Énergie et environnement

La transformation de l'eau de mer en eau potable contribuera-t-elle aux pénuries d'eau?

La transformation de l'eau de mer en eau potable contribuera-t-elle aux pénuries d'eau?



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Croyez-le ou non, mais il y a un problème croissant pour obtenir de l'eau douce propre et potable dans de nombreuses régions du monde. Grâce à une combinaison d'activités humaines et de changement climatique, beaucoup prédisent qu'une grave crise mondiale de l'eau sera bientôt sur nous.

Pour cette raison, les chercheurs recherchent des solutions pour créer artificiellement de l'eau douce. Appelé dessalement, la transformation de l'eau salée, comme l'eau de mer, en eau douce pourrait-elle être la solution que nous recherchons?

Quelle est la crise de l'eau douce?

Notre "Blue Planet" porte bien son nom. Avec à peu près 70% de sa surface recouverte d'eau, il semblerait inexplicable que l'eau puisse être considérée comme une ressource rare dans de nombreuses régions du monde qui ne sont même pas des zones désertiques.

Le problème est que la plupart de cette eau est de l'eau de mer, qui n'est pas exactement potable, car elle est littéralement saturée de sel. De l'eau de la Terre, seulement autour 3% de celui-ci est frais et sûr à boire.

Mais, seulement autour 1% de l'eau douce disponible est en fait facilement accessible pour l'usage humain. La grande majorité du reste est enfermée dans les glaciers, les calottes glaciaires, le pergélisol ou enfouie profondément dans le sol.

Cela signifie que seulement autour 0.007% de l'eau sur la Terre est en fait disponible pour une utilisation par notre population mondiale toujours croissante. Un autre problème est que cette eau douce facilement accessible n'est pas uniformément répartie dans le monde.

CONNEXES: LA CRISE D'EAU DOUCE ET LES USINES DE DESSAL

L'eau potable étant essentielle à la vie sur Terre, ce n'est pas l'idéal pour les lieux de «pénurie d'eau». Mais nous utilisons également l'eau pour produire de la nourriture, des vêtements, construire des choses comme des ordinateurs et des voitures, et pour l'assainissement, pour ne citer que quelques éléments.

Il est vital pour tous les aspects de la vie humaine.

Le National Geographic explique pourquoi, "en raison de la géographie, du climat, de l'ingénierie, de la réglementation et de la concurrence pour les ressources, certaines régions semblent relativement remplies d'eau douce, tandis que d'autres sont confrontées à la sécheresse et à une pollution débilitante. Dans la plupart des pays en développement, l'eau propre est soit difficile à trouver ou une marchandise qui nécessite un travail laborieux ou une monnaie importante à obtenir. "

Un autre problème est que la quantité d'eau douce sur la planète est restée relativement constante pendant des milliards d'années.

En fait, il est possible que vous ayez, à un moment de votre vie, ingéré des molécules d'eau qui ont également été bues par les dinosaures, Jules César ou un autre personnage historique. Une pensée assez remarquable.

La hausse des températures mondiales au cours des dernières décennies semble également accroître la probabilité d'événements météorologiques extrêmes, y compris des sécheresses dans les zones sensibles du monde. Pour les zones touchées, les pénuries d'eau sont un problème très grave.

Avec la croissance démographique chaque année et la surutilisation de l'approvisionnement en eau déjà en baisse pour des choses comme l'agriculture ou les biens de consommation jetables, certaines régions du monde sont confrontées à une véritable «crise de l'eau douce».

Mais l'humanité n'est qu'ingénieuse. Pouvons-nous utiliser notre technologie pour limiter l'impact de cette crise? Peut-être même «créer» de l'eau douce?

Découvrons-le.

Est-il sécuritaire de boire de l'eau salée de la mer?

La réponse courte est, bien sûr, non. Boire de l'eau saline, comme l'eau de mer, peut être mortel pour les êtres humains (et de nombreux autres organismes).

L'eau de mer, comme vous le savez certainement, contient beaucoup de sels. Lorsque vous en buvez, vous consommez à la fois de l'eau (ce qui est bon) mais aussi ces sels.

Bien que vous puissiez facilement consommer une petite quantité de sel, la teneur en eau de mer est considérablement plus élevée que ce que votre corps peut traiter efficacement.

Les cellules de votre corps dépendent du chlorure de sodium (sel de table), principalement de sa teneur en sodium, pour maintenir les équilibres chimiques et les réactions du corps. Mais une trop grande partie peut être mortelle.

En effet, vos reins, en particulier les néphrons, ne peuvent produire que de l'urine moins saline que l'eau de mer. Cela signifie que si vous buvez exclusivement de l'eau de mer, il faudrait plus d'eau pour diluer le sel et le faire pipi que l'eau que vous avez reçue en le buvant.

En d'autres termes, vous auriez une perte nette d'eau. Pour cette raison, vous mourriez éventuellement de déshydratation (et deviendriez de plus en plus assoiffé avec le temps) si votre seule source d'eau était l'eau de mer.

Pour cette raison, vous ne devez jamais boire de grandes quantités d'eau de mer.

Quelles méthodes existe-t-il pour dessaler l'eau?

Avec un si petit pourcentage de l'eau totale disponible sur Terre sous forme d'eau douce, vous vous demandez peut-être s'il existe un moyen d'exploiter l'énorme réservoir d'autres sources d'eau sur Terre, comme la mer. Il s'avère que nous le pouvons, mais avec beaucoup d'efforts et de dépenses.

À l'heure actuelle, il existe au moins trois méthodes principales de dessalement:

  • Dessalement thermique (distillation).
  • Dessalement électrique.
  • Dessalement sous pression (osmose inverse).

Dessalement thermique, aka distillation, est de loin la plus ancienne des trois et est en fait utilisée depuis des milliers d'années. L'eau salée est bouillie, puis la vapeur est refroidie et condensée sous forme d'eau douce, laissant les cristaux de sel dans le récipient chauffé.

Cependant, cette méthode nécessite un investissement énergétique important à réaliser. Des méthodes plus modernes, selon l'Université de Stanford, «utilisent diverses techniques telles que des récipients à basse pression pour réduire la température d'ébullition de l'eau et ainsi réduire la quantité d'énergie nécessaire pour dessaler».

Cette forme de dessalement est largement utilisée dans des endroits comme le Moyen-Orient, où les ressources en hydrocarbures facilement abondantes contribuent à réduire le coût du carburant. Le dessalement thermique consiste généralement en trois processus thermiques majeurs à grande échelle.

Ceux-ci sont:

  • Distillation flash en plusieurs étapes (MSF).
  • Distillation multi-effets (MED).
  • Distillation par compression de vapeur (VCD).

Une autre méthode thermique existe également; distillation solaire, Ceci est généralement utilisé pour de très faibles taux de production. Il est également couramment utilisé pour produire du sel pour manger, en plaçant de l'eau de mer dans des piscines peu profondes et en attendant que l'eau douce s'évapore naturellement, laissant le sel marin.

Une autre façon d'éliminer le sel de l'eau de mer consiste à utiliser une membrane pour séparer les sels. Ceci peut être réalisé en utilisant le courant électrique ou la pression.

Encore une fois, ces méthodes sont principalement utilisées dans des endroits disposant d'abondantes sources d'énergie, comme les États-Unis.

Dessalement électrique, un exemple de dessalement à membrane, utilise le courant électrique pour séparer les molécules de sel et d'eau. Avec cette méthode, un courant électrique entraîne des ions à travers une membrane sélectivement perméable transportant le sel avec elle.

Une membrane sélectivement perméable est celle qui permet à certaines molécules de la traverser à l'exclusion d'autres. Des membranes synthétiques ou polymères ont été créées pour divers processus de recherche et industriels.

Il existe deux principales méthodes de dessalement des membranes électriques:

  • Électrodialyse (ED).
  • Inversion d'électrodialyse (EDR).

Ces deux méthodes de dessalement nécessitent des quantités d'énergie variables, en fonction de la teneur en sel de la source d'eau. Bien qu'il soit adapté à une utilisation avec des concentrations de sel plus faibles, il est beaucoup trop énergivore pour une utilisation sur l'eau de mer.

Osmose inverse est une autre forme de dessalement qui utilise la pression pour faire passer l'eau à travers une membrane sélectivement perméable. Ce processus, comme les autres, sépare le sel de la solution.

Apparemment similaire au dessalement électrique, la quantité d'énergie requise pour l'osmose inverse à grande échelle dépend de la teneur initiale en sel de l'eau. Pour l'eau de mer, l'énergie requise signifie qu'elle n'est pas économiquement viable dans la plupart des situations.

En tant que forme de dessalement la plus courante, il pourrait être intéressant d'explorer ce processus plus en détail.

Qu'est-ce que l'osmose inverse et l'osmose inverse fonctionne-t-elle?

Comme mentionné précédemment, l'osmose inverse est un processus de dessalement qui utilise la pression pour pousser littéralement les molécules d'eau à travers une membrane. Contrairement à la filtration régulière (où certaines impuretés sont exclues par taille), l'osmose inverse implique une diffusion de solvant à travers une membrane qui ne laisse passer que l'eau.

L'osmose régulière implique le mouvement naturel d'un solvant d'une zone à faible concentration de soluté (potentiel d'eau élevé) à une concentration élevée de soluté (faible potentiel d'eau) jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint. En osmose inverse, comme son nom l'indique, l'eau est extraite d'une concentration élevée en soluté de l'eau d'alimentation (comme l'eau de mer) en appliquant une pression pour inverser le flux naturel du solvant pendant l'osmose.

Outre la pression, l'un des principaux composants du processus d'osmose inverse est l'utilisation d'une membrane sélectivement perméable.

Cette membrane permet à certaines particules de la traverser, principalement de l'eau, laissant derrière elle des solutés (comme le sel) et d'autres contaminants. En osmose inverse, une membrane composite à couche mince (TFC ou TFM) est utilisée à cet effet.

Ces membranes sont principalement fabriquées pour les systèmes de purification et de dessalement de l'eau. Ils ont également certaines propriétés qui les rendent utiles pour certaines batteries et piles à combustible.

Ces membranes sont généralement construites à partir de deux ou plusieurs couches de matériaux. Développées par le professeur Sidney Loeb et Srinivasa Sourirajan, les membranes anisotropes semi-perméables sont généralement faites de polyamides.

Ce matériau possède des propriétés très utiles, notamment son affinité pour l'eau et sa relative imperméabilité à certaines impuretés dissoutes telles que les ions sel et d'autres petites molécules.

Dans les systèmes d'osmose inverse typiques, l'eau d'alimentation, sous haute pression, s'écoule à travers un motif en spirale concentrique de membranes qui séparent alternativement l'eau et les contaminants avant de collecter l'eau dans un tube d'eau de produit au centre. Pour une efficacité maximale, plusieurs unités à membrane sont connectées en série.

La transformation de l'eau de mer en eau potable pourrait-elle contribuer aux pénuries d'eau?

Bref oui. Mais cela a un coût important.

Avec la disponibilité décroissante d'eau douce de haute qualité, de plus en plus de communautés se tournent vers le dessalement pour produire de l'eau potable à partir d'eau saumâtre et d'eau salée. Les solutions existantes sont conçues pour extraire l'eau et laisser le plus de sel possible.

Les technologies actuelles présentent à la fois des avantages et des inconvénients en fonction des limites et des exigences spécifiques au site. Bien que certaines méthodes soient prometteuses, des développements technologiques supplémentaires sont nécessaires pour les rendre viables pour la production à grande échelle d'eau douce.

La Texas A & M University explique que << le dessalement à petite échelle de l'eau saumâtre à l'aide d'alambics solaires est une méthode prometteuse dans les régions éloignées où l'eau de bonne qualité pour boire et cuisiner n'est pas disponible. Pour une mise en œuvre plus généralisée, les processus de dessalement nécessitent des améliorations technologiques et une énergie accrue. Efficacité."

Le principal obstacle est le coût des processus - en particulier les besoins énergétiques nécessaires pour produire de l'eau douce à des volumes élevés. Pour cette raison, les solutions existantes sont principalement utilisées dans les régions dépourvues d'autres moyens d'importer de l'eau douce, sur des navires civils et militaires, et dans certains engins spatiaux.

Cependant, il existe des développements intéressants dans la réduction du coût du procédé. Il y a quelques années, par exemple, des chercheurs de l'Université du Texas à Austin ont développé une alternative innovante aux méthodes conventionnelles.

Une autre solution prometteuse est la désionisation capacitive et la désionisation des électrodes de batterie. Cependant, ces solutions sont loin d'être commercialement viables à l'heure actuelle.

Mais ce n'est pas seulement un coût financier. Les usines de dessalement existantes sont également nocives pour l'environnement.

La plupart utilisent directement l'eau de mer comme source d'eau, ce qui peut tuer ou nuire aux poissons et autres petites créatures océaniques lorsque les niveaux d'eau autour de la plante sont modifiés. Le processus a également tendance à produire des déchets hautement salins qui doivent être éliminés.

C'est pour cette raison que la plupart des usines de dessalement utilisent de l'eau saumâtre plutôt que de l'eau de mer. Les grandes usines de dessalement sont également coûteuses à construire, coûtant généralement quelque part dans la région de des centaines de millions un morceau.

Cela étant dit, de nombreuses entreprises investissent massivement dans la technologie, certains endroits, comme Israël, produisant déjà suffisamment d'eau pour approvisionner la moitié du pays.

Pour les régions pauvres en eau, cependant, ces types d'usines offrent un type de police d'assurance pour la sécurité de l'eau. La Californie, par exemple, construit déjà une série d'usines.

De nombreux experts estiment que la seule façon de rendre possible le dessalement généralisé est d'incorporer des sources d'énergie renouvelables pour les alimenter. Ce n'est qu'en abaissant les coûts de fonctionnement relatifs qu'ils deviendront économiquement viables.

Avec la hausse des températures mondiales et la probabilité croissante de sécheresses dans de nombreuses régions du monde, le dessalement deviendra probablement plus répandu. Si nous pouvons surmonter les coûts énergétiques et environnementaux du processus, alors le dessalement peut devenir un élément important de la solution pour résoudre la pénurie d'eau.


Voir la vidéo: Salt Water Solar Desalination - ZERO Energy (Août 2022).