FR3035658A1 - Dispositif de dessalement d'eau - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de dessalement d'eau (100) comporte : - au moins une unité (105) de production d'électricité transformant des sources d'énergies renouvelables en électricité, - une unité (160) de dessalement dans un container (150) normalisé pour le transport terrestre et nautique et - une unité (175) de récupération de sel dans le concentrât. Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif de dessalement d'eau comporte aussi une unité (140, 145) de chauffage de l'eau à dessaler, l'unité de dessalement dessalant de l'eau préchauffée, pour chauffer l'eau à dessaler à une température supérieure ou égale à 45 °C et préférentiellement supérieure ou égale à 60 °C.
Description
1 DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention vise un dispositif de dessalement d'eau. Elle s'applique, en particulier, au dessalement de l'eau de mer et au traitement d'eaux saumâtres.
ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît des dispositifs de dessalement, par exemple basés sur le principe de l'osmose inversée, qui consiste à pomper de l'eau de mer, à la faire passer, sous pression, à travers des membranes et à rejeter dans la mer le concentrât, c'est-à-dire l'eau salée n'ayant pas traversé les membranes. Ces dispositifs ont, notamment, comme inconvénient, un coût d'exploitation élevé, une consommation électrique produite par des énergies fossiles élevée et des rejets néfastes à l'environnement, notamment le concentrât. Du fait de ces inconvénients, le dessalement de l'au de mer se fait essentiellement dans des grandes unités de production. Si bien qu'au coût de dessalement, il faut ajouter le coût de distribution, pour alimenter en eau un territoire étendu. OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de dessalement d'eau, qui comporte : - au moins une unité de production d'électricité transformant des sources d'énergies renouvelables en électricité, - une unité de dessalement dans un container normalisé pour le transport terrestre et nautique et - une unité de récupération de sel dans le concentrât. Grâce à ces dispositions, de petits dispositifs de dessalement autonomes peuvent être transportés par des camions et/ou des bateaux pour être dispersées le 30 long d'une côte ou d'une source d'eau saumâtre ou impropre à la consommation. De 3035658 2 plus, ces dispositifs ne consomment pas d'énergie provenant du réseau électrique. La récupération et la valorisation du sel ou des minéraux permet la rentabilisation du dessalement et la fourniture de sel à la population. Enfin, ces dispositifs ne rejettent pas, ou peu, de produits chimiques ou d'eau saumâtre. 5 Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une unité de chauffage de l'eau à dessaler, l'unité de dessalement dessalant de l'eau préchauffée. Dans des modes de réalisation, l'unité de chauffage est configurée pour chauffer l'eau à dessaler à une température supérieure ou égale à 45 °C. 10 Grâce à ces dispositions, on réduit la consommation électrique de l'unité de dessalement. En effet, en préchauffant l'eau à dessaler à 45°C, on augmente la fluidité de l'eau et on réduit donc la consommation électrique des pompes de l'unité de dessalement. Dans des modes de réalisation, l'unité de chauffage est configurée pour 15 chauffer l'eau à dessaler à une température supérieure ou égale à 60 °C. Grâce à ces dispositions, on met en oeuvre le principe d'évaporation - recondensation qui permet de récolter en surface de l'eau moins salée que l'eau initialement pompée. On utilise également la température pour éliminer une partie des micro-organismes ce qui permet de limiter l'usage du chlore : on détruit les 20 micro-organismes qui bouchent les filtres, sans chlore, ni charbon actif et sans rayons UV. Dans des modes de réalisation, l'unité de chauffage comporte une cuve exposée au soleil et recevant, en entrée, de l'eau à dessaler, la cuve comportant une pompe pour pomper l'eau de surface dans la cuve. 25 Dans des modes de réalisation, l'unité de chauffage comporte une cuve exposée au soleil et recevant, en entrée, de l'eau à dessaler, et une sortie de l'eau évaporée puis condensée sur le plafond de la cuve. Dans des modes de réalisation, la cuve comporte une sortie d'eau saumâtre en fond de cuve.
Dans des modes de réalisation, l'unité de chauffage comporte un moyen de combustion alimenté par des déchets domestiques, de la biomasse, du solaire thermique. Grâce à chacune de ces dispositions, l'unité de chauffage ne consomme pas d'énergie fossile ou d'électricité provenant du réseau électrique.
3035658 3 Dans des modes de réalisation, l'unité de récupération de sel ou de minéraux comporte une unité de déshydratation par le soleil du sel et/ou des minéraux présents dans le concentrât. Grâce à ces dispositions, la récupération de sel et/ou de minéraux ne 5 consomme pas d'énergie fossile ou d'électricité provenant du réseau électrique. En variante, on extrait le sel ou les minéraux par des procédés physiques ou physico-chimiques connus. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une chambre froide.
10 Grâce à ces dispositions, on peut transformer des aliments, notamment du poisson ou de la viande en ce consommant que de l'électricité produite par le dispositif. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte un moyen de gélification de l'eau pure.
15 Grâce à ces dispositions, des paysans peuvent disposer de l'eau sous forme gélifiée, la transporter en vrac facilement dans des petits contenants et économiser l'eau nécessaire aux cultures. Dans le mode de réalisation, le dispositif, objet de la présente invention, comporte un système de génération et de distribution d'hydrogène.
20 Grâce à ces dispositions, le dispositif peut fournir de l'hydrogène à des piles à combustible. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l'invention 25 ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, dans un schéma-bloc fonctionnel, des éléments d'un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente 30 invention, - la figure 2 représente, schématiquement et en vue de dessus, le premier mode de réalisation du dispositif objet de la présente invention, 3035658 4 - la figure 3 représente, schématiquement et en vue en coupe, un premier mode de réalisation d'une unité de chauffage pouvant être incorporée dans un dispositif objet de la présente invention, - la figure 4 représente, schématiquement et en vue en coupe, un deuxième 5 mode de réalisation d'une unité de chauffage pouvant être incorporée dans un dispositif objet de la présente invention et - la figure 5 représente, dans un schéma-bloc fonctionnel, des éléments d'un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention.
10 DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION La présente description est donnée à titre non limitatif. On note que les figures ne sont pas à l'échelle. On observe, sur la figure 1, un dispositif 100 comportant, dans et/ou sur un 15 container 150 normalisé pour le transport terrestre et nautique, une unité de production d'électricité 105 transformant une énergie renouvelable en électricité, une unité de dessalement 160 et une unité de récupération de sel ou de minéraux dans le concentrât 175. L'unité de production d'électricité 105 comporte, dans ce mode de 20 réalisation, au moins une éolienne 110, un panneau photovoltaïque 115, un générateur thermo-solaire 120 et un générateur à combustion de biomasse 125. Le générateur thermo-solaire 120 utilise l'énergie solaire pour échauffer, voire faire changer d'état, un fluide et faire activer une génératrice délivrant de l'électricité. Le générateur à combustion de biomasse 125 échauffe un fluide et, éventuellement, le 25 fait changer d'état pour activer une génératrice délivrant de l'électricité. L'énergie électrique fournie par l'unité de production d'électricité 105 a plusieurs usages : - alimenter l'unité de dessalement 160, - alimenter les éléments périphériques consommateurs d'électricité, 30 - alimenter les circuits de contrôle, de commande et de communication, de manière continue, une batterie tampon (non représentée) assurant cette alimentation électrique continue et - mettre le surplus d'électricité à disposition des utilisateurs.
3035658 5 L'eau de mer, l'eau saumâtre ou l'eau impropre à la consommation (appelée, ci-dessous « eau salée ») est pompée par une pompe 130. Cette eau à dessaler passe ensuite dans une unité de prétraitement 135 où elle est filtrée. Cette eau salée est ensuite chauffée par le soleil dans une unité de 5 préchauffage 140. L'eau salée ainsi chauffée est stockée dans un réservoir d'eau salée chaude 155. Préférentiellement, on préchauffe ainsi l'eau à dessaler à une température d'au moins 45 °C. On augmente ainsi la fluidité de l'eau et on réduit donc la consommation électrique des pompes de l'unité de dessalement. Optionnellement, comme dans le mode de réalisation illustré en figure 1, une 10 unité de chauffage additionnel 145 utilisant une énergie renouvelable chauffe l'eau salée conservée dans le réservoir 155. Par exemple, le chauffage additionnel 145 comporte une éolienne, un incinérateur de biomasse, de déchets domestiques ou d'huiles recyclées. Préférentiellement, l'unité de chauffage additionnel 145 est configurée pour chauffer l'eau à dessaler à une température supérieure ou égale à 15 60 °C. On obtient ainsi une évaporation suivie d'une condensation, qui permet de récolter en surface de l'eau moins salée que l'eau initialement pompée. On utilise également la température pour éliminer une partie des micro-organismes ce qui permet de limiter l'usage du chlore : on détruit les micro-organismes qui bouchent les filtres, sans chlore, ni charbon actif et sans rayons UV.
20 Les figures 3 et 4 présentent deux modes de réalisation d'unités de chauffage additionnel 145. L'unité de dessalement 160 utilise le principe de l'osmose inversée pour fournir de l'eau dessalée à un réservoir d'eau dessalée 165. L'eau dessalée est reminéralisée dans une unité de re-minéralisation 170, puis stockée dans un réservoir 25 d'eau de consommation 180. Le concentrât est traitée dans une unité de récupération de sel 175. Par exemple, ce concentrât subit une évaporation de son eau résiduelle par effet du soleil. Préférentiellement, on collecte ainsi, non seulement du chlorure de sodium (NaCI) commun ou de haute pureté, mais aussi du sodium (Na), du magnésium 30 (Mg), du rubidum (Rb) et du cesium (Cs). La valeur des sels ainsi collectés est d'environ 25.000 Euros par an, ce qui contribue à rentabiliser l'investissement dans le dispositif 100. Par exemple, l'unité de récupération de sel 175 sépare les différents sels et minéraux selon des procédés physico-chimiques connus de l'homme du métier.
3035658 6 Préférentiellement, le dispositif 100 comporte aussi des valves de contrôle, des électrovannes, une unité de désinfection finale, une unité d'ajustement de pH de l'eau dessalée re-minéralisée, un réservoir de rinçage, et des moyens de nettoyage (non représentés).
5 Comme on le comprend, le dispositif 100 fournit conjointement : - de l'eau propre à la consommation, - du sel et/ou des minéraux - de l'électricité. Préférentiellement, le container 150 est configuré pour contenir tous les 10 composants du dispositif 100 qui sont en dehors du container 150 lors du fonctionnement du dispositif 100. Ainsi, un camion de transport n'a à transporter qu'un seul container pour permettre l'installation du dispositif 100. Bien entendu, plusieurs dispositifs 100 peuvent être installés à proximité les uns des autres et partager certains composants.
15 Des systèmes de capture, de collecte et de transmission de données (non représentés) sont intégrés au dispositif 100 pour assurer la commande, le contrôle et la traçabilité de l'exploitation de ce dispositif 100. De tels systèmes seront préférentiellement basés sur le mât communiquant décrit dans la demande de brevet français FR1401724 déposée le 25 juillet 2014 ou 20 la demande de brevet français FR1461644 déposée le 28 novembre 2014. Chaque dispositif 100 est capable de produire environ 15 m3 d'eau douce par jour, ce qui correspond aux besoins de 2.000 personnes en situation de survie et 1.000 personnes en consommation moyenne dans un pays pauvre. On observe, en figure 2, un dispositif 100 vu de dessus, qui comporte une 25 canalisation d'arrivée d'eau à dessaler 195, le container 150 surmonté, en toiture, d'au moins un panneau photovoltaïque 205 et d'au moins une éolienne 210 (dont seul le mât est représenté), un réservoir souple 180 pour conserver l'eau dessalée reminéralisée et une unité de récupération de sel 185, fonctionnant sur le principe des marais salant, par évaporation de l'eau sous l'effet du vent et des rayons du 30 soleil. Par exemple, l'unité de récupération de sel comporte des bassins lagunaires de faible profondeur et dont le fond est de couleur noire pour accélérer l'évaporation. Selon les besoins, les vents moyens et l'ensoleillement, le réservoir souple 180 et l'unité de récupération de sel 185 ont des dimensions différentes.
3035658 7 On observe, en figure 3, en coupe, une unité de chauffage 200 comportant une cuve 215 partiellement enterrée sous le sol 220. La cuve 215 est alimentée en eau à dessaler par une canalisation 230 et possède une sortie d'eau chaude de moindre salinité 225 et une sortie d'eau de forte salinité 235. La cuve 215 est 5 préférentiellement noire sur sa surface externe, pour recueillir autant d'énergie solaire que possible. L'eau 240 dans la cuve 215 chauffe et s'évapore en partie, sous l'effet de la chaleur du soleil. La vapeur d'eau se condense sur les parois supérieures et latérales de la cuve 215 et redescend le long des parois latérales. L'eau en surface est donc moins salinisée que l'eau en fond de cuve. Une pompe flottante 245 10 pompe l'eau en surface et l'envoie dans la canalisation 225. Au contraire, la canalisation 235 est en fond de cuve 215. Des électrovannes sont positionnées sur chacune des canalisations 230, 225 et 235 pour commander les débits entrant et sortant de la cuve 215. On observe, en figure 4, en coupe, une unité de chauffage 260 comportant 15 une cuve 250 partiellement enterrée sous le sol 220. La cuve 250 est alimentée en eau à dessaler par une canalisation 230 et possède une sortie d'eau chaude de moindre salinité 225 et une sortie d'eau de forte salinité 235. La cuve 250 est préférentiellement noire sur sa surface externe, pour recueillir autant d'énergie solaire que possible. L'eau 240 dans la cuve 250 chauffe et s'évapore en partie, sous 20 l'effet de la chaleur du soleil. La vapeur d'eau se condense sur les parois supérieures inclinées de la cuve 250 et redescend le long de ces parois inclinées. Un ensemble de gouttières internes 265 draine l'eau condensée vers la canalisation 225. Bien entendu, les deux modes de réalisation décrits en regard des figures 3 et 4 peuvent être combinés pour fournir, dans la canalisation 225, à la fois de l'eau 25 de condensation et de l'eau pompée en surface. Des capteurs solaires thermiques peuvent être ajoutés pour chauffer l'eau à dessaler. Le chauffage de l'eau à dessaler, notamment en mettant en oeuvre l'une des unités de chauffage illustrées en figures 3 et 4, offre plusieurs avantages : 30 - il permet de diminuer la salinité de l'eau pompée : en chauffant, l'eau s'évapore puis se condense au contact de la paroi de la cuve. Cette eau douce est plus légère que l'eau salée, elle s'accumule petit à petit en surface. De cette manière, l'eau pompée vers l'unité de dessalement 160 a une salinité plus faible que 3035658 8 l'eau pompée avant par la pompe 130, ce qui réduit la pression des pompes de l'unité de dessalement et donc le besoin en énergie ; - il élimine une partie des micro-organismes : en chauffant l'eau, on élimine une partie des microorganismes et, de ce fait, on limite l'usage du chlore et donc 5 également du matériel de dé chloration ; et - il diminue la viscosité de l'eau à dessaler : en chauffant l'eau, on diminue sa viscosité et donc la pression nécessaire pour traverser les filtres osmotiques ou membranes et par conséquence le besoin en énergie. Dans le deuxième mode de réalisation du dispositif objet de la présente 10 invention illustré en figure 5, référencé 300, on retrouve les éléments du premier mode de réalisation. S'y ajoutent : - une chambre froide 305 alimentée par l'unité de production d'électricité 105, - un moyen de gélification 310 de l'eau dessalée et 15 - un moyen 315 de génération et de distribution d'hydrogène. La chambre froide 305 permet de réaliser de la transformation d'aliments, notamment de poisson ou de viande. Dans le moyen 315 de génération et de distribution d'hydrogène, on met en présence de l'eau, éventuellement dessalée, avec un composé de type silane ou à 20 terminaison -Si-H liquide. Eventuellement, la réaction est activée par un catalyseur ou un échauffement. Cet hydrogène alimente une pile à combustible. Le composé - Si-H appartient à la famille des « Silanes » qui se présentent en général sous forme gazeuse et qui sont très utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs. Ce composé est liquide et mélangé à une eau légèrement salée. De l'hydrogène est ainsi généré, 25 en continu, à une pression réduite, ce qui élimine les risques entraînés par le stockage de l'hydrogène sous pression. Le résidu final est de la silice (SiO2) en poudre qui est totalement inerte. Cet hydrogène permet de recharger des piles à combustible sans autre apport énergétique. Ces piles à combustible peuvent alimenter en électricité le dispositif objet de l'invention ou des appareils tiers (non 30 représentés). On peut ainsi compenser une absence ou une limitation de la ressource en énergies renouvelables qui permettent de générer de l'électricité, par exemple lorsque la force du vent diminue momentanément ou qu'un nuage passe au dessus du dispositif.
3035658 9 Le moyen de gélification de l'eau dessalée 310 fonctionne, par exemple par ajout à l'eau dessalée d'un mélange de cellulose, d'engrais organique et de Polyacrylate de Potassium (par exemple 5 %). L'homme du métier pourra aussi s'inspirer des travaux que la « pluie solide », permettant de transporter de l'eau 5 gélifiée en sac, étudiée par le Mexicain Sergio Rico. Cette eau gélifiée à l'avantage de pouvoir être disposée au pied des plantations et de distribuer de l'eau lentement, ce qui permet de réduire de moitié la consommation d'eau d'irrigation.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (100, 300) de dessalement d'eau, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins une unité (105) de production d'électricité transformant des sources d'énergies renouvelables en électricité, - une unité (160) de dessalement dans un container (150) normalisé pour le transport terrestre et nautique et - une unité (175) de récupération de sel dans le concentrât.
- 2. Dispositif (100, 300) de dessalement selon la revendication 1, qui comporte une unité (140, 145, 200, 260) de chauffage de l'eau à dessaler, l'unité de dessalement dessalant de l'eau préchauffée.
- 3. Dispositif (100, 300) de dessalement selon la revendication 2, dans lequel l'unité de chauffage (140, 145, 200, 260) est configurée pour chauffer l'eau salée à une température supérieure ou égale à 45 °C.
- 4. Dispositif (100, 300) de dessalement selon la revendication 2, dans lequel l'unité de chauffage (140, 145, 200, 260) est configurée pour chauffer l'eau à dessaler à une température supérieure ou égale à 60 °C.
- 5. Dispositif (100, 300) de dessalement selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel l'unité (140, 145, 200, 260) de chauffage comporte une cuve (215) exposée au soleil et recevant, en entrée, de l'eau à dessaler, la cuve comportant une pompe (245) pour pomper l'eau de surface dans la cuve.
- 6. Dispositif (100, 300) de dessalement selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel l'unité (140, 145, 200, 260) de chauffage comporte une cuve (250) exposée au soleil et recevant, en entrée, de l'eau à dessaler, et une sortie (265) de l'eau évaporée puis condensée sur le plafond de la cuve.
- 7. Dispositif (100, 300) de dessalement selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel la cuve (215, 265) comporte une sortie (235) d'eau saumâtre en fond de cuve. 3035658 11
- 8. Dispositif (100, 300) de dessalement selon l'une des revendications 2 à 7, dans lequel l'unité (140, 145) de chauffage comporte un moyen de combustion alimenté par des déchets domestiques, de la biomasse, du solaire thermique. 5
- 9. Dispositif (100, 300) de dessalement selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'unité (175) de récupération de sel ou de minéraux comporte une unité (185) de déshydratation par le soleil du sel et/ou des minéraux présents dans le concentrât. 10
- 10. Dispositif (100, 300) de dessalement selon l'une des revendications 1 à 9, qui comporte une chambre froide (305).
- 11. Dispositif (100, 300) de dessalement selon l'une des revendications 1 à 10, qui comporte un moyen (310) de gélification de l'eau pure. 15
- 12. Dispositif (100, 300) de dessalement selon l'une des revendications 1 à 11, qui comporte un système (315) de génération et de distribution d'hydrogène.
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