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LE DESSALEMENT DE L'EAU DE MER
97% de l’eau présente sur la planète est salée. Au regard du manque d’eau douce dont souffrent certains territoires ou grandes villes, il paraît donc naturel de se tourner vers cette immense ressource. De fait, la multiplication des usines de dessalement d’eau de mer s’accélère sur les littoraux.
Longtemps cantonnées aux richissimes pays du golfe Persique, les usines colonisent désormais d'autres zones côtières, de la Californie à l'Espagne, des Caraïbes au Sud-Est asiatique. L’Arabie Saoudite reste cependant le plus gros producteur et elle souhaite se doter de 16 nouvelles usines fonctionnant à l’énergie nucléaire.
Dans le bassin méditerranéen, les demandes en eau douce ne cessent de croître. Le dessalement s’affirme comme étant une des solutions incontournables avec le recyclage des eaux usées. Ainsi, en 2008, la Méditerranée représentait environ un quart du dessalement mondial et l'implantation des usines de dessalement se poursuit à un rythme croissant, malgré les risques sur l'environnement.
Rappelons que si dessalement d’eau est avant tout destiné à la consommation humaine, son usage en agriculture peut être localement important, notamment en Espagne pour l'instant.
A la question : y aura-t-il demain assez d’eau pour tous sur notre planète ? L’Organisation des Nations unies (ONU) a répondu que théoriquement oui, dans son rapport annuel 2015 sur l’or bleu. Mais aussi qu'il est urgent de changer « radicalement » la façon de l’utiliser et de la partager. Sinon, au rythme actuel, « le monde devra faire face à un déficit hydrique global de 40 % » dès 2030.
Inextricablement liée au changement climatique, à l’agriculture et à la sécurité alimentaire, à l’énergie, à la santé et même à l’égalité entre les sexes, l’eau est peut-être le thème qui illustre le mieux les trois piliers du développement durable, qu’il s’agisse de la lutte contre la pauvreté, du développement économique, ou de la préservation des écosystèmes. Il s’agit de défis essentiels. Le rapport souligne ainsi à quel point la pénurie et la mauvaise gestion de cette précieuse ressource cristallisent les tensions et les conflits autour du monde.
LE DESSALEMENT DE L'EAU
Le dessalement de l'eau (également appelé dessalage ou désalinisation) est un processus qui permet d'obtenir de l'eau douce (potable ou, plus rarement en raison du coût, utilisable pour l'irrigation) à partir d'une eau saumâtre ou salée (eau de mer notamment). En dépit du nom, il s'agit rarement de retirer les sels de l'eau, mais plutôt, à l'inverse, d'extraire de l'eau douce.
Très généralement, il est plus simple et plus économique de rechercher des sources d'eau douce à traiter (eaux de surface, telles que lac et rivière, ou eau souterraine), que de dessaler l'eau de mer. Cependant, dans de nombreuses régions du monde, les sources d'eau douce sont inexistantes ou deviennent insuffisantes au regard de la croissance démographique ou de la production industrielle.
D'autre part, il est souvent rentable de combiner la production d'eau douce avec une autre activité (notamment la production d'énergie, car la vapeur disponible à la sortie des turbines, et perdue dans une usine classique, est réutilisable dans une station de dessalement dite thermique ou fonctionnant sur le principe de l'évaporation).
UNE INDUSTRIE EN PLEIN DEVELOPPEMENT
La production industrielle d’eau potable par dessalement a débuté dans les années 1950. En 2007, elle atteignait 47 millions de mètres cubes par jour dans le monde, soit environ 8% de la production totale d’eau potable ou encore 0,45 % de la consommation d'eau douce journalière sur notre planète. Cette industrie connait depuis, une très forte croissance dans le monde de l’ordre de 15% par an : on estime qu’en 2016, la production globale d’eau potable par désalinisation (eau de mer ou eau saumâtre) dépassera 38 milliards de m3/an, soit une production deux fois plus élevée qu’en 2008.
Ceci s’explique en grande partie par les innovations technologiques et notamment le développement de l’osmose inverse qui rend le dessalement moins énergivore et moins coûteux. Un mètre cube d’eau produit par osmose inverse coûte ainsi entre 0,40 et 0,80€ contre 0,65 à 1,80 € pour la technique de distillation, de moins en moins utilisée dans le monde. L’osmose inverse reste tout de même plus chère que la potabilisation des eaux de surface ou souterraines qui coûte entre 0,1 et 0,5 €/m3.
Plus de 18 000 centrales de dessalement produisent de l’eau dans 150 pays Longtemps cantonnées aux richissimes pays du golfe Persique, les usines colonisent désormais d'autres zones côtières, de la Californie à l'Espagne, des Caraïbes au Sud-Est asiatique ; L’Arabie Saoudite reste cependant le plus gros producteur.
A noter qu'ajourd’hui, les petites installations locales font place à de grosses unités de production plus rentables et mieux équipées.
FONCTIONNEMENT DES USINES DE DESSALEMENT
Plusieurs techniques ont été et sont actuellement utilisées dans les usines du monde entier afin de purifier l’eau de mer. Le traitement principal consiste à faire la passer la concentration en sels de l’eau de 35 000 ppm (ou 35 g/l) à moins de 500 ppm (ou 0,5 g/l), seuil de potabilité généralement admis. Deux procédés sont généralement employés afin de séparer les sels dissous de l’eau : un procédé thermique faisant intervenir l’évaporation et un procédé membranaire appliquant le principe de l’osmose inverse.
Le procédé thermique : la distillation
Il s’agit de la première technique historiquement utilisée dans le dessalement de l’eau, du fait, probablement, de sa simplicité. Elle consiste à faire évaporer l’eau, contenant le sel, grâce à la chaleur produite par une chaudière ou plus simplement par le soleil. Par ce processus, les sels ainsi que les autres composés dissous se déposent tandis que de la vapeur d’eau s’élève. Cette dernière est ensuite recondensée afin d’obtenir de l’eau douce.
Cette technique a l’avantage de produire une eau très pure mais l’inconvénient de consommer énormément d’énergie (15kWh/m3 d’eau traitée) et donc de coûter très cher. Elle n’a aujourd’hui d’intérêt que si elle est associée à une production d’électricité (cogénération). Aussi, bien qu’encore très largement répandue dans le golfe persique, elle est aujourd’hui progressivement délaissée au profit de l’osmose inverse.
Le procédé membranaire : l'osmose inverse
Pour expliquer le fonctionnement de ce procédé, il convient tout d’abord de rappeler le principe de l’osmose. L’osmose correspond à la relation entre un soluté (ici le sel, principalement) et le liquide (ici, l'eau) dans lequel il est dissout. La pression osmotique est la pression exercée par la solution (le liquide + le soluté) sur les différentes parois avec lesquelles elle est en contact. Dans le cas d'un système avec une membrane semi-perméable, le liquide de la solution la moins concentrée (ici l'eau pure) vient diluer la solution la plus concentrée (eau salée) afin d’atteindre un état d’équilibre dit équilibre osmotique, soit, une concentration en sel égale de part et d’autre de la membrane. Ce phénomène est illustré par le schéma ci-contre.
Le procédé de l’osmose inverse est de plus en plus répandu pour différentes raisons.
Cette technique consomme tout d’abord beaucoup moins d’énergie que la distillation : seuls 4 à 5kWh sont nécessaires pour traiter un mètre cube d’eau contre 15 kWh pour le procédé thermique. De plus, ces consommations tendent à baisser régulièrement, grâce à des innovations permettant de récupérer l’énergie utilisée pour forcer l’eau de mer à passer à travers les membranes. Des travaux sont également en cours pour mettre au point des membranes beaucoup plus fines (en graphène notamment) qui réduiraient considérablement la pression nécessaire à la désalinisation.
Un autre avantage de l’osmose inverse réside dans la possibilité de produire de grandes quantités d’eau potable (320 000 m3/jour dans l’usine d’Ashkelon en Israël) et donc d’alimenter un grand nombre de personnes. Enfin, la diminution du coût des membranes et l’amélioration des rendements des pompes et moteurs sont deux autres points positifs.
Rejets de saumure issus du procédé d'osmose inverse
L’eau dessalée peut ensuite être reminéralisée, ajustée au pH (on augmente ou on diminue son acidité) ou légèrement chlorée selon l’utilisation que l’on veut en faire (consommation, irrigation etc.). Les membranes sont périodiquement nettoyées grâce à des produits chimiques acides (pour les dépôts de carbonates) et basiques (pour les dépôts biologiques). Les eaux usées, très salées et contenant différents résidus chimiques sont alors déversées dans la mer, parfois après traitement….
QUEL IMPACT SUR L'ENVIRONNEMENT ?
Les impacts des usines de dessalement sur l’environnement marin sont encore mal connus en raison du manque d’études réalisées sur le sujet, même si certains effets sont d’ores et déjà suspectés ou établis. Pour ne citer que les deux principaux :
Des procédés énergivores : Les techniques utilisées pour le dessalement de l’eau sont très consommatrices en énergie, même si la tendance est à la baisse, notamment grâce au développement de l’osmose inverse et d’autres technologies innovantes. Or, cette énergie est le plus souvent fournie par des combustibles fossiles qui présentent pour l'environnement l'inconvénient d'émettre des polluants atmosphériques, notamment du dioxyde de carbone (CO2), des oxydes de soufre et d'azote et des particules solides.
Les impacts liés aux rejets : Les scientifiques s’accordent sur le fait que les impacts des effluents (=eaux rejetées) issus de ces usines sont principalement dus à la forte concentration en sel et dans une moindre mesure à la présence de produits chimiques (utilisés pour le fonctionnement de l’usine) et à la température potentiellement élevée de ces eaux.
Anoxie (absence d’oxygène) au niveau des fonds marins : la diminution des brassages associée à la présence d’espèces consommatrices d’oxygène peut conduire à des périodes d’anoxie du fond marin
Diminution de la lumière : la présence d’eau hypersalée provoque la formation d’un brouillard qui rend difficile le passage de la lumière, affectant ainsi la photosynthèse des espèces marines végétales.
Modification de la température : Les effluents peuvent ainsi modifier la température de l’eau de mer au niveau de la zone de rejet de la saumure, parfois jusqu’à plusieurs degrés, même si les différentes études montrent que cette modification n’est que très locale.
Rejets de produits chimiques : De nombreux produits chimiques utilisés tout au long du procédé de dessalement de l’eau se retrouvent dans les eaux rejetées par ces usines. Par ailleurs, les saumures sont le siège de réactions chimiques, qui modifient en permanence leur composition. Les anions sont associés, pour l'essentiel, à des cations sodium Na+, potassium K+, magnésium Mg2+ et calcium Ca2+. On trouve également, le plus souvent à l'état de traces, des hydrocarbures, des oligo-éléments : brome Br, phosphore P, arsenic As, zinc Zn, cuivre Cu, plomb Pb, nickel Ni, argent Ag, de l'acide siliceux, des phénols, des acides humiques, des vitamines, des hormones, des stimulants biogènes, des acides aminés, des acides gras et des polysaccharides.
Effets des rejets de produits chimiques sur la faune et la flore marine locale : Certains des composés chimiques rejetés par les usines de dessalement peuvent avoir des conséquences sur les écosytèmes marins. Par exemple, il a été montré que les produits antitartre rejetés par les usines de dessalement étaient des éléments nutritifs qui stimulaient la productivité primaire. Ces produits peuvent donc induire une prolifération d'algues dans des milieux qui habituellement en comptent peu, comme en mer méditerranée. De même, les produits antisalissure rejetés par ces mêmes usines auraient des effets stérilisants sur certains organismes.
Crainte pour les herbiers de posidonie : Les herbiers de posidonie, qui représentent un habitat riche où vivent et se reproduisent une grande diversité d’espèces en Méditerranée, sont également très sensibles aux variations de salinité et sont donc menacés par les rejets de saumure. Ces derniers peuvent ainsi induire l’apparition de nécrose des tissus et d’une plus grande chute des feuilles chez la Posidonie de Méditerranée. Les niveaux de salinité affectant ces végétaux sont très variables selon les espèces : la Posidonie de Méditerranée ne tolère que des augmentations de l’ordre de 1mg/L alors que d’autres espèces végétales résistent jusqu’à une augmentation de 20 mg/L
LA SAUMURE
La principale caractéristique des eaux rejetées par les usines de dessalement est sa forte salinité. On la qualifie ainsi de saumure (eau de mer concentrée). La saumure est formée naturellement sur les côtes, dans des lagunes, des rivières ou des lacs salés, ou des flaques isolées de la mer par évaporation de l’eau sous l’action du soleil et du vent. Elle se forme également par lessivage de bancs de sel gemme, lors de l'infiltration d’eau douce à travers des couches perméables du sol.
Pour les usines à procédé thermique, le taux de conversion de l’eau de mer en eau douce est en moyenne de 10%, c’est à dire qu’avec 10l d’eau salée est produit 1l d’eau pure. Ainsi, la concentration des effluents issus de ces usines est en moyenne 10 % plus concentrée que l’eau d’alimentation. Dans ce procédé, les eaux de rejets sont souvent diluées par deux avec des eaux de refroidissement (eau de mer classique), ce qui donne donc un effluent seulement 5% plus concentré que l'eau de mer naturelle.
Pour les usines à procédé membranaire en revanche, l’eau de rejet est de 30 % à deux fois plus concentrée.
Lorsque la saumure est rejetée sans dilution ni traitement, elle induit une augmentation de la concentration en sel autour de la zone de rejet. Des travaux de recherche ont ainsi montré que les rejets de saumure issus des usines de dessalement du golfe persique augmentaient localement la concentration en sel de 5 à 10 mg/L, la concentration moyenne de l’eau de mer dans cette région avoisinant les 45 mg/L.
Enfin, la saumure contient également les résidus des produits chimiques ayant servi aux prétraitements, dont certains peuvent entraîner une acidification de l’eau, affectant certains organismes et en particulier les coraux. Le métabisulfite de sodium, utilisé pour la déchloration de l’eau d’alimentation ou en tant que biocide, a également un effet toxique, sur le phytoplancton notamment. Certaines de ces substances sont, en plus, bioaccumulables, et peuvent donc se retrouver très concentrées en haut de la chaîne alimentaire, dans les poissons notamment.
UN ROULEAU ABRASIF DANS LE FOND DE LA MEDITERRANEE
La forte salinité des eaux de rejets est à l'origine des principaux impacts des usines de dessalement sur les écosystèmes marins. Le rejet de saumure dans la mer aboutit en effet à la formation d’un système stratifié de couches de plus en plus salées en allant vers le fond, ce qui diminue les brassages entre eau de fond et eau de surface. Dans certains cas et en fonction des courants marins locaux, 40% de la zone environnante est recouverte de sel.
Ce phénomène peut conduire à des modifications du milieu local (voir schémas ci-dessous), d'autant que le courant marin qui ceinture le pourtour méditerranéen conduit à créer un véritable rouleau abrasif qui détruit les fonds marins et l'écosystème.
LE DESSALEMENT DE L'EAU DE MER ET LE DEVELOPPEMENT DURABLE
Le dessalement d’eau de mer, gourmand en énergie et à l’origine de rejets polluants, n’est pas une option de développement durable, même si des études à long terme manquent pour évaluer précisément l’impact de ces usines.
Il s’agit d’une alternative d’adaptation au changement climatique qui ne devrait être adoptée que lorsque toutes les autres possibilités « durables » ont déjà été exploitées (en particulier l’utilisation rationnelle de l’eau et le recyclage des eaux usées) et qui devrait se limiter à la production d’eau potable pour la consommation humaine. A capacité identique, le recyclage des eaux usées est nettement moins cher que le dessalement d’eau de mer, avec une consommation d’énergie deux fois moins importante. Le procédé de désalinisation doit par ailleurs être amélioré par le développement de nouvelles techniques de traitement utilisant moins de produits chimiques (microfiltration ou nanofiltration).
Lorsque le dessalement est l’unique solution pour alimenter les populations en eau douce, des études scientifiques précises doivent être menées sur site avant implantation de l’usine, pour en limiter les impacts, au risque de détruire les écosystèmes marins locaux.
Focus au 15/12/2015
NB : Pour de plus amples informations ou pour des études de réalisation, nous contacter par le biais du formulaire de contact
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