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L’électrodialyse de choc pour dessaler l’eau de mer - Par : Luis Felipe Gerlein Reyes,

L’électrodialyse de choc pour dessaler l’eau de mer


Luis Felipe Gerlein Reyes
Luis Felipe Gerlein Reyes Profil de l'auteur(e)
Luis Felipe Gerlein est étudiant au doctorat à l’ÉTS. Ses recherches portent sur la nanofabrication et la caractérisation de dispositifs optoélectroniques à base de chalcogénures de plomb, de nanostructures à base de carbone et de matériaux pérovskite.
Programme : Génie électrique 

L’un des problèmes les plus sérieux de la société moderne est le traitement de l’eau.  Que ce soit pour la désalinisation de l’eau de mer ou pour le traitement des eaux usées domestiques ou industrielles (comme les eaux provenant de la fracturation hydraulique) ce problème entraîne d’importantes répercussions sociales, culturelles et financières.

Il n’est pas évident de traiter l’eau de mer, les eaux saumâtres ou les eaux usées en eau pure et douce pouvant être utilisée pour la consommation humaine. Les traitements qui existent sont nombreux et de types variés, dont l’évaporation, l’osmose inverse et l’électrodialyse.

Schéma du procédé d’électrodialyse

Figure 1 Schéma du procédé d’électrodialyse. L’eau s’écoule dans un réacteur soumis aux forces d’un champ électrique. Les ions de sel sont accélérés parallèlement au champ électrique et sont capturés par des membranes placées entre deux électrodes. L’eau purifiée ne contient presque plus d’impuretés.

Toutes ces méthodes de traitement de l’eau fonctionnent, mais comportent des limites. L’évaporation de l’eau de mer est une façon simple d’enlever le sel, mais les coûts qu’entraîne le chauffage de grandes quantités d’eau la rendent presque impossible à appliquer. L’osmose inverse sépare les molécules d’eau des particules plus grosses au moyen de filtres spécialisés. Comme pour tout système de ce genre, les filtres finissent par se colmater, ce qui limite la capacité du système et la période durant laquelle il peut fonctionner sans interruption. L’électrodialyse se sert de la force d’un champ électrique pour capturer les ions de sel dans des membranes échangeuses d’ions, mais elle nécessite le passage de l’eau au travers de membranes et comporte les mêmes limites que l’osmose inverse.

Salinité de l’eau selon la concentration de sels dissous
Eau douceEau saumâtreEau saline Saumure
< 0,05 %0,05 – 3 %3 – 5 % > 5 %

Une équipe de chercheurs du MIT a développé un nouveau système qui fonctionne au moyen « d’une onde de choc de nature électrique poussant l’eau salée d’un côté et l’eau douce de l’autre, ce qui permet de les séparer aisément », selon le communiqué du MIT. On a donné le nom « d’électrodialyse de choc » au nouveau procédé. Une fois les deux courants d’eau séparés, ils peuvent être acheminés dans des conduites différentes.

Ce qui rend ce système meilleur aux autres, c’est son mode de fonctionnement. Il utilise un matériau poreux obtenu par frittage de particules de verre. On place de part et d’autre du matériau des membranes ou des électrodes qui vont favoriser l’application du courant électrique dans le système. La principale différence entre ce procédé et l’électrodialyse classique est que l’application du courant électrique sur le débit d’eau va pousser les ions de sel d’un côté de la conduite, entraînant une concentration de sel plus élevée dans une certaine région et une concentration moins élevée, dans une autre.

L’augmentation de l’intensité du courant amène la création d’une onde de choc entre ces deux régions qui relâche la tension électrique accumulée et sépare physiquement le débit d’eau en deux parties pouvant être collectées facilement. Il faut noter que même si le matériau poreux est couvert de membres, l’eau s’écoule parallèlement à la membrane, pas au travers, ce qui rend ce procédé dans les faits « sans membranes » comme l’affirment les auteurs. Cette caractéristique réduit les risques de colmatage et les coûts de fonctionnement.

Schock-electrodilysis-eschematicFR

« L’onde de choc (ligne rouge) est générée dans l’eau salée qui s’écoule le long d’un matériau poreux en appliquant une tension aux membranes (en vert) de chaque côté de la cuve. L’onde de choc pousse les ions de sel d’un côté, ce qui laisse de l’eau douce de l’autre côté. Il ne reste alors qu’à procéder à la séparation. » Source MIT News.

De la même façon, les sels extraits n’ont pas à passer au travers de membranes; ils ne sont que tassés sur le côté. L’utilisation de courant électrique aussi fort comporte un autre avantage : la possibilité de purifier et de stériliser l’eau en éliminant d’autres contaminants, comme les bactéries, qui ne sont pas résistants aux courants de forte intensité.

Les tests effectués en laboratoire jusqu’à maintenant ont démontré que ce nouveau procédé pouvait enlever le sodium, les chlorures et d’autres ions dans des proportions allant de 99 % à 99,99 % de la concentration initiale pour diverses concentrations d’électrolytes (1, 10, 100 mmol). Les auteurs sont d’avis que ce procédé, une fois mis à l’échelle, conserverait des coûts de fonctionnement faibles pour la désalinisation ou le traitement de l’eau.

Il est possible qu’initialement ce procédé ne soit pas compétitif face aux procédés d’électrodialyse à échelle industrielle. Toutefois, il pourrait être utilisé sous forme d’appareil portatif dans les zones de sinistres ou les zones éloignées qui n’ont pas de système de distribution d’eau potable.

Plus d’information sur cette recherche peut être obtenue à  source.

 

Luis Felipe Gerlein Reyes

Profil de l'auteur(e)

Luis Felipe Gerlein est étudiant au doctorat à l’ÉTS. Ses recherches portent sur la nanofabrication et la caractérisation de dispositifs optoélectroniques à base de chalcogénures de plomb, de nanostructures à base de carbone et de matériaux pérovskite.

Programme : Génie électrique 

Chaire de recherche : Chaire de recherche du Canada sur les matériaux et composants optoélectroniques hybrides 

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