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Message par BONNERUE Daniel Sam 7 Mar 2009 - 22:28

Dans un sujet précédent, nous avons évoqué la production d’eau douce à bord des navires par un procédé thermique de distillation de l’eau de mer à l’aide de bouilleurs dont l’énergie de chauffage est fournie soit par de la vapeur d’eau, soit de l’électricité et même les dispositifs de refroidissement de moteurs thermiques. Ce procédé, gros consommateur d’énergie bien que tous les moyens soient mis en œuvre pour en récupérer le maximum, n’est pas le seul pour produire de l’eau douce.

Spoiler:


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Message par BONNERUE Daniel Dim 8 Mar 2009 - 12:51

Les membranes pour l'osmose inverse

Une membrane semi-perméable, ou semi-sélective, est une membrane qui permet certains transferts de matière entre deux milieux qu'elle sépare, en bloquant le passage de certains éléments tout en favorisant le passage à d'autres. Pour le dessalement de l'eau de mer, la membrane semi-perméable ne laisse passer que les molécules d'eau tout en bloquant les sels dissous.

L'osmose inverse est un procédé de séparation en phase liquide par porosité très fine sous l'effet d'une certaine force dépendant du fluide traité. Cette force est obligatoirement supérieure à la "pression osmotique".

Les membranes sont soit fabriquées à base d'acétate de cellulose, soit en polymères de synthèse (polyamides, polysulfones). Elles doivent être stables mécaniquement, chimiquement, biologiquement et éventuellement thermiquement si elles doivent fonctionner en autoclave.

Le prix des membranes représente entre 40 à 50% du coût total d'une installation d'épuration par osmose inverse.

Types de modules d'osmose inverse

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Message par andrem Dim 8 Mar 2009 - 16:33

Encore une fois merci Daniel pour cet excellent exposé qui me force à aborder des sujets auxquels je ne pense pas forcément.
Sais-tu si l'on a essayé des membranes en métal fritté et as-tu une idée de la vitesse de transfert au travers des membranes ?



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Message par BONNERUE Daniel Dim 8 Mar 2009 - 17:28

Mon cher ANDREM, les membranes constituaient au départ la pierre d’achoppement du procédé, tout au moins en ce qui concerne leur longévité. Depuis lors, de nouveaux types ont fait leur apparition. L’acétate de cellulose traité a été remplacé par des polyamides aromatiques, des complexes à base de polybenzimidazole, de polyéthylénimines, de pipérazine, etc, mais pas de métaux frittés. Je suppose que le frittage ne permet pas d'obtenir des "diamètres" de pores suffisamment fins. Par ailleurs, la structure des membranes a été modifiée en les rendant composites : la fonction de résistance mécanique est assurée par un type de matériau et la fonction semi-perméable par un autre, supporté par le premier. De même, comme je l'ai indiqué précédemment, la forme de la membrane, initialement disposée comme une feuille plane, a été modifiée en tuyau, mais aussi en spirale ou en fibre creuse.

Les orifices des membranes semi-perméables se situent dans la fourchette de 0,1 nanomètre (1 Å, taille d'une molécule d'eau) à 20 nanomètres. Les membranes sont donc particulièrement sensibles à l’entartrage chimique et au colmatage par les matières en suspension. Les prétraitements chimiques et de clarification doivent être de haute qualité et maintenus en permanence. Par ailleurs et en ce qui nous concerne directement, dans le cas du dessalement de l’eau de mer, la dépense en énergie mécanique est très élevée et, dans de nombreuses installations, on prévoit une récupération d’énergie par détente, par exemple, de la saumure extraite sur un turbo-générateur hydraulique qui fournira une partie de l’énergie de pompage haute pression.

Quant à la vitesse de filtration, il faudrait pouvoir la donner par unité de surface des membranes et encore, elle varie suivant le taux de salinité de la mer ou de l'océan fréquenté. On la fait donc varier en ajustant la pression appliquée sur l'eau de mer, car la surface globale de la (ou des) membrane(s) dans les modules d'osmose inverse est très certainement optimisée dès la conception selon des critères relevés expérimentalement en laboratoire et surtout en fonction de la production journalière moyenne espérée.


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Message par andrem Dim 8 Mar 2009 - 17:56

Merci beaucoup Daniel de tes précisions.



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Message par BONNERUE Daniel Dim 8 Mar 2009 - 18:42

Pour plus de précision concernant les calculs de débit au travers des membranes, j'ai relevé quelques éléments "simples et évidents", du moins pour ceux qui ont très soif (de connaissances)... Je plaisante, bien sûr, car il nous manque quelques éléments indispensables, tels les coefficients de perméabilité de la membrane vis-à-vis de l'eau et des solutés, mais d'autres encore. Cependant, ces calculs sont fait au moment de la conception d'un module d'osmose inverse, car les caractéristiques de la membrane mise en œuvre sont connues.

Calcul du flux de perméat (eau pure en ce qui nous concerne) au travers d'une membrane semi-perméable

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Calcul du débit de perméat

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Je souhaite bon courage à ceux d'entre-nous qui voudraient approfondir.

Mon intervention sur le forum à propos de cette technique de dessalement de l'eau de mer consiste simplement à la faire connaître des camarades, car elle est maintenant mise en œuvre à bord des bâtiments modernes et sans doute des sous-marins, notamment des SNLE. Elle vient compléter celle concernant la production thermique par évaporation faisant appel aux bouilleurs.



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Message par andrem Lun 9 Mar 2009 - 0:24

Compte tenu du fait que le coefficient Kp doit être assez faible il faut sans doute appliquer un Delta p assez élevé,, nécessitant un compresseur relativement puissant,n'y a-t-il pas un petit problème pour les sous-marins au regard de leur discrétion ?



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Message par BONNERUE Daniel Lun 9 Mar 2009 - 18:16

Aspect en coupe d'une cartouche d'osmose inverse comportant une membrane de forme cylindrique

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Géométrie d'une molécule d'eau. Traduite en millimètres, la distance séparant l'atome d'oxygène des atomes d'hydrogène s'écrit 0,00000009584 mm

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