EAU Dessalement de l'eau de mer
L'électrodialyse à membranes sélectives
Cellule d'électrodialyse
Encyclopædia Universalis France
Le procédé utilise la mobilité des ions d'un électrolyte soumis à un champ électrique. Les anions sont transférés vers l'anode, les cations vers la cathode ; le transfert des charges électriques est effectué par les ions qui se déchargent sur les électrodes. Le dessalement proprement dit est assuré par la mise en place de membranes de deux sortes jouant le rôle de « clapets ioniques », les membranes anioniques, perméables aux anions, et les membranes cationiques, perméables aux cations. Une disposition alternée des deux qualités de membranes permet de former des compartiments de dessalement où la teneur ionique s'appauvrit et des compartiments de concentration recueillant les sels extraits (fig. 7). Les compartiments des extrémités forment un autre espace où se produisent les réactions secondaires propres à l'électrolyse. Pour chaque faraday (96 490 coulombs) traversant l'appareil, il est séparé N/2 équivalent-gramme de sel, N étant le nombre total de compartiments autres que ceux qui contiennent les électrodes.
On sait fabriquer des membranes de deux types :
– les membranes homogènes, qui sont des matériaux possédant la propriété d'échangeur d'ions mis sous forme de feuilles souvent renforcées par une armature interne ;
– les membranes hétérogènes, où les fonctions feuille et échange d'ions sont séparées.
Les premières sont préparées soit par fusion et moulage d'échangeur d'ions, soit par activation de feuilles plastiques inertes préformées. Les secondes sont fabriquées par incorporation de résines échangeuses d'ions moulues très finement au sein de feuilles inertes.
Ces membranes doivent être résistantes mécaniquement, imperméables à l'eau, chimiquement inattaquables, ne présenter qu'une faible résistance ohmique, posséder une haute sélectivité (rôle de clapet ionique).
Au voisinage immédiat des membranes, il se produit un déficit ionique d'un côté et un excès ionique de l'autre. Du côté du déficit, il se crée ainsi une couche pratiquement désionisée, c'est-à-dire très résistante du point de vue électrique. Si l'on augmente progressivement la densité du courant (mA/cm2 de membrane), on constate l'existence d'une valeur critique à partir de laquelle la polarisation devient sensible. Pour lutter contre cette polarisation, on cherche à détruire la couche désionisée par une turbulence créée par des séparateurs de forme appropriée, disposés entre les membranes, et par une vitesse minimale d'écoulement.
Comme les pertes de charge sont fonction croissante des vitesses et fonction inverse de l'épaisseur du compartiment, et que le pouvoir global de dessalement est proportionnel à l'intensité du courant, il existe une opposition entre la recherche du pouvoir d'extraction le plus élevé et la réduction des pertes auxiliaires. De même, il existe une opposition entre les investissements, qui sont fonction inverse de la densité du courant, et les pertes ohmiques, fonction directe du carré de la densité du courant et du degré de dessalement obtenu (la résistivité des compartiments de dessalement croissant à mesure de l'abaissement de la salure).
L'électrodialyse est par conséquent un procédé particulièrement bien adapté au dessalement partiel d'eaux saumâtres de salure initiale moyenne. Pour une eau donnée, il existe en outre un compromis technique entre l'investissement (surface de membranes) et la dépense d'énergie (densité du courant).
Les appareils qui ont atteint le stade du développement industriel et dont le degré de fiabilité est élevé sont constitués d'un ou de plusieurs empilements de membranes, alternativement anioniques et cationiques, entre lesquels existe un intervalle très faible (quelques millimètres) matérialisé[...]
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Écrit par
- Cyrille GOMELLA : ingénieur-conseil, président d'honneur de la Société d'études des techniques de l'urbanisme et de l'environnement
- Bernard LEGUBE : docteur ès sciences, professeur des Universités, directeur du laboratoire de chimie de l'eau et de l'environnement (U.M.R. 6008, C.N.R.S.), École supérieure d'ingénieurs de Poitiers (université de Poitiers)
Classification
Médias
Eau de mer : composition
Encyclopædia Universalis France
Mers fermées : salinité
Encyclopædia Universalis France
Eaux de nappes salées : composition chimique
Encyclopædia Universalis France
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