LE DESSALEMENT DE L’EAU DE MER

LES FACTEURS QUI INFLUENCE LE FONCTIONNEMENT DE LA STATION :

L’eau est un élément vital pour toute société et un facteur prépondérant pour son sort économique. En Algérie, pays à climat généralement aride la demande en eau tant pour l’AEP que pour l’agriculture et l’industrie ne cesse de s’accroître d’année en année et par conséquent de plus en plus difficile à satisfaire par la conjugaison de la multiplicité des besoins face à la vulnérabilité de la ressource aux changements climatiques [https://www.rapport-gratuit.com/]. Face à des situations de pénuries ou de déficit chronique, les pouvoirs publics tentent à capter et mobiliser les eaux pour pouvoir les mettre au service des usagers en temps opportun en quantité suffisante et en qualité souhaité, Cela se traduit par une programmation préparée minutieusement permettant de planifier les actions engagées.

Devant cette situation de fait, la volonté des hommes s’est appuyée sur les ressources de la science pour faire appel à la technologie du dessalement de l’eau de mer. Perçue il y a deux à trois décennie presque comme un gadget, le dessalement se profile aujourd’hui comme une alternative crédible. Les pouvoirs publics l’ont bien compris en lançant un chapelet de projets de dessalement d’eau de mer intégrant des usines de grande et de moyenne capacité tout au long des cotes algériennes. Intégrants des technologies pionnières, notamment en matière de récupération d’énergie, le dessalement s’est imposé aujourd’hui comme une solution économiquement viable. Elle libère l’homme des incertitudes saisonnières, libère des disponibilités en eau classique en les réaffectant vers l’agriculture.

L’objectif de ce travail consiste à faire une étude sur le procédé d’osmose inverse pour le dessalement des eaux faiblement saumâtres préparées à partir des eaux de mer de la station de „Chatt El Hilel‟ à l‟aide du pilote TE 200 disponible dans notre laboratoire. Le manuscrit est divisé en deux parties : Partie théorique et partie expérimentale. La partie théorique se décompose en 3 chapitres, le 1er est une sorte de généralité sur l‟eau et le dessalement à travers le monde, tant dit que le 2ème chapitre, traite des différents procédés de dessalement.et le 3ème chapitre décrit le phénomène de colmatage. La partie expérimentale qui traite le dessalement de l’eau saumâtre préparée à partir des eaux de mer issues du prétraitement de la station de „Chatt El Hilel‟ est décomposée en deux parties. La 1èrefait part des analyses prisent au niveau de la station de‟ Chatt El Hilel‟ et ses interprétations, la 2ème partie concernant les analyses de l‟eau de mer dans laboratoire de traitement des eaux « TEE » département d‟hydraulique université Abou Bekr Belkaid, ainsi que les méthodes et le matériel utilisé durant notre travail et puis les résultats obtenus son décrite sous forme de tableaux et graphiques avec l‟interprétation des données.

Généralité sur l’eau et le dessalement

L‟eau est un élément de la nature qui illustre au mieux les liens étroits qui existent entre l‟homme et son environnement. Cette liaison est particulièrement étroite pour les besoins en eau de l‟homme, puisqu‟il consomme des quantités énormes d‟eau et en polluent une bonne partie [4]. L‟accès durable aux ressources en eau est une préoccupation majeure qui concerne tous les pays du bassin méditerranéen. Les besoins en eau se multiplient avec l’accroissement des populations, l‟urbanisation, le développement économique, industriel et agricole. De ce fait, la situation de stress hydrique qui frappe déjà la plupart des pays du Sud et de l’Est de la méditerranée (PSEM) peut être s’aggraver..

REPARTITION DE L’EAU SUR TERRE

La Terre est la planète la plus fortunée du système solaire, elle est en effet la seule à posséder autant d’eau sur sa surface et dans son atmosphère. L’essentiel toutefois est constitué d’eau de mer (97,2 %) et de glace (2,15 %) inutilisables directement. L’eau douce, facilement disponible (lacs, fleuves, certaines eaux souterraines), ne représente que (0,07%) de la ressource totale soit environ un million de km3 . La pénurie d‟eau est le deuxième problème majeur du monde nouveau qui se profile à l‟horizon avec celle de l‟énergie. L‟eau n‟est pas rare à la surface du globe mais elle est répartie de manière très inégale dans le monde : certains pays ont des ressources en eau très abondantes alors que d‟autres en manquent.

DEFINITIONS

l’eau potable :
Une eau potable est celle qui porte une série de qualités chimiques, physiques et bactériologiques non nuisibles à la santé. La qualité physique fait allusion à une eau incolore, inodore, insipide et fraîche. La qualité chimique, quand à elle, renvoie au fait que l’eau potable ne doit pas contenir de substances chimiques, ni toxiques, ni d’éléments polluants. Elle ne peut contenir qu’un faible taux de sels minéraux qui lui assure une saveur agréable et une valeur nutritive certaine.

l’eau de mer :
L’eau de mer est une eau salée, la caractéristique la plus importante de cette dernière est leur salinité c’est-à-dire leur teneur globale en sels (chlorures de sodium et de magnésium, sulfates, carbonates). La salinité moyenne de l’eau de mer est de 35 g/L, cette valeur varie d’une région à une autre..

les eaux saumâtres :
On appelle eau saumâtre une eau salée non potable de salinité inférieure à celle de l’eau de mer. La plupart des eaux saumâtres contiennent entre 1 et 10 g de sels par litre. Ce sont parfois des eaux de surface mais le plus souvent des eaux souterraines qui se sont chargées en sels en dissolvant certains sels présents dans les sols qu’elles ont traversés. Leur composition dépend donc de la nature des sols traversés et de la vitesse de circulation dans ces sols. Les principaux sels dissous sont le CaCO3, le CaSO4, le MgCO3 et le NaCl.

LE DESSALEMENT DE L’EAU DE MER

définition de dessalement :
Le dessalement est un procédé de déminéralisation. Il 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 pour obtenir une eau de salinité voisine de celle des eaux douces.

étapes de dessalement :
Une installation de dessalement peut être schématiquement subdivisée en 4 postes :
• une prise d’eau ;
• un prétraitement ;
• l’installation de dessalement ;
• le post-traitement.

Le captage d’eau de mer :
La prise d’eau de mer doit permettre d’obtenir à l’entrée de l’usine de dessalement une eau de meilleure qualité possible, en particulier du point de vue matières en suspension. Deux technologies peuvent être utilisées:
Les forages côtiers: permettant d’obtenir une eau des très bonnes qualités et relativement stable.
La prise d’eau de surface: peut être faite en pleine mer. Dans le cas idéal, le captage doit être effectué en zone profonde, éloigné de la côte, protégée des pollutions et des forts courants et ne pas être sous l’influence de rejets.

Le prétraitement :
Le prétraitement de l’eau de mer avant osmose inverse est absolument nécessaire car ces membranes sont très sensibles au colmatage et une bonne qualité de l’eau en entrée des modules d’osmose inverse est indispensable pour assurer des performances stables de ce procédé sur le long terme. Les procédés de prétraitement peuvent être divisés en deux catégories : les prétraitements physico-chimiques et les prétraitements chimiques.
Les prétraitements physico-chimiques : incluent les préfiltres mécaniques, la clarification, la décantation, la filtration et la microfiltration.
Le prétraitement chimique : consiste en l’addition d’inhibiteurs d’entartrage, de désinfectants, acidification, injection de séquestrant et coagulation-floculation.

Le colmatage des membranes 

Le colmatage des membranes est le problème le plus aigu des problèmes rencontrés en filtration membranaire des eaux de surface. Il est défini comme l‟accumulation des matières à la surface de la membrane (en particulier à l‟entrée des pores) ou à l‟intérieure des pores de la membrane.

DEFINITION

Les eaux naturelles (eaux de mer ou eaux saumâtres) contiennent la plupart du temps des matières organiques en suspension qui vont avoir tendance à se déposer sur les surfaces d‟échange et à les colmater. Il va en résulter une augmentation de la résistance de transfert et une diminution de la capacité de production de l‟installation. Le développement de microorganismes, dans les parties des installations ou les conditions physico-chimiques le permettent, peut accentuer le phénomène par suite de la formation de films biologiques sur les surfaces de transfert (biofouling). Le colmatage a comme conséquences :
✓ Une augmentation de la perte de charge ;
✓ Une augmentation du passage de sels, le colmatage empêche la retro diffusion des sels rejetés par la membrane ;
✓ Une perte de flux ;
Ainsi, qu‟un problème reconnu dans le dessalement qui est les rejets de saumure. Dans le cas d‟installation de dessalement d‟eau de mer, des problèmes peuvent éventuellement se poser dans le cas ou les rejets de saumure ne sont pas évacués aux larges ou dilués par les courants marins.

LES TYPES DE COLMATAGE 

Le colmatage d‟une membrane peut résulter soit de l‟obstruction des pores à L‟intérieure même de la membrane (blocage des pores), soit de phénomènes d‟adsorption, soit enfin d‟un dépôt de matière en surface de la membrane par convection.

• Le phénomène de polarisation de concentration est lié à l‟accumulation de solutés au voisinage de la membrane sous l‟effet du flux de solvant. L‟accumulation de solutés génère un gradient de concentration et un flux de rétrodiffusion proportionnel au gradient de concentration est créé en opposition au flux convectif .Lorsque la concentration devient très élevée, un gel peut se former notamment en présence d‟une forte concentration en macromolécules ou un dépôt en présence de colloïdes. La polarisation de concentration est particulièrement importante en osmose inverse.
• L’adsorption de composés présents dans l‟eau à la surface d‟un matériau membranaire s‟explique par des interactions physico-chimiques de type ioniques, hydrophobes. Dans les eaux naturelles, les matières organiques comme les substances humiques vont ainsi s‟adsorber à la surface des membranes ou à l‟intérieur des pores. Pour ce type de composés, il s‟agit préférentiellement d‟interactions de type hydrophobe. L‟adsorption est d‟autant plus importante que le matériau de la membrane est hydrophobe. L‟adsorption d‟un composé à la surface d‟un matériau membranaire concerne toutes les classes de filtration membranaire.
• Le blocage de pores est lié à la présence de composés dont la taille est voisine de celle des pores de la membrane. La pénétration de ces composés dans les pores réduit fortement les flux locaux au niveau des pores engendrant alors un colmatage important. En filtration frontale, des lois ont été établies par Hermans et Bredee (1936) pour caractériser les différentes étapes allant du blocage de pores à la formation d‟un dépôt: le blocage complet, le blocage standard, le blocage intermédiaire puis la filtration sur gâteau.

Conclusion Générale 

La production de l‟eau potable par dessalement présente une solution alternative qui permet d’augmenter les ressources en eau disponible afin de lutter contre les pénuries d’eau. Parmi les différents procédés de dessalement, on cite l’osmose inverse qui est la technologie de séparation membranaire la plus répondue. Elle permet l’acquisition de l’eau par perméation sélective à travers une membrane dense sous l’action d’un gradient de pression. Le dessalement par procédés d’osmose inverse nécessite un prétraitement pour éliminer la matière en suspension dans le but de protéger les membranes contre le colmatage, et puis l’étape de post-traitement pour la reminéralisation des eaux produites de façon qu’elles soient conformes aux normes de potabilité des eaux destinées à la consommation humaine.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I: Généralités sur l’eau et le dessalement
I.2.REPARTITION DE L‟EAU SUR TERRE
I.3. DEFINITIONS
I.3.1. l’eau potable
I.3.2. l’eau de mer
I.3.3. les eaux saumâtres
I.4.LE DESSALEMENT DE L‟EAU DE MER
I.4.1. définition de dessalement
I.4.2. étapes de dessalement
I.4.2.1. Le captage d’eau de mer
I.4.2.2.Le prétraitement
I.4.2.3. Procèdes de dessalement
I.4.2.4. Le post-traitement
I.4.3. Le dessalement en Algérie
I.4.4.La capacité installée en Algérie
I.4.4.1.Les grandes stations
I.4.4.2. Les stations monoblocs
I.4.5. Les avantages et les inconvénients de dessalement en Algérie
I.5.CONCLUSION
CHAPITRE II: Les différents procédés de dessalement
II.1. INTRODUCTION
II.2. LA DISTILLATION
II.2.1. Principe
II.2. 2. Distillation a simple effet
II.2.3. Le procédé de distillation a multiples effets
II.2.4. Distillation par détentes successives (Multi Stage Flash, MSF)
II.2.5. Distillation avec compresseur de vapeur
II.3. LES PROCEDES MEMBRANAIRES
II.3.1.L‟électrodialyse
II.3.2.L‟osmose inverse
II.3.2.1.Définitions
II.3.2.2.Principe d’osmose inverse
II.3.2.3.Pression osmotique
II.3.2.4.schéma générale d’une unité d’osmose inverse
II.3.2.5.Membrane d’osmose inverse
II.3.2.6.Modules d’osmose inverse
II.3.2.7.Caractéristiques principales d’une unité d’osmose inverse
II.3.2.8.Les paramètres influençant le fonctionnement d’un système d’osmose inverse
II.3.2.9. Les avantages et les inconvénients de l’osmose inverse
II.4.CONCLUSION
CHAPITRE III: Le colmatage des membranes
III.1.INTRODUCTION
III.2.DEFINITION
III.3.LES TYPES DE COLMATAGE
III.4.LES COMPOSES A L‟ORIGINE DU COLMATAGE
III.5.LES FACTEURS INFLUENÇANT LE COLMATAGE
III.6. ESTIMATION DU POTENTIEL DE COLMATAGE
II.6.1 Le test SDI
III.7. PREVENTION DU COLMATAGE
III.8. LE NETTOYAGE DES MEMBRANES
III.9.CONCLUSION
CHAPITRE IV: Description de la station de Chatt El Hilal
IV.1.INTRODUCTION
IV.2.DESCRIPTION DE LA STATION DE CHATT EL HILAL
IV.2.1.Situation géographique de la station
IV.3.DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT DE LA STATION
IV.3.1.captage d‟eau de mer
IV.3.2.Le bâtiment de captage et de nettoyage préliminaire
IV.3.3.Dosage des produits chimiques
IV.3.4.Les filtres à sables et d‟anthracites
IV.3.5.Bâtiment de production d‟osmose inverse
IV.3.6.Bâtiment de la saumure
IV.3.7.Post-traitement
IV.3.8.Stockage et livraison
IV.3.9.Différents équipements
IV.4.LES FACTEURS QUI INFLUENCE LE FONCTIONNEMENT DE LA STATION
IV.4.1.Les Incidents fortuits
IV.4.2.Les conditions météorologiques
IV.4.3.Le colmatage des membranes
IV.5.PARTIE LABORATOIRE
IV.5.1.Échantillonnage et mode de prélèvement
IV.5.2.Analyses physico-chimiques
IV.5.2.1.La couleur
IV.5.2.2.La turbidité
IV.5.2.3.ALCALINITE
IV.5.2.4.Calcium
IV.5.2.5.Carbonates et bicarbonates
IV.5.2.6.Chlore libre, chlore total et chlore combiné
IV.5.2.7.Dureté
IV.5.2.8.Indice de Langelier (LSI)
IV.5.2.9.SDI
IV.5.2.10.Solides en suspension
IV.5.3.Interprétation des résultats d‟eau traité
CHAPITRE V: Matériels et méthodes
V.1.1.Introduction
V.1.2.Matériels et méthodes
V.1.2.1.Description du pilote TE 200
V.3.1.Etude de rétention globale de module
V.3.2.Description des appareillages de mesure
CHAPITRE VI: Résultats et interprétations
VI.1.ETUDE D‟OSMOSE INVERSE SUR LES EAUX SAUMATRES
VI.1.1.Etude de la variation de la conductivité de perméat et du concentrât en fonction du temps pour une concentration de 2g/L
VI.1.1.1.Pression d‟entrée 4.5 bar
VI.1.1.2.Pression d‟entrée 5.5 bar
VI.1.2.Etude de la variation de la conductivité de perméat et du concentrât en fonction du temps pour une concentration de 3 g/L
VI.2.2.1.Pression d‟entrée 5.5 bar
VI.1.2.2.Pression d‟entrée 8.5 bar
VI.1.3.Etude de la variation de la conductivité de perméat et du concentrât en fonction du temps pour une concentration de 4g/L
VI.1.3.1.Pression d‟entrée 5.5 bar
VI.1.3.2.Pression d‟entrée 8.5 bar
VI.1.3.3.Pression d‟entrée 10.5 bar
VI.1.4.Etude de la variation de la conductivité de perméat et du concentrât en fonction du  temps pour une concentration de 5 g/L
VI.1.4.1.Pression d‟entrée 5.5 bar
VI.1.4.2.Pression d‟entrée 8.5 bar
VI.2.4.3.Pression d‟entrée 10.5 ba
VI.2.ETUDE D‟OSMOSE INVERSE SUR LES EAUX DE MER
VI.2.1.Etude de la variation de la conductivité de perméat et du concentrât en fonction du temps pour une concentration de 3g/L
VI.2.1.1.Pression d‟entrée 5.5 bar
VI.2.1.2.Pression d‟entrée 8.5 bar
VI.2.2.Etude de la variation de la conductivité de perméat et du concentrât en fonction du temps pour une concentration de 5g/L
VI.2.2.1.Pression d‟entrée 8.5 bar
VI.2.2.2.Pression d‟entrée 10.5 bar
VI.2.3.Etude de la variation de la conductivité de perméat et du concentrât en fonction du temps pour une concentration de 6g/L
VI.2.3.1.Pression d’entrée 8.5 bar
VI.2.3.2.Pression d’entrée 10.5 bar
Conclusion générale

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