L'osmose inverse : dessalinisation de l'eau de mer

Résumé du document

Le manque de pluie et la baisse du niveau des nappes phréatiques contraignent de plus en plus de pays à dessaler l'eau des océans, la production d'eau salée devrait doubler en moins de 10 ans.

Intéressons nous d'abord à l'osmose directe pour revenir ensuite sur l'osmose inverse.
L'osmose normale a lieu quand l'eau passe d'une solution moins concentrée vers une solution plus concentrée à travers une membrane semi-perméable (...)

Extraits

[...] Le graphe qui suit est donne l'allure de la variation de la qualité de l'eau obtenue, pour des pressions de fonctionnement variant entre une base unité et 10 fois cette unité et en fixant Ca, Tc, ΔP, Ks, Kp, T. On comprend pourquoi Veolia utilise une pression de 70 bar. Le but des industriels est d'essayer de réduire encore cette pression et ainsi de diminuer le coût du dessalement de l'eau. C'est dans ce but que de nombreux chercheurs travaillent activement. [...]

[...] Ce logiciel me permet de connaître la concentration du perméat et du rétentat en fonction de l'eau salée qui alimente le module d'osmose. Différentes données nécessaires à la compréhension de son fonctionnement : Tout le dispositif fonctionnant en régime permanent, les concentrations massiques C exprimées en g/L et les débits volumiques Q de l'installation seront notés comme suit : Ca concentration de soluté, Qa débit de l'eau dans le flux d'alimentation (eau salée), Cr concentration de soluté, Qr débit de l'eau dans le flux rejeté (eau très concentrée en NaCl), Cp concentration de soluté, Qp débit de l'eau dans le flux produit (eau pure Taux de rejet : Tr = Cr/Ca : taux de soluté ne traversant pas la membrane, Taux de conversion : Tc = Qp/Qa : rapport du débit de perméat sur le débit d'alimentation. [...]

[...] CNaCl(P) est la concentration en sel dans l'eau de mer dans le perméat. CNaCl(R) est la concentration en sel dans l'eau de mer dans le concentrat. L'expression du flux volumique Jp de perméat traversant la membrane est Jp=Kp(DP-DPO) où Kp est le coefficient de perméabilité de la membrane vis-à- vis de l'eau. L'expression du flux volumique Js de soluté diffudant à travers la membrane est Js=Ks(CNaCl-CNaCl(P)). > Concentrationperméat:=proc(mNa,mCL,T,DP,Tc,Ks,Kp) local Jp,Cp,Js,Cr,PO,CNacl,nNaCl,CNaclL;; nNaCl:=((mNa+mCL)/(22+35)); CNaclL:=nNaCl; CNacl:=(nNaCl)/(10^(-3)); PO:=2*(CNacl)* 8.314 Cp; end: > Concentrationrejeté:=proc(mNa,mCL,T,DP,Tc,Ks,Kp) local Jp,Cp,Js,Cr,PO,CNacl,nNaCl,CNaclL; nNaCl:=((mNa+mCL)/(22+35)); CNaclL:=nNaCl; CNacl:=(nNaCl)/(10^(-3)); PO:=2*(CNacl)* 8.314 Js:=Jp/Cp; Cr; end: Pour la mer méditérranée: > Concentrationrejeté( > Concentrationperméat( Ces deux concentrations sont en g/L. [...]

[...] On place alors l'osmoseur dans le cristallisoir, et on attend 20min et on remarque que le niveau de la solution dans l'osmoseur a augmenté considérablement. Grâce à cette première expérience, on a montré que le glucose ne passait pas dans le bécher qui contient l'eau pure. Cette seconde expérience à permis de montrer que c'est bien l'eau pure qui passe à travers la membrane vers l'osmoseur, puisque le colorant est monté dans l'osmoseur. Osmose inverse Présentation générale Le phénomène d'osmose est réversible à condition de fournir de l'énergie: si l'on applique une pression à une solution l'eau et quelques solutés, traverseront la membrane : on obtiendra une solution de faible concentration en solutés. [...]

[...] Les membranes Une membrane est une barrière physique (filtre microscopique) qui assure la rétention des composants indésirables dans l'eau, dans notre cas les ions Na+ et Cl-. Il faut disposer de membranes convenables pour ne laisser passer que les molécules d'eau 20 pm et bloquer les ions sodium hydratés 40 pm. C'est la partie en polyamide qui assure la rétention, la partie en polysulfone et en polyester ne sont là que pour assurer une certaine rigidité à l'ensemble Le polyamide est un polymère semi-cristallin. Son motif structural répété dans la chaîne contient la fonction amide. Les polyamides sont des polymères thermoplastiques. [...]