FR3129149A1 - Procédé et dispositif de dessalement de l’eau - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un procédé de dessalement de l’eau de mer comportant une étape de refroidissement d’une eau de mer entrante à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius afin d’obtenir des cristaux de glace en suspension dans une eau de mer concentrée. Ledit procédé comporte en outre :- une étape de centrifugation pour séparer les cristaux de glace de l’eau de mer concentrée ;- une étape de collecte des cristaux de glace ;- une étape d’obtention d’une eau douce, par fusion des cristaux de glace. Figure pour l’abrégé : Fig.2

Description

Procédé et dispositif de dessalement de l’eau
La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif de dessalement de l’eau de mer utilisant plus particulièrement une méthode de cryo-cristallisation.
Arrière-Plan Technologique
L’eau est de plus en plus convoitée de par le monde. En effet, la demande en eau n’a fait qu’augmenter ces dernières années et est destinée à continuer de croitre fortement, notamment en raison des besoins de l'industrie, de l'énergie, avec entre autre la fabrication de l’hydrogène et également en raison de l'accroissement de la population. C’est pourquoi l’eau est devenue un enjeu planétaire. Or, environ quatre-vingt-dix-sept pourcents de l’eau présente sur la Terre est salée. Ainsi, le développement industriel de production d’eau douce voire d’eau pure par procédés de dessalement a pris son essor ces dernières années.
Le dessalement de l’eau de mer permet d’obtenir de l’eau douce voire de l’eau pure à partir d’une eau saumâtre ou salée, telle que l’eau de mer ou des océans présentant en moyenne 35 grammes de sel par litre d’eau. À ce jour, il existe deux principales méthodes employées dans les stations de dessalement de l’eau de mer. À ce titre, l’eau de mer peut être dessalée, soit en la vaporisant par distillation thermique, soit en la projetant à travers une membrane ultrafine qui retient le sel par osmose inverse.
La distillation thermique, méthode la plus ancienne, consiste à tamiser l’eau de mer pour retirer ses plus grosses impuretés puis à la chauffer jusqu’à évaporation dans des cuves où les sels se déposent. L’eau évaporée passe ensuite dans une cuve de condensation où elle revient sous une forme liquide.
L'osmose inverse, méthode la plus couramment utilisée aujourd'hui, consiste à filtrer soigneusement l’eau de mer, via des couches de sable et de charbon. Cela permet de supprimer des micro-algues et des particules en suspension, de façon à ce qu’il ne reste que les sels. L’eau est ensuite projetée sous forte pression à travers des membranes semi-perméables très fines. Ces membranes piègent le sel et ne laissent passer que les molécules d’eau.
Cependant, ces méthodes éprouvées pour le dessalement de l’eau de mer présentent plusieurs inconvénients notamment en termes d’impact environnemental. En effet, la distillation thermique est très gourmande en énergie. L’osmose inverse, quant à elle, consomme moins d’énergie mais nécessite de nettoyer continuellement les membranes en utilisant des produits chimiques. Toutefois, l’impact environnemental majeur reste le rejet, le plus souvent en mer, des effluents issus des usines employant ces méthodes de dessalement. La principale caractéristique de ces effluents rejetés est leur forte salinité, ainsi qualifiés de saumure. Or, lorsque la saumure est rejetée sans dilution ni traitement, elle induit une augmentation de la concentration en sel autour de la zone de rejet pouvant conduire à des modifications du milieu local, telles que l’anoxie et/ou la diminution de la lumière au niveau des fonds marins, affectant ainsi les écosystèmes marins. Parallèlement, de tels effluents peuvent contenir des produits chimiques, utilisés pour le fonctionnement de l’usine, et présenter une température élevée modifiant la température de l’eau de mer au niveau de la zone de rejet de la saumure.
Pour répondre a cette problématique, un procédé de dessalement de l’eau de mer n’engendrant pas de rejet de saumure, trouve tout son intérêt.
À ce titre, le brevet américain US 3,377,814 divulgue un procédé de production d'eau douce par cryo-cristallisation. L’eau de mer est refroidie pour former des cristaux de glace. Les cristaux de glace en suspension dans l’eau de mer sont ensuite séparés de l’eau de mer par décantation. Les cristaux de glace sont, par la suite, collectés et se transforment, par fusion, en une eau douce liquide. Néanmoins, un tel procédé nécessite un temps de séparation par décantation relativement long et très souvent incompatible avec les besoins et/ou cadences industriels.
La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients précités, notamment à proposer un procédé pour extraire l’eau douce de l’eau de mer en couplant des technologies de congélation et de centrifugation. La congélation permet d’obtenir à la fois des cristaux de glace présentant un haut niveau de pureté et une eau de mer résiduelle présentant une concentration en sodium de quelques parties par million. Cette concentration est bien inférieure à celle de la saumure issue des méthodes de dessalement connues et décrites précédemment. La centrifugation permet, quant à elle, d’augmenter fortement le débit par rapport à un procédé de décantation et ainsi permet de limiter drastiquement le temps nécessaire à la séparation des cristaux de glace de l’eau de mer.
À cet effet, l’invention divulgue, comme premier objet, un procédé de dessalement de l’eau de mer comportant une étape de refroidissement d’une eau de mer entrante à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius afin d’obtenir des cristaux de glace en suspension dans une eau de mer concentrée. Ledit procédé comporte en outre :
- une étape de centrifugation pour séparer les cristaux de glace de l’eau de mer concentrée ;
- une étape de collecte des cristaux de glace ;
- une étape d’obtention d’une eau douce, par fusion des cristaux de glace.
Afin de réduire la consommation énergétique nécessaire, l’étape de refroidissement de l’eau de mer entrante dudit procédé peut comprendre une première étape de refroidissement de l’eau de mer entrante à une température sensiblement égale à 5 degrés Celsius et une deuxième étape de refroidissement de l’eau de mer entrante à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius.
Afin de disposer d’un procédé fermé en continu et ainsi de réaliser des gains d’énergie, la première étape de refroidissement de l’eau de mer entrante peut être réalisée par échange thermique avec l’eau de mer concentrée puis avec les cristaux de glace collectés à l’issue de l’étape de centrifugation pour refroidir l’eau de mer entrante.
Dans un souci de gain de productivité, ledit procédé de dessalement de l’eau de mer peut comporter, entre l’étape de refroidissement et l’étape de centrifugation, une étape de décantation permettant d’avoir un premier retrait d’eau de mer concentrée avant l’étape de centrifugation.
En deuxième objet, l’invention divulgue un dispositif de dessalement de l’eau de mer comportant :
- au moins un refroidisseur refroidissant une eau de mer entrante à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius afin de faire apparaître des cristaux de glace en suspension dans une eau de mer concentrée ;
- une centrifugeuse réfrigérée, maintenue à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius, ladite centrifugeuse recevant l’eau de mer concentrée et les cristaux de glace en suspension provenant du au moins un refroidisseur, afin de séparer les cristaux de glace de l’eau de mer concentrée.
Dans un mode de réalisation préféré permettant de réduire les consommations énergétiques nécessaires à la mise en œuvre dudit dispositif, le au moins un refroidisseur peut comporter un premier refroidisseur refroidissant l’eau de mer entrante jusqu’à une température de 5 degrés Celsius et un deuxième refroidisseur consistant en un générateur de cristaux de glace refroidissant l’eau de mer sortant du premier refroidisseur jusqu’à une température de -2 degré Celsius.
Préférentiellement, afin de gagner en productivité, le générateur de cristaux de glace peut comporter un tube réfrigérant et un racloir rotatif qui racle les parois internes dudit tube sur lesquelles se forme les cristaux de glace.
En complément, ledit dispositif peut comporter en outre un bac de rétention permettant par décantation, après la génération des cristaux de glace, d’éliminer une première partie de l’eau de mer concentrée avant le passage de ladite eau de mer concentrée, comportant les cristaux de glace, dans la centrifugeuse réfrigérée.
Préférentiellement, la centrifugeuse réfrigérée peut comporter une cuve avec au moins un disque mobile entrainé en rotation afin d’entrainer en rotation les cristaux de glace et l’eau de mer concentrée, le disque étant relié à la cuve par des paliers antifriction.
Dans un mode de réalisation préféré, afin d’augmenter la surface active de la centrifugeuse, le au moins un disque mobile peut comporter une pluralité de disques coniques.
Brève Description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et faisant référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
montre un exemple préféré de mise en œuvre d’un dispositif de dessalement de l’eau de mer selon l’invention,
montre un organigramme représentatif d’étapes du procédé de dessalement de l’eau de mer conforme à l’invention,
montre une vue en coupe d’une centrifugeuse, selon l’axe de révolution de ladite centrifugeuse selon l‘invention,
montre un deuxième exemple de mise en œuvre d’un dispositif de dessalement de l’eau de mer selon l’invention,
montre un deuxième organigramme représentatif d’étapes du procédé de dessalement de l’eau de mer conforme à l’invention.
[Description détaillée
Afin de simplifier la description, une même référence est utilisée dans différentes figures pour désigner un même objet. Ainsi, lorsque la description cite un objet référencé, cet objet pourra être identifié sur plusieurs figures. En outre, les figures ainsi que la description sont données à titre d’exemples non limitatifs de réalisation.
En préambule, il est important de rappeler qu’une eau de mer, étant salée, gèle à une température plus basse qu’une eau douce, présentant une très faible salinité. En effet, le sel abaisse la température de solidification de l’eau de quelques degrés, suivant la quantité de sel.
La solidification de l’eau est le passage d’un état liquide, molécules d’eau désordonnés, à un état solide, molécules d’eau bien rangées les unes à côté des autres, de façon ordonnée. Dans un état dit liquide, l’eau douce et/ou pure présente des molécules relativement libres d’effectuer des mouvements les unes par rapport aux autres : elles se lient entre elles puis défont rapidement ces liaisons, et ainsi de suite. En abaissant la température de l’eau douce et/ou pure à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius, les mouvements des molécules d’eau vont ralentir jusqu’à cesser, les molécules d’eau vont arriver à s’ordonner et vont se lier alors de manière suffisamment durable entre elles, pour se figer sous forme de glace.
En revanche, si l’eau contient du sel, tel que c’est le cas pour une eau de mer EM1, contenant à la fois des molécules d’eau et des ions de sel, le processus est différent. À ce titre, le volume d’un ion de sel est sensiblement égal au volume d’une molécule d’eau. Or, de tels ions apprécient la proximité des molécules d’eau. Ainsi en se glissant entre les molécules d’eau, les ions de sel séparent et écartent les molécules d’eau les unes des autres perturbant localement l’arrangement de ces dernières. Les constituants du sel vont s’interposer entre les molécules d’eau, introduisant du désordre. Ainsi, pour que l’eau de mer se solidifie, il faut compenser ce désordre avec une température plus basse que 0 degré Celsius, car l’abaissement de température favorise le rangement des molécules afin de former un solide. Pour exemple, une eau de mer contenant sensiblement 35 grammes de sel par litre se solidifie autour de -2 degrés Celsius. En conséquence, à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius, seulement une partie des molécules d’eau de l’eau de mer EM1, à savoir les molécules d’eau ne présentant pas d’ion de sel à proximité, vont ainsi pouvoir cristalliser. A contrario, les ions de sel vont empêcher, dans leur zone environnante, la cristallisation des molécules d’eau. Ainsi, en refroidissant l’eau de mer entrante EM1 à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius, cela a pour effet de cristalliser une partie de l’eau douce contenue dans l’eau de mer, formant ainsi des cristaux de glace CG en suspension dans une eau de mer EM2 plus concentrée en sel.
Un exemple préféré de dispositif de dessalement de l’eau de mer 100, conforme à l’invention, est représenté sur la . Ledit dispositif de dessalement de l’eau de mer 100 est composé d’au moins un refroidisseur 110 et d’une centrifugeuse réfrigérée 120 et est mis en œuvre par un procédé de dessalement de l’eau de mer 200, illustré sur l’organigramme en . Ledit dispositif 100 est ainsi mis en œuvre par ledit procédé 200 afin de dessaler une eau de mer dite entrante EM1, prélevée, préférentiellement au large, en mer.
Une première étape 210 dudit procédé 200 consiste à refroidir l’eau de mer entrante EM1. Pour ce faire, ladite eau de mer entrante EM1 est ainsi acheminée jusqu’au refroidisseur 110. La communication entre l’eau de mer EM1 et le refroidisseur 110 peut se faire par le biais d’un tuyau 113, tel qu’illustré sur la . Cependant, l’homme de métier pourra utiliser tout autre type de raccordement d'eau compatible avec l’utilisation qui en est faite au sein dudit dispositif 100, tel que par exemple un robinet ou une vanne. Il est également envisageable que l’eau de mer entrante EM1 soit pré filtrée pour éliminer d’éventuels contaminants.
Le refroidisseur 110 est dimensionné pour refroidir l’eau de mer entrante EM1 à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius. Un tel refroidisseur 110 peut consister, par exemple en un tube réfrigérant 111. Un tel tube réfrigérant 111 peut être une structure creuse qui reçoit et achemine un réfrigérant ou autrement nommé un fluide frigorigène. Le fluide frigorigène peut être n'importe quel type de fluide pouvant être utilisé dans un dispositif de réfrigération. Un tel fluide frigorigène, circulant dans ledit tube 111, permet d’abaisser la température de ce dernier à une température favorisant la congélation d’une partie de l’eau de mer entrante EM1 afin d’obtenir la formation des cristaux de glace CG en suspension dans l’eau de mer concentrée EM2. Ainsi, la température du tube réfrigérant 111 doit être inférieure ou égale au point de congélation de l'eau douce mais supérieure à celui de l’eau de mer salée. Pour rappel, une telle température est comprise entre -2 et 0 degré Celsius. En tant que tel, le tube réfrigérant 111 peut être réalisé en un matériau qui facilite le transfert de chaleur. À titre d’exemples illustratifs, un tel matériau peut être de l'acier inoxydable, du cuivre, de l'aluminium, du nickel, de l’étain, ou tout autre matériau, ou toute combinaison de ceux-ci. L’eau de mer concentrée EM2, en phase liquide, entraine ensuite lesdits cristaux CG formés, vers la sortie du refroidisseur 110. Néanmoins, l’invention ne se limite pas au choix du type de refroidisseur 110 ni-même aux types d’éléments dont il est constitué. L’homme du métier pourra utiliser tout autre type de refroidisseur compatible avec l’utilisation qui en est faite au sein de l’invention, à savoir permettre au moins un refroidissement de l’eau de mer EM1 à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius.
Dans un mode de réalisation préféré, le refroidisseur 110 peut, préférentiellement, consister en un générateur de cristaux de glace, permettant de réguler la température de l’eau de mer entrante EM1 entre -2 et 0 degré Celsius. Un tel générateur de cristaux de glace peut être composé principalement d’un tube réfrigérant 111, permettant la formation de cristaux de glace CG, notamment sur les parois dudit tube 111 et d’un racloir rotatif 112 permettant de détacher lesdits cristaux de glace CG des parois du tube réfrigérant 111. Cela permet ainsi d’isoler une eau douce purifiée sous forme solide sur les parois dudit refroidisseur 110. Ledit tube 111 et le racloir 112 peuvent être en position verticale ou en position horizontale. Selon ce mode préféré, le fluide frigorigène passe à l’intérieur des parois dudit tube 111 ou à l’extérieur des parois thermiquement conductrices dudit tube 111. L’eau de mer entrante EM1, quant à elle, passe à travers ledit tube 111. Des cristaux de glace CG vont se former sur toutes les surfaces réfrigérées en contact avec l’eau de mer EM1 liquide. Toutefois, l’eau de mer entrante EM1 aura tendance à cristalliser, préférentiellement, sur les parois du tube réfrigérant 111.
Ledit racloir rotatif 112 vient racler, par action mécanique, toutes les parois internes dudit tube réfrigérant 111 afin de détacher les cristaux de glace CG qui s’y sont formés pour les ramener dans l’eau de mer concentrée EM2. Un tel racloir 112 permet d’augmenter le rendement de cristallisation. Ledit racloir 112 est formé préférentiellement d’au moins deux lames disposées sur la longueur du racloir de manière à ce que ledit racloir 112 présente une forme hélicoïdale. Cependant, l’invention ne se limite pas à la forme du racloir ni même à l’outil et/ou la manière utilisés pour détacher les cristaux de glace CG des parois du tube réfrigérant 111. Les cristaux de glace CG peuvent être retirés des parois dudit tube 111 de diverses manières, telle que, par exemple, par gravité, avec l’utilisation d’un levier ou même en réduisant thermiquement la résistance de la liaison entre le tube 111 et les cristaux de glace CG.
Une fois l’étape de refroidissement 210 réalisée et l’obtention des cristaux de glace CG en suspension dans l’eau de mer EM2, une étape de centrifugation 220 est réalisée, telle qu’illustrée en . Une telle étape de centrifugation 220 consiste en la séparation des cristaux de glace CG formés de l’eau de mer EM2 concentrée, du fait de leur différence de densité, en les soumettant à une force centrifuge. La séparation par centrifugation est connue notamment pour l’écrémage du lait ou même pour la séparation d’un solide dans un liquide en fonction de leur densité. Ce même principe est appliqué à l’étape 220 dudit procédé 200 conforme à l’invention afin de permettre d’accélérer la séparation des cristaux de glace CG de l’eau de mer concentrée EM2. En effet, tout solide contenu dans un liquide est soumis à la gravité, force qui s’exerce du haut vers le bas, et à la poussée d’Archimède, force qui s’exerce du bas vers le haut. Ainsi avec le temps, un solide en suspension dans un liquide finit soit par tomber au fond du récipient dans lequel il se trouve soit par remonter à la surface en fonction de sa densité massique par rapport à celle du liquide. Or, la réalisation d’une telle étape de centrifugation 220 permet d’accélérer ce phénomène naturel de séparation. Dans le cas d’un processus de centrifugation, la vitesse de séparation Vz est régie par la loi de Stokes :
[Math.1]
où est le rayon du solide en suspension, est la différence de densité entre le solide en suspension et le liquide contenant le solide en suspension, est l’accélération due à la force centrifuge dans la centrifugeuse et la viscosité du liquide.
Pour ce faire, tel qu’illustré en , les cristaux de glace CG en suspension dans l’eau de mer concentrée EM2 passe dans la centrifugeuse réfrigérée 120, maintenue à une température entre -2 et 0 degré Celsius. Les cristaux de glace CG présentent une densité sensiblement égale à 0,9168 grammes par millilitre. Entre -2 et 0 degré Celsius, de tels cristaux CG sont plus légers que l’eau de mer concentrée EM2 qui présente une densité sensiblement égale à 1,0273 grammes par millilitre. Ainsi, soumis à la force centrifuge combinée à la gravité, les cristaux de glace CG, plus légers que l’eau de mer concentrée EM2, vont être projetés et attirés vers le haut et le centre de la centrifugeuse réfrigérée 120 suivant une diagonale de pesanteur modifiée tandis que l’eau de mer concentrée EM2 va être projetée vers la périphérie de la centrifugeuse 120.
La centrifugeuse 120 est ainsi dimensionnée pour séparer les cristaux de glace CG de l’eau de mer concentrée EM2 à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius. Tel qu’illustré en , une telle centrifugeuse 120 est composée d’une cuve 121 présentant des parois et cloisons fixes réfrigérées et comportant un axe central de rotation 123 permettant d’atteindre de grande vitesse de rotation. Pour exemple, la vitesse de rotation de ladite centrifugeuse 120, dans le cas de l’invention, peut être comprise entre 1 000 et 5 000 tours par minute. Afin de maintenir une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius, la cuve 121 peut être réfrigérée, par exemple, par le biais d’un refroidisseur extérieur qui vient entourer ladite cuve 121. Néanmoins, l’invention n’est pas limitée au moyen utilisé pour refroidir ladite cuve 121 afin de la maintenir entre -2 et 0 degré Celsius : tout autre moyen équivalent pourra être utilisé. De plus, pour limiter les déperditions énergétiques, il est privilégié l’emploi de matériaux relativement neutres et isolants pour la conception de la centrifugeuse 120. Ainsi, à titre d’exemple, la cuve 121 peut être en acier inoxydable et/ou en matériau composite renforcé.
Dans un mode de réalisation privilégié, afin de faciliter la séparation par centrifugation, la cuve 121 de la centrifugeuse réfrigérée 120 peut comporter un ou plusieurs disques mobiles 122 qui sont entrainés en rotation au niveau de l’axe central de rotation 123 de la cuve 121. Chaque disque 122 est relié à la cuve 121 par des paliers afin de supporter et guider en rotation ledit disque 122. Pour éviter tout échauffement au sein de la cuve 121, de tels paliers peuvent être préférentiellement des paliers antifriction tels que des paliers à base de polytétrafluoroéthylène, désigné sous l’abréviation PTFE. En variante, l’homme de métier pourra utiliser tout autre type de matériau pour les paliers antifriction tel que par exemple, des matériaux à base de polyester, et/ou de polyétherethercétone, désigné sous l’abréviation PEEK.
Pour assurer un meilleur rendement de séparation, il est préférable de disposer de plusieurs disques mobiles rotatifs 122 empilés les uns sur les autres présentant, de préférence, une forme conique. À ce titre, la cuve 121 comporte un ensemble de disques disposés parallèlement avec un angle de cône, correspondant à l’inclinaison de la force centrifuge combinée à la pesanteur, permettant d’augmenter la vitesse de séparation. La forme conique permet de guider les cristaux de glace CG suivant la force combinée de la force centrifuge et de la pesanteur. Tel qu’illustré en , la cuve 121 comporte une entrée 124 par laquelle s’écoule le mélange de cristaux de glace CG et d’eau de mer concentrée EM2, en sortie du refroidisseur 110. Ledit mélange va ensuite circuler à travers les disques 122. La séparation entre les cristaux de glace CG et l’eau de mer concentrée EM2 est réalisée au niveau de chaque disque 122 empilé. Sous l’influence de la force centrifuge, le composant le plus lourd, à savoir l’eau de mer concentrée EM2, va se déposer radialement vers les cloisons extérieures de la cuve 121 pour ressortir au niveau d’une première sortie 126 de la centrifugeuse 120. Les composants les plus légers, à savoir les cristaux de glace CG, vont se déplacer vers le haut et vers l’axe de rotation central 123 de la cuve 121. Les cristaux de glace vont ensuite ressortir au niveau d’une deuxième sortie 125 de ladite centrifugeuse 120. Ainsi, l’eau de mer concentrée EM2 s’écoule de la périphérie de la centrifugeuse 120 vers la première sortie 126 tandis que les cristaux de glace se déplacent de la partie centrale de la centrifugeuse 120 vers la deuxième sortie 125.
Une telle étape de centrifugation 220 permet alors d’obtenir à la fois des cristaux de glace CG correspondant à 10 à 40 pourcents de l’eau de mer entrante EM1 et à la fois une eau de mer concentrée EM2 présentant ainsi une concentration en sel augmentée sensiblement de 11 à 66 pourcents par rapport à l’eau de mer entrante EM1. À titre d’exemple, pour une eau de mer entrante EM1 comprenant 35 grammes de sel par litre, une telle augmentation de 11 à 66 pourcents amène l’eau de mer concentrée EM2 a une concentration d’environ 38 à 68 grammes de sel par litre ce qui est encore relativement acceptable par rapport à la saumure présentant des teneurs en sel nettement supérieures. En complément, il est possible d’ajuster la concentration en sel de l’eau de mer concentrée EM2 en fonction du débit dudit dispositif 100 mais aussi en fonction de la teneur en sel de l’eau de mer entrante EM1.
Tel qu’illustré en , après cette étape de centrifugation 220, il s’en suit une étape de collecte 230 des cristaux de glace CG. Pour ce faire, les cristaux de glace CG peuvent être, par exemple, collectés dans un bac maintenu à température ambiante. Ainsi, une étape d’obtention 240 d’une eau douce ED est alors réalisée par fusion des cristaux de glace CG. Parallèlement, l’eau de mer concentrée EM2 est rejetée en mer.
Selon un mode particulier de l’invention illustré en et , afin de réduire les consommations énergétiques, il est possible de réaliser une étape supplémentaire de refroidissement 211 de l’eau de mer EM1, préalablement à l’étape de refroidissement 210. Préférentiellement, une telle étape 211 consiste à refroidir l’eau de mer entrante EM1 à une température sensiblement égale à 5 degrés Celsius. Pour ce faire, il est envisageable d’introduire au sein dudit dispositif 100 un refroidisseur 150, préalablement au refroidisseur 110. Ainsi, un tel refroidisseur 150 est, quant à lui, dimensionné pour refroidir l’eau de mer entrante EM1 jusqu’à une température de 5 degrés Celsius avant que ladite eau de mer EM1 soit acheminée au refroidisseur 110 qui va lui permettre une régulation thermique de l’eau de mer entrante EM1 entre -2 et 0 degré Celsius.
Dans un mode préférentiel favorisant un procédé fermé et en continu, ladite étape 211, permettant d’obtenir un pré refroidissement de l’eau de mer entrante EM1, peut être réalisée par échange thermique. L’échange thermique s’effectue en utilisant dans un premier temps l’eau de mer concentrée EM2 après le retrait des cristaux de glace CG, puis dans un second temps, en utilisant les cristaux de glace CG collectés à l’issue de l’étape de centrifugation 220. Ainsi l’eau de mer entrante EM1, plus chaude que l’eau de mer concentrée EM2 et que les cristaux de glace CG issus de l’étape de centrifugation, va réchauffer l’eau de mer EM2 et les cristaux de glace CG tout en perdant des calories. Ainsi, l’eau de mer entrante EM1 va, naturellement, se refroidir.
Pour ce faire, le refroidisseur 150 peut consister en un échangeur thermique. A titre d’exemple illustré en , l’échangeur thermique peut comporter un tube en forme de serpentin immergé dans un bac contenant l’eau de mer concentrée EM2 après le retrait des cristaux de glace CG et/ou dans un bac contenant les cristaux de glace CG collectés à l’issue de la centrifugation 220. Dans un souci d’efficacité, il est préférable de faire les deux à savoir un passage dans le bac contenant l’eau de mer EM2 puis un passage dans le bac contenant les cristaux de glace CG. Ledit tube immergé comporte une entrée recevant l’eau de mer entrante EM1, par exemple à partir d’une pompe et une sortie reliée au refroidisseur 110. Ainsi, l’eau de mer entrante EM1 va rentrer à l’intérieur du tube immergé et va circuler à l’intérieur dudit tube. Lors du passage de l’eau de mer EM1, circulant dans ledit tube, dans le bac contenant l’eau de mer concentrée EM2 après retrait des cristaux de glace CG, ladite eau de mer entrante EM1, plus chaude, va perdre des calories, se refroidir et également réchauffer l’eau de mer concentrée EM2. Ceci permet d’abaisser la température de l’eau de mer entrante EM1 mais aussi de rapprocher la température de l’eau de mer concentrée EM2 de la température de la mer. En variante ou en complément, l’eau de mer concentrée EM2 peut être réchauffée naturellement par le soleil avant d’être rejetée dans la mer. Ceci a pour effet de limiter des différentiels de température trop importants entre l’eau de mer concentrée EM2 rejetée et la mer. Par la suite, lors du passage de l’eau de mer entrante EM1, circulant dans ledit tube, dans le bac contenant les cristaux de glace CG, l’eau de mer entrante EM1 va de nouveau perdre des calories, va encore abaisser sa température et va réchauffer les cristaux de glace CG. Cela permet d’abaisser encore une fois la température de l’eau de mer entrante EM1 mais aussi d’accélérer la fusion des cristaux de glace CG afin d’obtenir de l’eau douce ED liquide.
Une fois, l’échange thermique réalisé, l’eau de mer entrante EM1 va être récupérée en sortie pour être acheminée jusqu’au refroidisseur 110 et ainsi être régulée à une température entre -2 et 0 degré Celsius. L’échangeur thermique 150 pourra être dimensionné pour permettre d’atteindre au plus juste la température recherchée pour l’eau de mer entrante EM1 avant son passage dans le refroidisseur 110 : une telle température dépendant de la longueur du tube. Néanmoins, l’invention ne se limite pas au type d’échangeur thermique utilisé. L’homme de métier pourra utiliser tout autre type d’échangeur thermique compatible avec l’utilisation qui en est faite au sein de l’invention.
En complément, préalablement à l’étape de centrifugation 220, le procédé de dessalement de l’eau de mer 200 peut comporter une étape de décantation 221. Une telle étape consiste en un premier retrait d’eau de mer concentrée EM2 avant l’étape de centrifugation 220. Cette étape de décantation 221 utilise la séparation naturelle qui s’effectue quand un solide est contenu en suspension dans un liquide sous l’effet de la pesanteur et de la poussée d’Archimède.
Pour ce faire, ledit dispositif de dessalement de l’eau de mer 100 peut comporter en outre un bac de rétention 160, tel qu’illustré en . Un tel bac 160 est dimensionné pour permettre par décantation d’éliminer une première partie de l’eau de mer concentrée EM2 obtenue après le passage dans le refroidisseur 110. À ce titre, les cristaux de glace CG vont remonter à la surface et une première partie de l’eau de mer concentrée EM2 va être retiré du mélange des cristaux de glace CG en suspension dans l’eau de mer concentrée EM2 avant le passage dans la centrifugeuse 120. Une prise vers le haut va récupérer des cristaux de glace CG en suspension dans l’eau de mer concentrée EM2 qui vont être ensuite acheminés vers la centrifugeuse 120. Une prise vers le bas va récupérer une partie de l’eau de mer concentrée EM2 qui ne contient ou très peu de cristaux de glace CG. L’eau de mer concentrée EM2, retirée suite à cette étape de décantation 221, peut être ensuite acheminée jusqu’au bac contenant de l’eau de mer concentrée EM2 utilisée pour réaliser l’échange thermique lors de l’étape de refroidissement 211 ou peut tout simplement être rejetée directement en mer. En complément, un tel bac de rétention 160 peut comporter une grille ou un filtre à particules afin d’éviter que les cristaux de glace CG n’aillent vers la prise du bas dudit bac 160.
Il sera apprécié de l’homme du métier que la présente divulgation n’est pas limitée à ce qui est particulièrement montré et décrit ci-dessus. D’autres modifications peuvent être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention définie par les revendications ci-annexées.

Claims (11)

  1. Procédé de dessalement de l’eau de mer (200) comportant une étape de refroidissement (210) d’une eau de mer entrante (EM1) à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius afin d’obtenir des cristaux de glace (CG) en suspension dans une eau de mer concentrée (EM2),
    caractérisé en ce que le procédé comporte :
    - une étape de centrifugation (220) (entre -2 et 0 degré Celsius) pour séparer les cristaux de glace (CG) de l’eau de mer concentrée (EM2) ;
    - une étape de collecte (230) des cristaux de glace (CG) ;
    - une étape d’obtention (240) d’une eau douce (ED), par fusion des cristaux de glace (CG).
  2. Procédé de dessalement de l’eau de mer selon la revendication précédente, dans lequel l’étape de refroidissement (210) de l’eau de mer entrante (EM1) comprend une première étape de refroidissement (211) de l’eau de mer entrante (EM1) à une température sensiblement égale à 5 degrés Celsius et une deuxième étape de refroidissement (210) de l’eau de mer entrante (EM1) à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius.
  3. Procédé de dessalement de l’eau de mer selon la revendication précédente, dans lequel la première étape de refroidissement (211) de l’eau de mer entrante (EM1) est réalisée par échange thermique avec l’eau de mer concentrée (EM2) puis avec les cristaux de glace (CG) collectés à l’issue de l’étape de centrifugation (220) pour refroidir l’eau de mer entrante (EM1).
  4. Procédé de dessalement de l’eau de mer selon l’une des revendications précédentes, comportant, entre l’étape de refroidissement (210) et l’étape de centrifugation (220), une étape de décantation (221) permettant d’avoir un premier retrait d’eau de mer concentrée (EM2) avant l’étape de centrifugation (220).
  5. Dispositif de dessalement de l’eau de mer (100) caractérisé en ce qu’il comporte :
    - au moins un refroidisseur (110) refroidissant une eau de mer entrante (EM1) à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius afin de faire apparaître des cristaux de glace (CG) en suspension dans une eau de mer concentrée (EM2) ;
    - une centrifugeuse réfrigérée (120), maintenue à une température comprise entre -2 et 0 degré Celsius, ladite centrifugeuse (120) recevant l’eau de mer concentrée (EM2) et les cristaux de glace (CG) en suspension provenant du au moins un refroidisseur (110), afin de séparer les cristaux de glace (CG) de l’eau de mer concentrée (EM2).
  6. Dispositif de dessalement de l’eau de mer (100) selon la revendication précédente, dans lequel le au moins un refroidisseur comporte un premier refroidisseur (150) refroidissant l’eau de mer entrante (EM1) jusqu’à une température de 5 degrés Celsius et un deuxième refroidisseur (110) consistant en un générateur de cristaux de glace refroidissant l’eau de mer sortant du premier refroidisseur (150) jusqu’à une température de -2 degrés Celsius.
  7. Dispositif de dessalement de l’eau de mer (100) selon la revendication précédente, pour lequel le premier refroidisseur (150) est un échangeur thermique donnant l’énergie aux cristaux de glace (CG) et à l’eau de mer concentrée (EM2) sortant de la centrifugeuse (120) pour refroidir l’eau de mer entrante (EM1).
  8. Dispositif de dessalement de l’eau de mer (100) selon l’une des revendications 6 ou 7, pour lequel le générateur de cristaux de glace (110) comporte un tube réfrigérant (111) et un racloir rotatif (112) qui racle les parois internes dudit tube (111) sur lesquelles se forme les cristaux de glace (CG).
  9. Dispositif de dessalement de l’eau de mer (100) selon l’une des revendications 5 à 8, comportant en outre un bac de rétention (160) permettant par décantation, après la génération des cristaux de glace (CG), d’éliminer une première partie de l’eau de mer concentrée (EM2) avant le passage de ladite eau de mer concentrée (EM2), comportant les cristaux de glace (CG), dans la centrifugeuse réfrigérée (120).
  10. Dispositif de dessalement de l’eau de mer (100) selon l’une des revendications 5 à 9, pour lequel la centrifugeuse réfrigérée (120) comporte une cuve (121) avec au moins un disque (122) mobile entrainé en rotation afin d’entrainer en rotation les cristaux de glace (CG) et l’eau de mer concentrée (EM2), le disque (122) étant relié à la cuve (121) par des paliers antifriction.
  11. Dispositif de dessalement de l’eau de mer (100) selon la revendication précédente, pour lequel le au moins disque (122) mobile comporte une pluralité de disques (122) coniques.
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