FR3006682A1 - Ensemble de traitement d'eau avec evaporateur solaire - Google Patents

Abstract

L'ensemble comprend : - une source (3) générant un flux à purifier (5) ; - une installation d'évaporation solaire (7) ; - un conduit de transfert (9) ; - un dispositif (11) de chauffage du conduit de transfert (9) ; et - un dispositif de ventilation (13) mécanique prévu pour assurer une circulation d'air à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire (7).

Description

Ensemble de traitement d'eau avec évaporateur solaire L'invention concerne en général le traitement et la purification d'eau. Plus précisément, l'invention concerne un ensemble de traitement d'eau, du type comprenant : - une source générant un flux à purifier, ledit flux à purifier comprenant majoritairement de l'eau, ledit flux à purifier comprenant également au moins un composé à séparer de l'eau ; - une installation d'évaporation solaire dudit flux à purifier, adaptée pour évaporer l'eau dudit flux à purifier et pour condenser l'eau évaporée en un flux d'eau purifiée, l'installation comprenant au moins un bassin de réception du flux à purifier présentant une ouverture vers le haut et un toit translucide recouvrant l'ouverture ; - un conduit de transfert reliant la source à une installation d'évaporation, et prévu pour transférer le flux à purifier depuis la source jusqu'à l'installation d'évaporation. WO 98/33744 décrit un ensemble de ce type simple, mais permettant de réaliser la purification ou la désalinisation d'eau à bas coût. Cet ensemble est alimenté par énergie solaire. Toutefois, cet ensemble a une capacité de traitement limitée. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un ensemble de traitement d'eau de plus grande capacité.

A cette fin, l'invention porte sur un ensemble de traitement d'eau du type précité, caractérisé en ce que l'ensemble comprend un dispositif de chauffage du conduit de transfert, et un dispositif de ventilation mécanique prévu pour assurer une circulation d'air à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire. Le dispositif de ventilation mécanique est un dispositif prévu pour assurer une circulation d'air forcée dans l'atmosphère de l'installation d'évaporation solaire. Il est de tout type adapté : ventilateur placé à l'extérieur de l'installation de préférence, ou ventilateur placé dans l'installation d'évaporation, soufflante, etc Le dispositif de chauffage du conduit de transfert permet d'alimenter l'installation d'évaporation avec un flux à purifier à une température supérieure à la température ambiante, ce qui contribue à augmenter l'efficacité de l'évaporation solaire. En effet, plus le flux à purifier arrivant dans l'installation d'évaporation est à température élevée, plus le débit de vapeur résultant du chauffage solaire de ce flux est élevé. La température moyenne du flux à purifier dans le bassin, à l'équilibre, est plus élevée, de telle sorte que la pression de vapeur dans l'atmosphère au-dessus du bassin est également plus élevée.

Le dispositif de ventilation permet de limiter la stratification en température et d'améliorer les coefficients de transport (matière et chaleur) pour l'évaporation et la condensation de l'eau . En effet, en l'absence de brassage, l'air au-dessus du bassin a tendance à se stratifier, une couche d'air à relativement plus basse température se créant au contact du flux à évaporer, et des couches d'air à plus hautes températures se créant à proximité du toit translucide. Du fait que la différence de température entre l'air et le liquide est plus basse au niveau de l'interface liquide-gaz, l'évaporation est réduite. Par ailleurs, le brassage permet un renouvellement plus rapide du gaz au contact du liquide et améliore la convection et donc l'évaporation. Ces deux moyens, à savoir le dispositif de chauffage du conduit de transfert et le dispositif de ventilation, sont compatibles avec l'utilisation dans l'ensemble de traitement d'eau de bassins de réception de très grandes tailles, qui permettent d'obtenir une capacité de traitement très élevée. De plus, l'utilisation conjointe du dispositif du chauffage et du dispositif de ventilation fait qu'il est possible d'atteindre une grande capacité de traitement avec une installation d'évaporation fonctionnant par effet de serre. L'installation ne fonctionne pas comme un évaporateur dans lequel le flux à purifier est porté à température d'ébullition. Le flux à purifier dans le bassin est loin de sa température d'ébullition, de telle sorte que la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer l'eau dans le bassin est réduite. L'évaporation résulte de l'équilibre liquide vapeur à la surface du bassin. L'atmosphère au-dessus du bassin est maintenue avec une pression partielle de vapeur d'eau fonction notamment de la température dans l'installation d'évaporation solaire. Une partie de la vapeur d'eau est condensée de manière continue, ce qui provoque l'évaporation d'une partie du flux à purifier se trouvant dans le bassin de réception. L'ensemble de l'invention donc techniquement beaucoup plus simple qu'un évaporateur dans lequel on fait bouillir le flux à évaporer car un tel évaporateur fonctionne sous pression et nécessite un apport d'énergie important, sous forme concentrée. Porter le flux à purifier à ébullition demande en effet des moyens complexes pour concentrer le rayonnement solaire, de manière à pouvoir délivrer une grande quantité d'énergie localement au flux à purifier, ce qui n'est pas compatible avec une installation du type utilisant des bassins de très grandes tailles en vue d'obtenir un haut débit.

L'invention permet donc de s'affranchir de dispositifs coûteux visant à porter à ébullition le flux à purifier, ou visant à augmenter les transferts thermiques vers le flux à purifier, de manière optique et/ou par conduction de l'énergie solaire vers le flux à purifier. L'utilisation du dispositif de distillation solaire seul a peu d'effet sur la capacité d'évaporation. Les calculs montrent que dans les conditions d'ensoleillement du désert du Niger par exemple, le rendement d'un distillateur solaire simple (sans préchauffage ni ventilation) est entre 1 et 5 I/m2/jour. Pour les flux à traiter, par exemple 75 m3 par heure, il est difficile de chauffer le flux à une température supérieure à 70° C avec des moyens solaires de coût raisonnable. Par rapport à un flux non chauffé, déversé dans le bassin à une température de 30°C, le chauffage augmente le débit d'eau purifiée de l'ordre de 7 à 22 fois.

L'utilisation du dispositif de ventilation seul a également un effet modéré sur la capacité d'évaporation. L'utilisation combinée du dispositif de chauffage et du dispositif de ventilation permet en revanche d'arriver à un rendement nettement meilleur, avec un débit d'eau purifiée augmenté jusqu'à 100 fois.

La source générant le flux à purifier est par exemple une station de pompage d'eau de mer. Le flux à purifier est donc dans ce cas de l'eau de mer, et le composé à séparer de l'eau est le chlorure de sodium. Toutefois, l'installation permet également de séparer d'autres éléments de l'eau de mer qui rendent cette eau non potable, par exemple, des impuretés minérales comme des sédiments ou le sable et les impuretés organiques comme les algues . En variante, la source est une mine d'uranium. Le flux à purifier correspond à l'eau pompée dans le fond de la mine, en vue de dénoyer les galeries de la mine. Cette eau contient différents composés, par exemple des traces d'uranium, et d'autres métaux tels que du vanadium, du molybdène, ou encore des traces de souffre.

La source en variante est une installation de traitement de minerais d'uranium. De telles installations génèrent des flux à purifier importants, contenant des traces d'uranium et d'autres métaux. Dans tous les cas, le débit du flux à purifier est très important, par exemple supérieur à 75 m3 par heure, soit au total plusieurs centaines de milliers de m3 par an. A titre d'exemple, environ 650 000 m3 d'effluents sont déversés chaque année dans les bassins d'épandage des mines de COMINAK au Niger. L'installation d'évaporation solaire est prévue pour être très simple, avec un bassin où s'écoule le flux à purifier, directement recouvert par un toit translucide. Le toit ne comporte pas de dispositifs optiques pour concentrer le rayonnement solaire. Le toit est en un matériau plastique ou en un verre par exemple. La lumière solaire traverse le toit et venir frapper la surface du bassin directement. Le bassin est typiquement de grande superficie et de faible profondeur au regard de sa superficie. Ceci facilite le chauffage du flux à purifier. Le chauffage est réalisé entre autres par effet de serre, le rayonnement solaire après pénétration dans l'installation solaire à travers le toit translucide restant piégé, selon un principe bien connu.

De préférence, le fond du bassin est recouvert d'une membrane de couleur noire permettant d'absorber le rayonnement solaire. L'énergie du rayonnement solaire absorbée est ensuite restituée au flux à purifier, de manière radiative ou par conduction ou encore par convection.

Le flux d'eau purifiée est récupéré après condensation, par différents dispositifs. Des gouttières sont placées sous les surfaces froides de l'installation, sur lesquelles l'eau évaporée est susceptible de condenser. Typiquement, le toit présente une forme en V, avec deux pans se raccordant l'un à l'autre le long d'une arrête constituant le faîte du toit. Des gouttières sont placées le long des bords inférieurs des deux pans du toit. Les pans du toit translucide constituent des surfaces froides sur lesquelles l'eau évaporée se condense de manière préférentielle et ruisselle jusqu'aux gouttières. Par exemple, le dispositif de ventilation extrait une partie de l'atmosphère située au-dessus du bassin, de manière à maintenir une circulation d'air dans l'installation, et plus particulièrement à la surface du liquide.

L'atmosphère extraite passe à travers un condenseur, où la vapeur d'eau de l'atmosphère extraite se condense. Le condenseur est typiquement de type passif, et comporte une pluralité de surface froide prévue pour la condensation de la vapeur d'eau. De tels condenseurs sont connus et ne seront pas décrits ici en détail. En variante, le dispositif de ventilation peut comporter des condenseurs actifs, par exemple une unité réfrigérée. Le fond du bassin de réception est typiquement en pente, de manière à provoquer un écoulement du flux à purifier à partir d'une extrémité du bassin vers l'autre extrémité du bassin (241 m de longueur, 206 m de largeur et 3,7 m de profondeur typiquement) . Le flux à purifier est reçu dans le bassin en un point haut. Le fond du bassin présente une pente douce, de telle sorte que le flux à purifier s'échauffe progressivement au fur et à mesure de son écoulement vers le point bas du bassin. Le fait que le toit soit en V favorise la pénétration des rayons solaires à l'intérieur de l'installation d'évaporation. De manière à permettre une capacité de traitement importante, les bassins ont une superficie élevée. Par exemple, la superficie des bassins est comprise entre 10.000 et 100.000 m2, de préférence entre 20.000 et 80.000 m2 et encore de préférence entre 30.000 et 60.000 m2 . De préférence, le dispositif de ventilation est agencé pour assurer un taux de recirculation à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire permettant d'obtenir un ratio entre une masse d'eau évaporée et une masse d'air sec en circulation supérieur à 0,012.

Le taux de recirculation doit s'adapter aux performances d'évaporation atteintes dans l'installation d'évaporation. Le facteur de dimensionnant est le ratio entre la masse d'eau évaporée dans l'installation d'évaporation solaire et la masse d'air en circulation. Ce ratio dépend aussi des conditions météorologiques : humidité relative, pression, température. Ce ratio doit être supérieur à 0,012 kg eau évaporée / kg air sec en circulation. Comme indiqué ci-dessus, le dispositif de ventilation est prévu pour limiter les effets de stratification en température et d'améliorer les coefficients de transfert (matière et chaleur) pour l'évaporation et la condensation de l'eau. Cette circulation d'air permet un brassage de l'atmosphère et permet d'accélérer l'évaporation de l'eau. Le taux de recirculation est choisi pour obtenir un ratio masse d'eau évaporée sur masse d'air sec en circulation supérieur à 0,012 (kg eau évaporée / kg air sec en recirculation), de préférence compris entre 0,04 et 1,5 (kg eau évaporée / kg air sec en recirculation), et encore de préférence compris entre 0,07 et 0,7 (kg eau évaporée / kg air sec en recirculation). Le taux de recirculation correspond ici au ratio entre le volume d'air insufflé chaque jour dans l'installation et le volume d'air situé dans l'atmosphère de l'installation, c'est-à-dire dans l'espace situé entre la surface du liquide et le toit. On soutire le même volume d'air, de manière concomitante. La pression à l'intérieur de l'installation est maintenue constamment proche de la pression atmosphérique, de manière à ne pas créer de contrainte sur le toit translucide. En variante, le dispositif de ventilation n'extrait pas l'air hors de l'installation mais assure seulement un mouvement d'air à l'intérieur de l'atmosphère de l'installation. De préférence, le dispositif de chauffage comprend au moins un miroir prévu pour concentrer un rayonnement solaire sur le conduit de transfert.

En effet, de manière à permettre le préchauffage d'un débit important de flux à purifier, il est nécessaire d'utiliser un dispositif de chauffage permettant de délivrer une puissance thermique importante au conduit. Un dispositif à miroir est particulièrement adapté dans ce cas. Ce dispositif comprend typiquement un ou plusieurs miroirs paraboliques. Les miroirs sont agencés de manière à ce que le conduit de transfert occupe un foyer de chacun des miroirs. Le dispositif de chauffage comprend typiquement un ensemble motorisé prévu pour orienter et/ou déplacer les miroirs en fonction de la course du soleil dans le ciel, de telle sorte que le rayonnement solaire est concentré par chacun des miroirs sur le conduit de transfert pendant la quasi-totalité de la journée. Les dispositifs de chauffage à miroir sont considérés comme étant mieux adaptés que les dispositifs du type à lentilles de Fresnels, qui permettent d'obtenir une puissance moins élevée. Toutefois, la puissance ne doit pas être concentrée au point d'endommager le conduit de transfert. Ainsi, le conduit comprend un tronçon sur lequel le rayonnement solaire est concentré par le miroir, ledit tronçon présentant un premier diamètre, le miroir présentant un second diamètre compris entre 5 et 100 fois le premier diamètre. Ce rapport de diamètre compris entre 5 et 100 permet d'assurer un chauffage suffisant du flux à purifier, sans risque d'endommager la paroi du conduit. On entend par diamètre du tronçon le diamètre externe du conduit. De préférence, on dispose plusieurs miroirs le long du conduit. De préférence, le dispositif de chauffage est adapté pour chauffer un tronçon du conduit dans lequel le flux à purifier s'écoule selon un parcours rectiligne. En effet, le flux à purifier est fréquemment chargé en impuretés susceptibles de se déposer à l'intérieur du conduit. Il est donc préférable de ne pas faire circuler le flux à purifier le long d'un parcours sinueux, par exemple dans des serpentins ou dans des dispositifs avec des cintres destinés à allonger le parcours du flux à purifier, de manière à augmenter les échanges thermiques. De tels parcours ne sont pas adaptés quand le flux à purifier comporte des éléments susceptibles de sédimenter. Dans ce contexte, il est plus intéressant d'utiliser un dispositif de chauffage délivrant localement une forte puissance thermique, plutôt qu'un dispositif de chauffage délivrant une puissance plus faible par unité de surface, qui nécessite une distance de parcours plus longue pour le flux à purifier.

Pour ces raisons, le conduit est agencé pour que le flux à purifier ait un parcours rectiligne le long de la plus grande partie du conduit, de préférence sur plus de 90% de la longueur du conduit, encore de préférence sur plus de 99% de la longueur du conduit. De préférence, le dispositif de chauffage est prévu pour chauffer le flux à purifier à une température entre 40° C et 80° C. Cette température correspond à la température du flux à purifier à l'extrémité par laquelle le conduit débouche dans l'installation d'évaporation. Le dispositif de chauffage est de préférence dimensionné pour chauffer le flux entre 60° C et 70° C. Chauffer le flux à purifier au-delà de 70° C demande, pour les débits considérés, une puissance thermique excessivement importante. En dessous de 40°C, l'avantage découlant du préchauffage du flux à purifier dans le conduit est faible en termes de capacité d'évaporation, et ne contrebalance pas l'investissement nécessaire pour mettre en place le dispositif de chauffage. Le flux à purifier dans le bassin est à une température comprise entre 50° C et 90°C, de préférence comprise entre 60° C et 80° C. La température est plus basse au point haut du bassin, et plus élevée au point bas du bassin.

Le dispositif de ventilation comprend un organe soufflant, typiquement un ventilateur, qui souffle l'atmosphère au-dessus du bassin de réception, et refoule cette atmosphère vers le toit en V de l'installation d'évaporation. Comme indiqué ci-dessus, un dispositif de condensation de la vapeur d'eau se trouvant dans l'atmosphère aspirée est intercalé entre le bassin et le ventilateur, de préférence en amont du ventilateur, et en variante en aval du ventilateur. L'ensemble comprend de préférence un organe assurant une circulation brassée ou pulsée du flux à purifier dans le conduit. Ceci contribue à limiter la sédimentation de polluants le long du conduit. L'organe permettant d'assurer la circulation brassée ou pulsée est une pompe adaptée aux types de polluants contenus dans le flux à purifier (en état solides et/ou en solution). Les vitesses d'écoulement sont choisies de manière à limiter les problèmes de sédimentation à l'intérieur des conduits. Eventuellement un dispositif photovoltaïque et/ou solaire à concentration hybride thermique photovoltaïque peut être utilisé comme source électrique pour alimenter le système de pompage/circulation et le dispositif de ventilation. De manière à rendre l'ensemble de traitement d'eau le plus autonome possible, le dispositif de chauffage est de préférence un dispositif hybride comprenant au moins une cellule photovoltaïque générant un courant électrique alimentant électriquement le dispositif de ventilation. Ainsi, l'ensemble de traitement d'eau n'a pas à être raccordé à une alimentation électrique extérieure. De préférence, la ou les cellules photovoltaïques alimentent électriquement également les organes assurant la circulation du flux à purifier le long du conduit. Le dispositif hybride est par exemple du type décrit dans la demande de brevet FR 2 948 819.

Le dispositif de chauffage quant à lui est typiquement du type décrit dans la demande de brevet US 6,953,038. Ces miroirs ont la particularité de pouvoir se refermer, de telle sorte que les miroirs sont protégés en cas de tempêtes, notamment de tempêtes de sable quand l'ensemble de traitement d'eau est installé dans le désert. Avantageusement, l'installation d'évaporation comporte un réseau de poutrelles de couleur noire, s'étendant à la surface du bassin. Ce dispositif en forme de croisillon noir peut être disposé à la surface du bassin, au moyen de flotteurs ou câble par exemple, afin d'améliorer l'absorption du rayonnement, notamment le spectre visible. En effet, ce dispositif permet, par le moyen de cavités, de s'approcher du comportement d'un corps noir, en améliorant l'absorbance total du rayonnement incident (notamment pour le spectre visible) vers l'eau. La forme et la géométrie de ce dispositif est à optimiser en fonction du type de sédiment et de la géométrie du bassin. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la Figure 1 est une représentation schématique simplifiée de l'installation de traitement selon l'invention ; - la Figure 2 est une représentation schématique simplifiée de l'installation d'évaporation solaire de la Figure 1; - la Figure 3 est une représentation schématique simplifiée du dispositif de chauffage du conduit de transfert ; - la Figure 4 est une représentation schématique simplifiée du réseau de poutrelles disposée à la surface du bassin ; - les Figures 5 et 7 sont des vues de dessus de deux exemples de réalisation du réseau de poutrelles ; et - la Figure 6 montre le fonctionnement des réseaux de poutrelles des Figures 5 et 7. L'ensemble de traitement d'eau représenté sur la Figure 1 est destiné à être implanté dans une région où l'ensoleillement est très élevé, par exemple dans un désert.

Cet ensemble comprend : - une source 3 générant un flux à purifier 5 ; - une installation 7 d'évaporation solaire dudit flux à purifier ; - un conduit de transfert 9 reliant la source 3 à l'installation d'évaporation 7 ; - un dispositif 11 de chauffage du conduit de transfert 9 ; et - un dispositif 13 de ventilation prévu pour améliorer les coefficients de transport. La source 3 est par exemple une station de pompage d'eau de mer, une installation de traitement de minerais d'uranium, une installation de pompage d'eau souterraine visant à dénoyer des galeries d'une mine d'uranium, etc .... La source en variante est un réservoir tampon alimenté par l'une des sources mentionnées ci-dessus.

Dans tous les cas, le flux à purifier comprend majoritairement de l'eau, et également au moins un composé à séparer de l'eau. Le composé est dissout dans l'eau, ou au contraire se présente sous la forme d'un solide en suspension dans l'eau. Dans le cas de l'eau de mer, le composé à séparer principalement correspond au sel. Dans le cas des effluents provenant d'une mine ou d'une installation de traitement de minerais d'uranium, les effluents contiennent à la fois des espèces dissoutes et de la boue en suspension dans l'eau.

L'ensemble de traitement d'eau est dimensionné pour traiter plusieurs centaines milliers de m3 par an, par exemple de l'ordre de 600.000 m3 par an. L'installation d'évaporation solaire 7 est représentée sur la Figure 2. Cette installation comprend un ou plusieurs bassins 15 de réception du flux à purifier, chacun recouvert d'un toit translucide 17. Chacun des bassins est de grande taille. Chaque bassin présente par exemple une surface de 50 000 m2, et contient une couche d'eau d'épaisseur de l'ordre de 370 cm. Les bassins sont par exemple réalisés en béton. Ils comportent chacun un radier 19 et une paroi latérale 21. Chaque bassin est ouvert vers le haut, l'ouverture étant délimitée par la paroi latérale 21. Une membrane noire 23 recouvre le fond du bassin, c'est-à-dire recouvre le radier 19 et les parois 21. La membrane 23 est en tout matériau adapté, par exemple en un matériau goudronné Le toit 17 recouvre l'ouverture du bassin 15. Le toit 17 est en un matériau translucide, par exemple en une matière plastique ou en verre. Il est agencé en V, et présente deux pans se rejoignant au faîte 29 du toit 17. Les pans sont référencés 25 et 27. Les bords inférieurs 31 des deux pans 25 et 27 reposent sur les parois latérales 21 du bassin. La surface interne 33 du toit 17 fait office de surface de condensation pour l'eau qui s'évapore à l'intérieur du bassin. L'installation d'évaporation comprend donc des gouttières 35 en vue de collecter l'eau condensée sur la surface 33. Les gouttières 35 sont placées à l'intérieur de l'installation, le long des bords inférieurs 31 du toit. Le conduit 9 raccorde la source 3 à l'installation d'évaporation 7, et assure le transfert du flux à purifier depuis la source 3 jusqu'à l'installation 7. Le conduit 9 est un conduit métallique, par exemple en fonte. Il présente un diamètre aussi élevé que possible. Il est sensiblement rectiligne, et présente une longueur limitée, typiquement inférieure à 200 mètres, par exemple de l'ordre de 100 mètres. Il présente une extrémité aval 37 par laquelle le flux à purifier s'écoule à l'intérieur du bassin 15. L'ensemble comporte par ailleurs une pompe de circulation 39 (Figure 1) dont le refoulement est raccordé à une extrémité amont 41 du conduit 9. L'aspiration de la pompe 39 est raccordée à la source 3. La pompe 39 est du type adaptée pour assurer une circulation brassée ou pulsée du flux à purifier dans le conduit 9. Le choix de vitesses d'écoulement appropriées permet de limiter problèmes de sédimentation à l'intérieur des conduits. Eventuellement un dispositif photovoltaïque et/ou solaire à concentration hybride thermique photovoltaïque peut être utilisé comme source électrique pour alimenter le système de pompage/circulation et le dispositif de ventilation.

Le dispositif de chauffage 11 comprend un ou plusieurs miroirs 43 pour concentrer un faisceau solaire incident 45 en un faisceau solaire concentré 47 dirigé vers le conduit 9. Le conduit 9 est de préférence situé au foyer du miroir 43. Le miroir 43 est du type cylindro-parabolique. Le dispositif de chauffage 11 comprend typiquement une chaîne cinématique 49 adaptée pour modifier l'orientation du miroir 43 de manière à suivre la course du soleil, et à être constamment en une position adéquate pour concentrer le rayonnement incident sur le conduit 9. De préférence, le dispositif de chauffage 11 comporte plusieurs miroirs 43 répartis le long du conduit 9. Chaque miroir est adapté pour chauffer un tronçon distinct du conduit 9. Les miroirs 43 sont du type décrits dans US 6,953,038. Le miroir est subdivisé en plusieurs secteurs mobiles les uns par rapport aux autres. Les secteurs peuvent se déplacer entre une position déployée d'usage, dans laquelle le miroir est adapté pour concentrer le rayonnement solaire incident sur le conduit, et une position fermée, dans laquelle le côté concave du miroir est entièrement couvert. Ainsi, en cas de tempêtes de sable, les grains de sable ne peuvent pas endommager la surface réflectrice du miroir. Par ailleurs, dans l'exemple représenté sur la Figure 1, le dispositif de chauffage 11 est un dispositif hybride, deux des miroirs 43 étant associés chacun à une cellule photovoltaïque 51 générant un courant électrique. Les cellules photoélectriques 51 sont représentées sur la Figure 3. Le miroir 43 et la cellule photovoltaïque 51 associée sont du type décrits dans la demande de brevet FR 2 948 819, et constituent un collecteur d'énergie solaire hybride. La cellule photovoltaïque 51 est agencée de manière à ce que le faisceau concentré 47 passe à travers la cellule photovoltaïque 51 avant d'éclairer le conduit 9. En d'autres termes, le conduit 9 reçoit l'énergie solaire à travers la cellule photovoltaïque 51. Le conduit 9, au niveau de la cellule photovoltaïque 51, est un conduit à double parois et vide intermédiaire, comprenant un tube interne 53 de circulation du flux à purifier, et un tube externe 55 entourant le tube interne 53, un espace annulaire 57 d'isolation étant délimité entre les tubes internes et externes. Un vide au moins partiel est maintenu dans l'espace annulaire 57 de façon à limiter les pertes thermiques vers l'extérieur. L'énergie électrique produite par les cellules photovoltaïques 51 alimente la pompe de circulation 39 et le dispositif de ventilation 13. Le dispositif de chauffage 11 comprend typiquement des batteries non représentées, pour stocker l'énergie électrique.

Chacun des miroirs 43 présente un diamètre D1. Le conduit 9 présente quant à lui un diamètre externe D2. Le rapport D1 sur D2 est compris entre 5 et 100. Ceci permet d'ajuster la concentration de puissance thermique au niveau du conduit à une valeur adéquate, fonction du débit de flux à purifier dans le conduit 9. Le dispositif de ventilation 13 est prévu pour assurer une circulation d'air à l'intérieur de l'installation, avec un taux de recirculation permettant d'obtenir un ratio entre une masse d'eau évaporée et une masse d'air sec en circulation supérieur à 0,012 (kg eau évaporée / kg air sec en recirculation) Cette circulation d'air est créée dans l'atmosphère de l'installation, c'est-à-dire dans le volume délimité vers le bas par la surface libre du flux à purifier contenu dans le bassin 15, et vers le haut par le toit 17. Comme visible sur la Figure 1, le dispositif de ventilation 13 comporte un ventilateur 59 dont l'entrée d'aspiration est raccordée par un conduit 61 à l'installation d'évaporation, et dont le refoulement est raccordé lui aussi par un conduit 62 à l'installation d'évaporation. Les conduits 61 et 62 communiquent chacun avec l'atmosphère interne de l'installation d'évaporation. Un condenseur 63 est intercalé sur le conduit 61, entre le ventilateur 59 et l'installation d'évaporation 7. Le condenseur 63 est du type connu, et comporte une pluralité de surfaces froides sur lesquelles se condense la vapeur d'eau du gaz aspiré par le ventilateur 59 et provenant de l'atmosphère de l'installation 7. L'eau purifiée condensée est collectée dans une cuve 65, raccordée au condenseur 63 par une tuyauterie de liaison 67. Les gouttières 35 sont elles aussi raccordées à la cuve 65 par des conduits de collecte 60. Le dispositif de ventilation 13 est piloté par un calculateur 71 de manière à assurer le taux de recirculation recherché. A cette fin, le dispositif de ventilation est par exemple équipé d'un débitmètre (non représenté), renseignant le calculateur, celui-ci faisant automatiquement varier le débit du ventilateur en fonction de la valeur relevée par le débitmètre. Par ailleurs, le calculateur 71 est programmé pour maintenir l'atmosphère au-dessus du bassin de réception 15 à une pression proche de la pression atmosphérique. Pour ce faire, le dispositif de ventilation comprend par exemple une sonde de pression 73 mesurant la pression différentielle entre l'atmosphère à l'extérieur de l'installation d'évaporation et l'atmosphère à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire, et le calculateur 71 pilotant le ventilateur 59 en fonction de cette différence de pression.

Comme indiqué plus haut, l'ensemble de traitement d'eau peu comporter plusieurs bassins 15. Chaque bassin est surmonté d'un toit 17 qui lui est propre. En variante, un toit 17 peut être commun à plusieurs bassins. De même, chaque bassin 15 peut être alimenté par un conduit 9 qui lui est propre. En variante, un même conduit 9 peut desservir plusieurs bassins 15. En tout état de cause, chaque conduit 9 est de préférence équipé d'un dispositif de chauffage qui lui est propre.

Chaque bassin 15 peut être équipé d'un dispositif de ventilation qui lui est propre. En variante, un même dispositif de ventilation 13 peut desservir plusieurs bassins. Le fonctionnement de l'ensemble de traitement décrit ci-dessus va maintenant être détaillé.

Le flux à traiter est aspiré par la pompe 39 et refoulé dans le conduit 9. L'écoulement est pulsé de manière à réduire la sédimentation de matières en suspension le long du conduit 9. Le flux à purifier est chauffé par le dispositif de chauffage 11 pendant qu'il circule le long du conduit 9. Les miroirs 43 concentrant le rayonnement solaire sur le conduit 9.

Ils chauffent ainsi la paroi du conduit 9, la chaleur étant ainsi transmise au flux parcourant le conduit 9. Les miroirs 43 sont constamment orientés vers le soleil par la chaîne cinématique 49, de manière à permettre de réchauffer le flux tout au long de la journée. Les cellules photovoltaïques 51 produisent du courant électrique, et alimentent électriquement le ventilateur 59 et la pompe 39.

A l'extrémité aval du conduit 9, le flux à traiter 5 est déversé dans le bassin 15. Le flux 5 sortant du conduit 9 est à une température d'environ 70° C. L'installation d'évaporation solaire est chauffée par effet de serre. Le rayonnement solaire traverse le toit translucide 17, et est piégé à l'intérieur de l'installation. Il chauffe le flux à purifier se trouvant dans le bassin 15. L'eau du flux à purifier s'évapore, et une partie de la vapeur d'eau est condensée sur la surface interne 33 du toit. Cette eau condensée ruisselle le long des deux pans 27 et 25 du toit, et est captée dans les gouttières 35. Elle s'écoule à partir des gouttières 35 jusque dans la cuve de collecte 65. Le ventilateur 59 maintient constamment une circulation d'air à l'intérieur de l'installation d'évaporation, avec un débit dans une fourchette prédéterminée. Pour cela, il aspire une partie de l'atmosphère via le conduit d'aspiration 61. La vapeur d'eau aspirée avec l'atmosphère est condensée dans le condenseur 63, et est collectée dans la cuve 65. Il refoule le gaz dans l'atmosphère de l'installation d'évaporation. Dans une variante de réalisation représentée sur les Figures 4 à 7, l'installation d'évaporation comporte un réseau 81 de poutrelles de couleur noire, s'étendant à la surface du bassin 15. Dans l'exemple de réalisation de la Figure 5, ce réseau forme un dispositif en forme de croisillon. Il comporte une pluralité de poutrelles longitudinales 83 rectilignes et parallèles entre elles, et une pluralité de poutrelles transversales 85 rectilignes et parallèles entre elles. Les poutrelles longitudinales 83 sont perpendiculaires aux poutrelles transversales 85 et solidaires de celles-ci. Les poutrelles 83, 85 forment ensemble un réseau dont les cellules 87 sont de forme carrée. Les poutrelles 83, 85 ont chacune une section allongée verticalement et sont immergées dans le flux à purifier environ sur la moitié de leurs hauteurs. Le dispositif est disposé à la surface du bassin, au moyen de flotteurs ou de câbles.

Les poutrelles 83, 85 absorbent directement une partie du rayonnement solaire incident, notamment dans le spectre visible. Par ailleurs, comme illustré sur la figure 6, une autre partie du rayonnement solaire incident est réfléchi vers d'autres poutrelles et est piégé dans les cellules du réseau. Ce dispositif permet ainsi, par le moyen de cavités, de s'approcher du comportement d'un corps noir, en améliorant l'absorbance total du rayonnement incident (notamment pour le spectre visible) vers l'eau. La forme et la géométrie de ce dispositif est à optimiser en fonction du type de sédiment et de la géométrie du bassin. Dans la variante de réalisation de la Figure 7, le dispositif 81 ne comporte que des poutrelles longitudinales 83, rectilignes et parallèles entre elles. Les cellules du réseau sont donc de forme allongées longitudinalement. Le fonctionnement est le même que pour l'exemple de réalisation de la Figure 5.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1.- Ensemble de traitement d'eau, comprenant : - une source (3) générant un flux à purifier (5), ledit flux à purifier (5) comprenant majoritairement de l'eau, ledit flux à purifier (5) comprenant également au moins un composé à séparer de l'eau ; - une installation d'évaporation solaire (7) dudit flux à purifier (5), adaptée pour évaporer l'eau dudit flux à purifier (5) et pour condenser l'eau évaporée en un flux d'eau purifiée, l'installation (7) comprenant au moins un bassin (15) de réception du flux à purifier présentant une ouverture vers le haut et un toit translucide (17) recouvrant l'ouverture ; - un conduit de transfert (9) reliant la source (3) à l'installation d'évaporation (7) et prévu pour transférer le flux à purifier (5) depuis la source (3) jusqu'à l'installation d'évaporation (7) ; caractérisé en ce que l'ensemble de traitement d'eau (1) comprend : - un dispositif (11) de chauffage du conduit de transfert (9) ; et - un dispositif de ventilation (13) mécanique prévu pour assurer une circulation d'air à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire (7).
2. 2.- Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de ventilation (13) est agencé pour assurer un taux de recirculation à l'intérieur de l'installation d'évaporation solaire (7) permettant d'obtenir un ratio entre une masse d'eau évaporée et une masse d'air sec en circulation supérieur à 0,012.
3. 3.- Ensemble selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (11) comprend au moins un miroir (43) prévu pour concentrer un rayonnement solaire sur le conduit de transfert (9).
4. 4.- Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le conduit (9) comprend un tronçon sur lequel le rayonnement solaire est concentré par le miroir (43), ledit tronçon présentant un premier diamètre, le miroir (43) présentant un second diamètre compris entre 5 et 100 fois le premier diamètre .
5. 5.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (11) est adapté pour chauffer un tronçon du conduit (9) dans lequel le flux à purifier (5) s'écoule selon un parcours rectiligne.
6. 6.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit (9) est agencé pour que le flux à purifier (5) ait un parcours rectiligne le long de la plus grande partie du conduit (9).
7. 7.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (11) est prévu pour chauffer le flux à purifier (5) à une température comprise entre 40° C et 80°C.
8. 8.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un organe (39) assurant une circulation brassée ou pulsée du flux à purifier (5) dans le conduit (9).
9. 9.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (11) est un dispositif hydride comprenant au moins une cellule photovoltaïque (51) générant un courant électrique alimentant électriquement le dispositif de ventilation (13).
10. 10.- Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un organe (39) assurant une circulation du flux à purifier (5) dans le conduit (9), ledit organe (39) étant alimenté électriquement par la cellule photovoltaïque (51).
11. 11.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation d'évaporation (7) fonctionne par effet de serre, le flux à purifier (5) dans le bassin de réception (15) étant à une température comprise entre 50°C et 90° C..
12. 12.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation d'évaporation (7) comporte un réseau de poutrelles (83, 85) de couleur noire, s'étendant à la surface du bassin (15).