SEED - Systèmes Energétiques Efficaces et Décarbonés

Dessalement d'eau de mer par MED utilisant une source solaire à basse température – SOLMED

L'énergie solaire et les matériaux polymères pour le dessalement d'eau de mer

Combiner l'énergie solaire avec les matériaux polymères permet à la fois de préserver les ressources d'énergies fossiles et de réduire la consommation de produits chimiques contre la corrosion et l'encrassement. L'efficacité énergétique est au cœur du projet SOLMED.

Produire de l'eau douce à partir de l'eau de mer à impact environnemental minimum

Le projet SOLMED répond aux recommandations du NRC (USA) et du MEDRC (Oman) concernant le dessalement des eaux : réduire le coût de l'eau produite et développer des technologies à faible impact environnemental. La réduction des coûts passe par l'utilisation de matériaux polymères tout en préservant l'efficacité énergétique du procédé et le faible impact environnemental est la conséquence de l'utilisation des polymères combinés à une source d'énergie solaire. Le projet comprend un volet concernant le design des installations afin d'en réduire l'impact visuel. La gamme de capacité visée à terme est de quelques centaines de m3/j. Le procédé utilisé est basé sur la distillation multiple-effet (MED) à très faibles écarts de température à travers des parois minces, afin de maximiser l'efficacité du système. Les objectifs du projet sont de développer la partie dessalement MED en polymères avec des parois minces et de maitriser la stratégie d'exploitation d'un système complet comprenant un champ solaire, un stockage de chaleur et une unité de dessalement.

Le partenariat engagé dans le projet SOLMED comprend des spécialistes des systèmes thermiques et de leurs composants, des spécialistes des matériaux polymères, des concepteurs et ingénieries de systèmes solaires et de procédés. Une composante sociétale enrichit le projet par l'étude de son acceptabilité et le management de l'innovation générée. A l'issue du projet, un prototype aura fonctionné durant une année complète ; il servira à générer de nouvelles améliorations et aussi d'outil pédagogique et de vitrine pour la promotion de la technologie et l'approche de partenaires ultérieurs.

La modélisation de la partie dessalement et son couplage à une source solaire et/ou à une récupération de chaleur a été développée. Un travail sur le design a été réalisé au cours de la première année du projet dans le but de réduire l'impact visuel du système. Les résultats seront en partie intégrés dans la conception du prototype.
Plusieurs lots de gaines souples utilisées comme surface d’échange ont été réalisés avec différentes caractéristiques dimensionnelles. Des tests de vieillissement et de mouillage sur un banc dédié permettent de les caractériser ; un lot pour le prototype a été fabriqué. L’optimisation de la conception des pièces de fixation été menée, leur fabrication est en cours. La chaudronnerie plastique du prototype et les utilités nécessaires à son fonctionnement sont en fin de montage. L’installation de laboratoire permettant des mesures thermiques fines est en cours d’exploitation ; les mesures de coefficients d’échange thermique relevées dans différentes configurations confortent les hypothèses de dimensionnement du prototype.
En parallèle, un bilan matière et énergie sur la vie du procédé SOLMED a été mené pour être comparé aux solutions de références métalliques.

Si les résultats escomptés sont atteints, une opération de démonstration suivra le projet SOLMED. Les démarches de préparation ont été engagées

Communication à « Desalination, for the environment, clean water and energy », Cyprus, 11-15 May 2014
Article dans Desalination and Water Treatment, 2014 1-10
2 brevets déposés en 2014, 2 autres en instruction

L'objectif de SOLMED est de développer un système de dessalement de l'eau de mer basé sur la distillation à multiple-effet (MED) sur des tubes verticaux et alimenté par de l'énergie solaire ou des rejets thermiques à basse température. La technologie à développer répond aux principales recommandations du bureau américain des Sciences et Technologies de l'Eau (US NRC) et du Middle East Desalination Research Center: réduire les coûts d'investissement et d'exploitation et développer des technologies à faible impact environnemental. Dans ce but, la technologie développée est basée sur l'emploi de matériaux polymères, y compris pour la surface d'échange thermique, ce qui permet un moindre coût comparé aux surfaces métalliques tout en bénéficiant de l'excellente tenue à la corrosion des polymères. Les rejets polluants seront ainsi minimisés car le prétraitrement de l'eau sera très allégé, voir supprimé. Le développement de surfaces d'échange à paroi mince permet de garantir un très bon transfert de chaleur, aussi bon et sans doute meilleur que pour des surfaces métalliques. La distillation à température modérée, moins de 70°C, permet d'envisager l'utilisation d'une grande palette de polymères et de sources de chaleur. SOLMED utilisera une source solaire mais le couplage à des rejets thermique sera analysé.
Cette technologie, a déjà été validée au niveau du laboratoire et brevetée. L'objectif de SOLMED est d'apporter une preuve de concept à une échelle suffisamment significative pour pouvoir l'extrapoller ensuite à une plus grande échelle de capacité - quelques centaines de mètres cubes par jour - sans prendre de risque significatif. SOLMED conduira à un premier prototype avant le lancement de l'industrialisation d'une première machine de démonstration dans la continuité du projet.

Les challenges de SOLMED sont :
- Trouver les meilleurs schémas de couplage et stratégies d'exploitation de la source solaire combinée à la production d'eau douce, en incluant une option de stockage de la chaleur, à l'aide de modèles à établir,
- Sélectionner parmi des polymères existants ou des compounds le meilleur matériau pour notre application, le transformer en gaines minces dans des conditions industrielles et réaliser des jonctions fiables entre ces gaines et les plaques tubulaires des échangeurs,
- Concevoir et dimensionner un prototype complet à une échelle significative, sur la base de modèles mécaniques, thermiques et hydrauliques à développer, en maitrisant la circulation des fluides, en particulier des gaz incondensables,
- Réaliser une telle installation de dessalement couplée à un champ solaire et la faire fonctionner,
- Démontrer que le procédé de dessalement atteint ses objectifs par rapport à son coût et son faible impact environemental et qu'il apporte à l'opinion publique une perception acceptée de cette activité industrielle.
- Maitrise de l'innovation industrielle de la part des partenaires, dans le but de l'utiliser avec une vocation commerciale au sein d'une structure à créer ou de cession de licences.

Coordinateur du projet

Monsieur Philippe BANDELIER (Commissariat à l'énergie atomique - Institut Liten) – philippe.bandelier@cea.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CEA-Liten Commissariat à l'énergie atomique - Institut Liten
EPTEAU Epteau
SAED Sophia Antipolis Energie Dévelopement
LRGP - ENSIC Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
CCIG/GEM Grenoble Ecole de Management
CRITT-MAT CRITT Matériaux Alsace

Aide de l'ANR 1 060 384 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2011 - 36 Mois

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