de l’unité de dessalement, l’eau n’est pas potable car elle est déminéralisée. Le posttraitement permet de potabilité l’eau en 2 étapes :
-Correction de la corrosivité : le traitement consiste à augmenter du Ca(OH)2 ou duCaCO3. -Désinfection finale : bien que certain procédés (osmose inverse) retiennent tous les microorganismes, il est nécessaire d’assurer une désinfection à la sortie de l’usine.
Après avoir terminé tous ces quatre étapes, l’eau de mer est rendu potable ou utilisable industriellement [10].

Les différents procédés de dessalement :

Actuellement, les technologies du dessalement des eaux sont classées en deux catégories selon leurs principes appliqués :
-Les procédés membranaires : l’électrodialyse et l’osmose inverse. -Les procédés thermiques : la congélation et la distillation.
Parmi ces procédés, la distillation et l’osmose inverse sont des technologies qui ont connu un essor important dans le dessalement d’eau de mer. Leurs performances ont été prouvées pour le dessalement d’eau de mer. En effet, ces deux procédés sont les plus commercialisés dans le marché mondial du dessalement [11].

Les procédés de distillation

Dans ces procédés de distillation, vapeur ainsi produite ne possède l’eau douce liquide. Ce principe de dessalement très simple a été utilisé dès l’Antiquité pour produire de très faibles quantités d’eau douce. Ce procédé p qui est leur consommation énergétique importante liée à la chaleur latente de vaporisation de l’eau.En effet, afin de diminuer la consommation énergétique, des procédés multiples effets permettent de réutiliser l’énergie libé procédé de distillation par Compresseur étagées (Multi-Stage Flash distillation MSF) et le procédé de distillation à multiples effets (Multi-Effect distillation MED).
La distillation par compression d’évaporateurs, ses exploits sont effet (au niveau thermique le plus bas) en la de chauffe au premier effet. Ce procédé peut utiliser de l’énergie solaire comme source de chaleur, mais nécessite une énergie il consiste à pulvériser l’eau de mer en la chauffant pas de sels, il suffit juste de la condenser afin d’ résente un inconvénient majeur rée lors de la condensation ont été mis au point multiple à vapeur, le procédé de distillation à détentes multiple à vapeur est un procédé qui comporte une série toutefoisaméliorés en recyclant la vapeur issue du dernier compressant pour ensuite l’utiliser comme vapeur complémentaire pour assurer la compression de vapeur.
La distillation à détentes étagées ou multi rentable uniquement pour de grandes aptitudes de revenu, est très peu flexible et durée de mise en régime inadéquat pour une vigilance solaire.
La distillation par multiple effets, on distingue deux de procédés : les uns utilisent des tubes verticaux, les autres des tubes horizontaux. L’avantage rejoint aux tubes horizontaux pour une puissance de pompage affaiblie et un raisonnable.
-stage flash (MSF), Ce procédé, est habituellement facteur global d’échange t
-effet avec requière une [13]

Les procédés membranaires

Les types de filtrations rencontrés selon la taille des particules filtrées sont l’osmose inverse, la nanofiltration, l’ultrafiltration, la microfiltration et la filtration classique dont le domaine d’utilisation est présenté sur la Figure II.5 [14]

La microfiltration (MF)

Elle peut être définie comme un procédé de séparation solide / liquide [15]. Elle consiste à éliminer d’un fluide les espèces dont les dimensions sont comprises entre 0.1 et 10 µm.Les espèces sont sous la forme de solutés ou de particules qui sont retenus à la surface de la membrane par effet d’exclusion. Les membranes les plus utilisées sont poreuses en polyamide ou polypropylène, ou encore inorganiques (en oxyde métallique ou céramique) [14]. La MF se prête non seulement à la séparation solide-liquide [15] mais aussi liquide-liquide des émulsions huile dans l’eau.

Ultrafiltration (UF)

Comme la microfiltration, l’ultrafiltration repose sur un mécanisme de transfert de fluide à travers une membrane sous l’effet de la pression.La séparation est basée sur l’exclusion dimensionnelle, avec, en plus, l’intervention de la forme et de l’encombrement stérique du composé, dans la gamme de 0.001 à 0.1 µm [15]. Il permet la séparation de macromolécules et d’espèces colloïdales.L’ultrafiltration est utilisée dans plusieurs domaines, à l’exemple de l’élimination les contaminants et recyclage des eaux de procédé dans la fabrication de jus de fruits.

Nanofiltration (NF)

La nanofiltration est un procédé de séparation membranaire. Elle se situe entre l’UF (0.001 à 0.1 µm) et l’osmose inverse (OI) (0,0001 à 0.001 µm) [16].Comparée avec l’osmose inverse, les membranes de nanofiltration aient une structure moins dense qui permet d’obtenir des flux de perméation supérieurs pour des pressions inférieures [15].

L’osmose inverse (OI)

L’osmose inverse est un procédé de séparation de l’eau et des sels dissous au biais de membranes semi-perméables sous l’action de la pression. Ce procédé marche à température ambiante et n’engage pas de conversion de phase. Elle utilise des membranes denses qui laissent circuler l’eau et bloquant tous les sels. Cette technique est utilisée pour : le dessalement des eaux de mer ; des eaux saumâtres et la production d’eau ultra pure.

Le transfert membranaire

Les procédés de filtration membranaire mettent en œuvre des fluides composés de particules, colloïdesvoisinage de la membrane où la concentration est élevée est alors très complexe et donc très difficile à simuler et prédire. Il est cependant utile de connaître les principales lois permettant de décrire ces phénomènes afin de bien comprendre et appréhender les phénomènes mis en jeu.

Le colmatage

Le fonctionnement d’un procédé de filtration membranaire est conditionné par le colmatage qui est le phénomène qui s’oppose à la filtration. En effet, au cours de l’utilisation, la matière retenue par la membrane s’accumule (phénomène de polarisation)réduisant ainsi le flux de perméation et donc la productivité du procédé (loi de filtration – transfert de solvant à travers la membrane) [16].

Transfert de solvant à travers la membrane

Le transfert de solvant transmembranaire (c’est-à-dire à traversla membrane) emballe le rendement du procédé en terme de productivité. En l’absence d’espèces retenues, le flux de perméation à travers la membrane (qui mesure la quantité de fluide traité en terme de débit-volume filtré par unité d’aire de membrane et par unité de temps) est directement relatif à la pression transmembranaire appliquée [17]:
Où :
A* : le coefficient de proportionnalité
P :la pression transmembranaire
De nombreux mécanismes de colmatage peuvent expliquer cette baisse deproductivité :
– l’adsorption de molécules ou macromolécules présentant une affinité chimique avec le matériau membranaire ;
– un blocage de pore mécanique par des particules dans la membrane ;
– la polarisation de concentration : accumulation de matière réversible à la surface entraînant une contre pression osmotique π ;
– un dépôt irréversible de matière à la surface de la membrane (matière particulaire : dépôt, moléculaire : gel) qui se traduit par une résistance hydraulique supplémentaireR c De manière générale, la loi de filtration suivante permet de tenir compte de ces deux derniers mécanismes [16]: J =A*P.

La Congélation

Le dessalement par congélation est basé sur le changement de phase liquide-solide de l’eau de mer. Selon la thermodynamique, la glace formée à partir de l’eau de mer est pure. Elle peut être séparée de la solution concentrée, puis légère afin de soutirer une eau douce. Ce procédé présente des avantages mais aussi des inconvénients. Parmi les avantages sont :
les appareillages sont moins exposés à la corrosion à de faibles températures comparativement aux températures d’ébullition atteintes lors de l’évaporation de l’eau ;
il n’y a pas de problèmes de dépôt car les sels restent dissous à faible température ;
l’eau douce obtenue est bien minéralisée et bien purifiée ce qui constitue une excellente boisson.
Et parmi les inconvénients sont :
cette technique est habituellement plus coûteuse que l’évaporation de l’eau : la chaleur essentielle pour congeler de l’eau est plus onéreuse que celle utilisée pour son évaporation ;
il existe un obstacle capital concernant la séparation des cristaux de glace et de la saumure qui nécessite des opérations complexes : il reste une couche limite de saumure collée aux cristaux.

La distillation solaire à effet de serre

La distillation solaire

Utilisé dès 1872 dans les mines de nitrates du nord du Chili, la distillation solaire à effet de serrepermettait de fournir de l’eau potable aux animaux de trait à partir de l’eau salée de la mer. Ce distillateur utilisait des bacs en bois sur une surface de 4700m2 pour en produire 23000 litres d’eau pure par jours, soit 4,9 L/m2 de distillateur solaire.
Depuis un siècle, des milliers de distillateurs solaires fonctionnent à travers le monde. La plus part sert pour une image domestique. Ils sont construits artisanalement suivants le modèle montré en coupe (Figure II.10). Suivant le climat et la saison, ils peuvent produire de 2 à6 litres d’eau pure par mètre carré par jours.

La distillation solaire à effet de serre

Effet de serre

L’effet de serre est un processus naturel résultant de l’influence de l différents flux thermiques contribuant aux compte de ce mécanisme est nécessaire pour expliquer les températures observées à la surface de la Terre et de Vénus. Dans le système solaire l’essentiel de l’énergie thermique reçue par une planète provient du rayonnement solaire et, en l’absence d’atmosphère, une planète rayonne idéalement comme un partie de ces rayonnements modifiant ainsi l’équilibre thermique. Ainsi l’atmosphère isole la Terre du vide spatial comme une serre isole les plantes de l’air extérieur.
L’expression effet de serre résulte Son usage s’est étendu dans le cadre de la vulgarisation du les gaz à effet de serre qui bloquent et réfléchissent une partie du le bilan thermique d’une serre s’explique essentiellement par une analyse de l non du rayonnement : la chaleur
La distillation solaire à effet de serre est l’une d thermique à basse température qui consiste en énergie thermique pour produire de l’eau à partir d’une e mode individuel ou général à des r consommations réduites.Ce procédé consi : Système de distillation solaire [20] ‘ températures au sol d’une planète corps noir, l’atmosphère d’une planète absorbe et réfléchit une d’une analogie entre l’atmosphère et les parois d’une réchauffement climatique rayonnement thermique s’accumule à l’intérieur de la serre car les parois bloquen es applications énergétiques du auchangement de l’énergie solaire au de mer, où égions distantes ou isolées qui ste à chauffer de l’eau directement par atmosphère sur les . La prise en serre. causé par . Or a convection et t les solaire (rayonnement) elle s’adapte en nécessite des le rayonnement solaire dans une enceinte fermée recouverte de vitrage. La vapeur produite, qui se condense sur le vitrage, et est recueille sous forme de condensât dans des gouttières(Figure II.11).Mais son rendement estrelativement faible, 4 à 5 litres/jours.m2.
Ils existent cependant deux types de fabrications de distillateurs, ces derniers peuvent êtreconstruit soit :
– Sous forme de produit modulable, il s’agit généralement d’un bac (plastic, tôle, bois…) isoléinférieurement et recouvert d’un vitrage supérieurement. Plusieurs distillateurs peuvent êtrealimentés simultanément pour former une unité de distillation. Le nombre de distillateursdépend de la capacité d’eau produite désirée. Ce modèle est utilisé seulement de très petitescapacités, plusieurs dizaines de litres par jours. Il est pratique quand les besoins en eaudistillée ne sont pas très importants (laboratoire d’analyse, parc auto …).
Ils existent cependant plusieurs variantes, on peut citer le distillateur plan, en cascade, àmèche, à multiple effets, sphérique… etc.
– Quand les besoins sont plus importants, plusieurs centaines de litres/jour, les distillateurssont construits en maçonnerie/béton sous de grands bassins vitrés. La surface dépend de laquantité d’eau distillée voulue. Un certain nombre d’applications sont effectuéesgénéralement dans les zones rurales où les surfaces au sol sont disponibles. L’analyse théorique est basée sur le bilan thermique du distillateur qui permet de déterminerson rendement en fonction des différents paramètres.

Le bilan énergétique

Généralement, le distillateur est digéré à une boîte noire contenant une charge d’eausaumâtre et fonctionnant entre deux sources de chaleur: la saumure (source chaude) àune température moyenne Tw et l’ambiance (s puissance solaire incidente (Qinc) chaleur utile (Qu) pour l’évaporation d’une perdue vers l’ambiance.L’application dela première loi de la thermodynamique à un volume de contrôle (Figure II.12) délimitant la le bilan d’équilibre thermique du Avec :Qp= Acαt [Ig- Ul (Tw – Ta)]
Tw : Température moyenne du distillateur; Ta : Température ambiante;
Qabs : Puissance absorbée par l’eau; Qinc : Puissance solaire incidente; Qu : Chaleur utile;
Qp : Chaleur perdue vers l’ambiance.
Qu= Qabs- ource froide) à une température moyenne Ta. La fraction de la et absorbée par la charge d’eau (Qabs) est u quantité d’eau et la fraction restante (Qp) est surface effective pertinente du système permet d’écrire système. 

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Table des matières

Introduction générale
Première Partie : Etude bibliographique
I- Généralité sur l’eau
I.1 Introduction
I.2 Différents types d’eau
I.3 Origine de l’eau
I.3.1 Les eaux souterraines
I.3.2 les eaux de surfaces
I.3.3 Les eaux de mer et eaux saumâtres
I.4 Les différents états de l’eau
I.5 Eau potable
I.5.1 Qualité
I.5.1.1. Qualité physique et chimique
I.5.1.2. Qualité bactériologique
I.5.2 Les problèmes reliés à l’eau potable
I.5.2.1.La pollution
I.5.2.2.La pollution de l’eau potable
I.6 Propriétés physique de l’eau
I.6.1 Masse volumique
I.6.2 Viscosité dynamique
9 I.6.3 Propriétés thermique
I.6.2.1. Conductivité thermique
I.6.4 Propriétés électriques
.1. Constante diélectrique
I.6.3.2. Conductivité électrique de l’eau
I.7Conclusion
II- Les différents procédés de dessalement
Introduction
II.2 Caractéristiques des eaux de mer et saumâtres
II.2.1 Les eaux de mer
II.2.2 Les eaux saumâtres
II.3 Le dessalement
II.3.1 Schéma général d’une installation de dessalement
II.3.1.1. Prise d’eau de mer
II.3.1.2. Un poste de prétraitement
II.3.1.3 L’installation de dessalement proprement dite
II.3.1.4 Un poste de traitement
II.3.2 Les différents procédés de dessalement
II.3.2.1 Les procédés de distillation
II.3.2.2 Les procédés membranaires
II.3.2.2.1.La microfiltration (MF)
II.3.2.2.2.L’Ultrfiltration (UF)
II.3.2.2.3.La nanofiltration (NF)
II.3.2.2.4 L’osmose inverse
II.3.2.3. Le transfert membranaire
II.3.2.3.1. Le colmatage
II.3.2.3.1.1. Transfert de solvant à travers la membrane
II.3.2.3.1.2. Transfert de soluté vers la membrane
II.3.2.3.2. La sélectivité
II.3.2.4.Principe de l’osmose inverse
II.3.2.5. Electrodialyse à membrane sélective
II.3.2.6.La Congélation
II.3.2.7. La distillation solaire à effet de serre
II.3.2.7.1. La distillation solaire
II.3.2.7.2. La distillation solaire à effet de serre
II.3.2.7.2.1. Effet de serre
II.3.2.7.2.2.La distillation solaire à effet de serre
II.3.2.4.3. Le bilan énergétique
II.3.2.8. L’échange d’ions
II.4 Conclusion
III- Les palétuviers de Madagascar
III.1 Introduction
III.2 Généralités sur la plante
III.3 Ecologie des palétuviers
III.3.1 Les facteurs biotiques
III.3.2 Les facteurs abiotiques
III.3.2.1 Facteurs climatiques
III.3.2.2 Facteur hydrologique
III.4 Mécanismes biologiques des plantes halophytes
III.4. 1. Les mécanismes de résistance d’une plante halophytes
III.5. Adaptations à l’excès de sels
III.5.1. Réduire sa transpiration
III. 5.2. Faire des réserves d’eau
III.5.3. Contrôler l’entrée des sels
III.5 Conclusion
Partie B : Etude expérimentale
IV.1 Dispositif expérimental
IV.2 Présentation du pilote
IV.2.1 Description du pilote
IV.3. Préparation de l’eau de sel
IV.4 Description del’appareillage de mesurechromatographique
IV.4.5 La chromatographie ionique
IV.4 .5.1. Principe et Théorie
IV.6. Protocole d’analyse
V- Résultats et interprétations
V.1. Expérience numéro 1
V.2.Expérience numéro 2
Conclusion générale
Références bibliographiques et webographies

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