Des polymères en osmose avec l'eau de mer
L'osmose inverse met les membranes à rude épreuve
Même s’il ne couvre que 1% des besoins mondiaux en eau, le dessalement d’eau est un marché dynamique, évalué aujourd’hui à quelques 85 milliards de d’euros, où deux techniques sont en concurrence.
La première, le dessalement thermique, consiste à faire bouillir l’eau salée avant de condenser la vapeur d’eau débarrassée des sels. Cette technique ancienne mais très énergivore, bénéficie d’un regain d’intérêt grâce à la baisse des coûts liée à l’apparition du photovoltaïque organique. Elle est cependant supplantée par celle de l’osmose inverse.
Ce procédé est dérivé du phénomène osmotique qui régit l’équilibre des concentrations de deux solutions séparées par une membrane perméable seulement au liquide. Selon ce principe, l’eau douce contenue dans un compartiment, traverse naturellement la membrane pour diluer l’eau salée dans l’autre.
Dans le cas de l’osmose inverse, il suffit d’exercer une pression sur l’eau salée pour remplir le compartiment d’eau douce.
Bien que très efficace, cette technologie présente aussi des inconvénients. Énergivore, en raison de forte pressions nécessaires, elle offre un rendement d’à peine 50% et génèrent des résidus corrosifs pour les membranes et difficiles à traiter. D’où l’intérêt des fibres synthétiques qui, à mesure des évolutions, s’avèrent moins onéreuses à l’entretien et de plus en plus performantes.
NanoH2O augmente le débit de l'eau
Plus le tamis est serré, plus le filtrage est lent ! Cette règle vaut aussi pour les membranes dont le débit est, en théorie, proportionnel à la perméabilité du matériau… Et à plus forte raison, dans le cas de l’osmose inverse, où la pression destinée à améliorer le flux consomme beaucoup d’énergie et met les membranes à rude épreuve.
Grâce à l’évolution des fibres synthétiques, leur consommation a été quasiment divisée par 3, passant de 15 kWh à 3,5 kWh par m3 d’eau dessalée. Aux membranes polyamide, de première génération, ont succédé les membranes composite ou multicouches en polysulfone. Mais, une fois encore, c’est le recours aux nanotechnologies qui a permis de franchir, récemment, le pas décisif.
Avec la mise au point des membranes Quantum Flux, la start-up californienne NanoH2O a démontré l’efficacité de la dispersion de nanoparticules de zéolithe - un cristal microporeux de la famille des silicates - sur la couche supérieure de ses membranes.
La multiplication des pores, à l’échelle nanométrique, augmente la perméabilité des fibres et modifie leurs propriétés de surface afin de faciliter le rejet de sel et limiter le colmatage. Cela permet aux industriels de la filière, au choix, de réduire la consommation d’énergie d’environ 20%, d’augmenter le débit d’eau traitée ou, à production égale, de réduire la taille de leurs installations.
De l'eau douce, même dans les conditions extrêmes
Le distillateur solaire est probablement le système le plus simple de distillation de l'eau de mer. Capables de produire de petites quantités d'eau douce pour des besoins de base, ils s’avèrent cependant inefficaces pour une production à grande échelle. C’est pourquoi la plupart des modèles commercialisés sont destinés à un usage familial ou individuel, dans le cadre de l’aide humanitaire ou au développement.
Ils se composent généralement d'un bassin rectangulaire ou circulaire, tapissé d'un revêtement foncé pour maximiser l'absorption des rayons solaires, recouvert d’un couvercle transparent. L’élévation de la température par effet de serre provoque l'évaporation de l'eau salée qui se condense sur la face inférieure du couvercle.
Les conditions précaires d’utilisation d’un distillateur solaire conduisent les fabricants à adopter des matériaux plastiques à la fois légers, robustes et résistants à la chaleur.
Le Watercone imaginé par l’ingénieur munichois Stephan Augustin se résume à un bassin circulaire en PVC noir recouvert d’un simple cône en polycarbonate. Un dispositif qui permet de distiller environ 1,5 litre d’eau par jour. L’entreprise texane SolAqua propose, quant à elle, de petites serres en fibre de verre recouvertes de polycarbonate dont le rendement quotidien, en climat favorable, est de l’ordre de 8 litres par m2.
