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Le dveloppement du dessalement pour faire face aux pnuries deauLa Mditerrane abrite 60 % de la population mondiale dite pauvre en eau, cest--dire bnficiant de moins de 1000 m3 par habitant et par an de ressources en eau renouvelables (figure 1).

Le dessalement de leau de mer simpose, dans un certain nombre de pays du pourtour mditerranen en situation de stress hydrique, comme une option pour scuriser lalimentation en eau potable des populations des villes ctires, compte tenu de laccroissement rapide de la demande en eau dans les secteurs de lagriculture et de lindustrie. Les plus grandes contraintes de ce systme restent sa consommation nergtique au m3 produit et les impacts environnementaux dus aux rejets des saumures dans le milieu naturel. Malgr ces contraintes, les usines de dessalement se dveloppent un peu partout dans le monde et leau dessale alimente de plus en plus de foyers mditerranens. Aujourdhui, plus de 15 000 units de dessalement dans le monde produisent environ 56 millions de m3/j, alors que la capacit mondiale de production en eau potable est de lordre de 500 millions de m3/j. En Mditerrane, la production des usines de dessalement slve 10 millions de m3/j.

Le dessalement de leau de mer : une rponse aux besoins deau douceen Mditerrane ?

EAU

Des pnuries ont t constates ces dernires dcennies et les effets du changement climatique global sur le cycle de leau prcipitations, vaporation, coulements, mme sils sont encore difficilement quantifiables des chances prcises, vont trs vraisemblablement appauvrir les ressources en eau de la rgion, sous leffet des lvations de tempratures et des diminutions des prcipitations.

Pour faire face cette situation, les pays mditerranens ont recours des sources alternatives dapprovisionnement, telles que le dessalement des eaux de mer ou des eaux saumtres (figure 2). La production artificielle deau douce par dessalement deau de mer ou deau saumtre souterraine a dbut dans des situations disolement insulaire (Malte, Balares, Dalmatie, Chypre, Cyclades...), littorales (Libye) ou dsertiques (Algrie).

Elle se dveloppe aujourdhui trs rapidement tout autour de la Mditerrane. Le march du dessalement de leau de mer devrait continuer crotre fortement dans

Ressources et milieux naturels

Fig. 1 : Ressources en eau naturelles renouvelables par habitant dans les diffrents bassins lmentaires mditerranens (entre 1995 et 2005)

Sources : Diverses, cartographie Plan Bleu

traitements et le dessalement. Aujourdhui, la consommation dlectricit pour leau se situe environ 5 % de la consommation dlectricit dans les PNM1 et environ 9 % dans les PSEM2 (elle avoisine 15% en Isral). Dans la plupart des pays, ces ratios continueront crotre pour faire face la croissance de la demande : recours des forages plus profonds, des transferts plus complexes et un appel grandissant lpuration des eaux uses et au dessalement.

Les besoins en nergie pour leau sont sur une pente de doublement en 10 ans. Ils pourraient reprsenter en 2030, 15 % de la demande globale dlectricit pour les PSEM contre 5 % pour les PNM et 10 % pour lensemble des pays riverains de la Mditerrane (figure 3).

A lhorizon 2030, le dessalement de 30 millions de m3/j ncessitera de 40 45 TWh et sera ainsi lorigine denviron 20 % de la demande totale en lectricit destine au secteur de leau cet horizon. Ce qui ncessitera linstallation dune puissance lectrique minimale de 5000 MWe ddie au dessalement, quivalent une dizaine de centrales cycle combin gaz, ou 4 5 tranches nuclaires.

Pour rduire la consommation dnergie pour leau, quelques champs de recherche apparaissent prometteurs pour lavenir : les centrales hybrides, la rcupration de lnergie de la saumure rejete par les usines de dessalement et lutilisation des nergies renouvelables pour le dessalement.

Le grand potentiel des pays mditerranens en nergies solaire et olienne peut servir au dessalement Au niveau mondial, environ une centaine dunits de dessalement associes aux nergies renouvelables ont t construites ces 20 dernires annes. La plupart sont des petites installations exprimentales ou de dmonstration (0,5 200 m3/j). Plusieurs sont localises en Mditerrane (Egypte, Algrie, Tunisie, Espagne). Elles fonctionnent avec un stockage dnergie par batteries, entranant des cots levs et ptissent du manque de comptence locale en particulier pour la maintenance. Cependant, lexprience montre que les units de dessalement solaire et olien de

1 Pays du Nord de la Mditerrane2 Pays du Sud et de lEst de la Mditerrane

Les Notes du Plan Bleu N 16 - Juillet 20102

Source : H. Boy, Plan Bleu, 2008

Fig. 2 : Rpartition de la capacit de dessalement installe en Mditerrane (2008)

les annes venir, avec un doublement attendu dici 2016. A lhorizon 2030, la Mditerrane pourrait mme tripler voire quadrupler sa production par dessalement pour atteindre 30 40 Mm3/j.

Quatre pays rpartis au Nord, au Sud et lEst ont clairement opt pour cette option.

LEspagne, avec prs de 1500 units en fonctionnement et plus de 2,5 Mm3/j de capacit installe, se situe au 4me rang mondial.

LAlgrie a mis 3 units en exploitation Arzew, Alger et Skikda, entre 2006 et 2009, pour une capacit totale de 400 000 m3/j. Elle vise une capacit globale de 2,5 Mm3/j par la mise en uvre de 12 nouvelles units dici 2012.

En Isral, lusine dAshkelon produit 320 000 m/j depuis 2006 et couvre les besoins en eau potable de plus de 1,4 million de personnes. Les trois socits (Veolia, Maris et H2ID) qui oprent pour le dessalement dans le pays se sont engages accrotre leur production deau potable de 25 % dici la fin 2010 dans leurs units respectives Ashkelon, Palmachim et Hadera. Le pays poursuit un objectif daccroissement de la production par dessalement permettant de couvrir au moins 70 % des besoins en eau potable. Deux usines de dessalement sont en construction Sorek et Ashdod. Le plein rendement des installations sera atteint partir de 2013 avec une production de 1,3 Mm3/j.

En Libye, le potentiel prometteur sur 2000 km de littoral ouvre la voie au dveloppement de solutions alternatives. Le plan stratgique libyen de promotion des ressources hydrauliques privilgie fortement le dessalement de leau de mer avec lobjectif de se doter dici 2012 dune capacit totale de dessalement de 900 000 m3/j.

Ces exemples prouvent lengouement et le dynamisme de la rgion mditerranenne pour ce procd.

De lnergie pour leau en Mditerrane : quelle part pour le dessalement ?Energie et eau sont lies. Les besoins en nergie pour leau augmentent fortement, pour le pompage, les transferts, les

Espagne44 %

Algrie19 %

Isral14 %

Libye9 %

Egypte5 %

Italie4 %

Tunisie2 %

Malte2 %

Grce1 %

Turquie0,4 %

Maroc0,4 % Chypre

0,2 %

Source : Plan Bleu

Fig. 3 : Demande en lectricit dans les PSEM en 2007 et 2030 (en TWh)

Demande total dlectricit

Electricit pour leau

1000

750

500

250

0

1250

1500

2007 2030

519 TWh

1300 TWh

9 % lectricit15 % lectricit

Les Notes du Plan Bleu N 16 - Juillet 2010 3

petite capacit, bien conues et exploites, peuvent permettre dalimenter en eau de bonne qualit des sites isols, des cots ds aujourdhui intressants (encadr ci dessous).

Au Maroc, LOffice National de lEau Potable prvoit la ralisation dune station de dessalement de 9000 m3/j couple un parc olien de 10 MW. Ce projet, de plus de 20 millions de dollars, prvoit une sous-traitance de lexploitation un oprateur priv pour une dure de 20 ans. Il est ligible au MDP3.

En Libye, la Compagnie gnrale dlectricit prvoit dinstaller une usine-pilote dune capacit de 300 m/j pour le dessalement par osmose inverse de leau de mer, alimente partir de sources dnergie renouvelables (olienne et photovoltaque).

En Egypte, le gouvernorat de la Mer Rouge prvoit de mettre en place une usine de dessalement compression mcanique de vapeur alimente par un parc olien.

En Espagne,

La ville de Murcie a install la premire usine flottante de dessalement par osmose inverse, alimente par lnergie olienne dune puissance de 2,5 MW. Implante dans des eaux de 40 80 m de profondeur, des conduites sous marines transfreront leau dessale sur la cte. Selon les premires estimations, le gnrateur devrait assurer une production de 2500 heures lanne et permettre de produire 2 Mm3 deau potable par an, pour lapprovisionnement dune population de 30 000 habitants. Paralllement son avantage nergtique, ce projet prsente galement un intrt important pour lenvironnement. En effet, llimination des saumures se fera dans des eaux plus profondes, favorisant ainsi leur dilution et minimisant la pollution.

Une usine pilote alimente lnergie solaire sapprte voir le jour. Le cot du mtre cube pourrait ainsi tre de 0,47 pour une production de 12 000 m3/j. Cette production permettrait en outre de rduire les missions de CO2 de 14 000 tonnes.

Sources : diverses

Les impacts environnementaux des units de dessalement : contraintes et avancesTous les procds de dessalement prsentent des inconvnients ; i) besoins nergtiques importants, ii) rejets de saumures concentres, chaudes dans le cas de la distillation, en mer ou injectes dans le sol, iii) emploi de produits chimiques pour nettoyer les membranes, iv) traces de mtaux lourds chapps des installations, v) bruit gnr par les pompes haute pression et certains systmes de rcupration dnergie tels que les turbines.

Les rejets de saumures forte concentration (environ 70 g/l) et la dilution insuffisante peuvent appauvrir ou dtruire les cosystmes aquatiques et dgrader la qualit de leau. Afin de limiter cet impact environnemental, la solution adopte aujourdhui est la mise en place de systmes de diffuseurs permettant de matriser la dilution de la saumure avec leau de mer et de limiter spatialement la zone impacte.

Un bilan et un suivi des rejets de saumures et produits chimiques doivent, en outre, tre accompagns dun suivi de la faune et la flore, terrestres et surtout marines.

Enfin, les missions de gaz effet de serre sont plus fortes si lnergie lectrique du dessalement est produite partir de combustibles fossiles.

3 MDP : Mcanisme pour un Dveloppement Propre

Le dessalement est-il lavenir des populations ctires ?Les cots de fonctionnement sont principalement impacts par le poste nergie (figure 4), mais labaissement significatif des cots rend le dessalement de plus en plus comptitif. La capacit installe dans le monde augmente chaque anne en moyenne de plus de 10 %. En rgion mditerranenne, la capacit installe pourrait passer de 5 Mm3/j en 2007 plus de 30 Mm3/j lhorizon 2030.

Toute approche visant gnraliser le dessalement doit tre apprhende avec circonspection. En effet, le dessalement grande chelle est une option consommatrice dimportantes quantits dnergie lectrique.

Pratiquement toute llectricit additionnelle produite tant actuellement dorigine thermique, le risque dune forte augmentation des missions de gaz effet de serre et des rejets de saumures sans traitement est grand.

Toutefois, des options faible missions de CO2 sont

possibles. Les filires de dessalement les plus conomes en nergie doivent tre valorises : osmose inverse (voir encadr page suivante), avec optimisation en combinaison des centrales thermiques, rcupration dnergies performantes et amlioration des installations existantes.

Les nergies renouvelables (olien, solaire photovoltaque et solaire concentration) appliques au dessalement, sont des pistes davenir, mme si leur dveloppement reste li des questions de financement et de comptitivit. Lnergie nuclaire est une option ventuelle moyen terme (horizon 2020), mais dont ladoption renvoie des considrations techniques et politiques encore largement en dbat.

Le dessalement se prsente donc comme une option dadaptation au changement climatique dont ladoption ne doit pas intervenir en substitution dautres possibilits durables , telles que lutilisation rationnelle de leau. Il devrait, par ailleurs, privilgier la production deau potable pour la consommation humaine.

Source : S. Degrmont

Fig. 4 : Poids de lnergie dans les cots dexploitation dune usine de dessalement par osmose inverse (2008)

Amortissement37 %

Energie44 %

Personnel7 %

Consommables3 %

Membranes4 %

Maintenance5 %

PLAN BLEUCentre dActivits Rgionales du PNUE/PAM 15 rue Beethoven - Sophia Antipolis - 06560 Valbonne - FRANCE Tl. : +33 4 92 38 71 30 - Fax : +33 4 92 38 71 31 e-mail : planbleu@planbleu.orgwww.planbleu.org

Les Notes du Plan Bleu

Directeur de la publication : Henri-Luc ThibaultRdacteur en chef : Henri-Luc ThibaultAuteur : Mohammed Blinda, daprs ltude dHenri Boy (Eau, nergie, dessalement et changement climatique en Mditerrane)Comit de lecture : Pierre Icard, El Habib El AndaloussiConception graphique et ralisation : Isabelle JhrImpression : Fac CopiesDpt lgal et ISSN : 1954-9164

La distillation et le dessalement par osmose inverse (OI) sont les deux procds les plus courants, bien quil existe dautres procds tels que le systme flash utilis au Moyen Orient, ou llectrolyse. La technologie de dessalement par osmose inverse gagne des parts de march et devient dominante. En 1990, lOI reprsentait 40% des installations dans le monde. Aujourdhui, ce procd reprsente environ 60% des installations. En 2025, les projections donnent la rpartition de 70 % pour lOI contre 20 % pour la distillation et 10 % pour les autres techniques (AIEA-CEA).

Osmose inverse (OI) : technique membranaire reposant sur une ultrafiltration sous pression au travers de membranes dont les pores sont si petits que mme les sels sont retenus. Cette technique en plein essor, dont le cot nergtique moyen est relativement faible, ( 4-5 kWh/m) est actuellement un systme prouv ayant montr sa fiabilit.

Distillation multi-effets (MED) : ce systme fournit une eau trs pure mais avec un cot nergtique lev (15 kWh/m).

Flash multi-tages, ou systme flash (MSF) : il est utilis dans les pays du Golfe, fournissant une eau dont le taux de sel rsiduel est non ngligeable. Le cot nergtique reste lev (10 kWh/m).

Compression de vapeur : il fournit une eau pure pour un cot nergtique moyen (5 kWh/m).

Distillation par dpression : ce systme, bas sur le fait que la temprature d'vaporation dpend de la pression, fournit une eau trs pure un cot nergtique faible (2 3 kWh/m). Il est utilis pour de petites units.

Distillation solaire: le four solaire concentre en une zone restreinte les rayons calorifiques, grce un miroir parabolique, pour porter haute temprature llment qui contient leau destine tre vapore.

Systmes oliens de production deau par condensation : le principe consiste aspirer l'air ambiant, puis le laisser se condenser par un procd de refroidissement aliment par de l'lectricit produite par l'olienne. L'agrgat de condensation forme au final de l'eau qui sera stocke dans le mat avant d'tre filtre pour la consommation.

lectrolyse : un courant lectrique fait migrer les ions vers les lectrodes. Lnergie mettre en jeu tant fonction de la concentration en sel (1 kWh/kg de sel extrait), ce systme est trs rentable pour les eaux de faible salinit, mais le cot est prohibitif pour leau de mer.

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Source : http://www.water-technology.net/projects/israel/

Ashkelon 320 000 m3/j : la plus grande unit oprationnelle en Mditerrane