fromstreamtostream

D’un flux à l’autre

La Journée mondiale de l’Eau se déroule le 22 mars de chaque année. Cette journée commémorative, instaurée en 1993 par les Nations Unies, a pour but de rappeler l’importance de l’eau pour l’humanité. Ce jour là il est demandé à tous les pays de prendre des mesures spécifiques sur le thème de l’eau. En 2014, le thème de la Journée mondiale de l’Eau est « Eau et énergie ». Il s’agit là d’un thème important rarement abordé dans le débat public et qui souligne le lien entre une eau propre et les besoins croissants en énergie sur toute la planète. L’industrie chimique apporte une contribution considérable à ces deux secteurs.

Une Journée mondiale de l’eau consacrée au thème « Eau et énergie »

L’accès à une eau salubre, nécessité fondamentale pour pouvoir vivre dignement, n’est pourtant pas assuré dans de nombreuses régions du monde. Près d’un milliard de personnes, notamment en Asie et en Afrique, n’ont pas accès à une eau potable propre. D’après les experts, les besoins en eau vont continuer d’augmenter  à l’avenir et selon les estimations, une augmentation de la population de la planète d’environ 80 millions de personnes par an, signifie une augmentation de 64 millions de mètres cubes par an de la demande en eau.

La situation est similaire en ce qui concerne l’approvisionnement en énergie : 1,5 milliard de personnes n’ont pas accès à l’électricité. Le lien entre l’eau et l’énergie est clair. L’eau joue un rôle significatif dans l’extraction des ressources énergétiques ainsi que dans la production d’énergie, notamment d’énergie hydroélectrique, nucléaire et géothermique. Elle est également un moteur majeur pour la production d’électricité et de chaleur, que ce soit pour mouvoir les pales des grosses turbines ou encore pour assurer le refroidissement, par exemple. L’énergie quant à elle est importante pour le traitement et la distribution de l’eau ou encore pour l’irrigation dans les campagnes.

 Pas de flux sans eau

L’industrie est grosse consommatrice d’eau, qu’il s’agisse de la production d’énergie à partir de combustibles fossiles ou de la production d’énergie nucléaire, de l’industrie chimique,  de la fabrication du papier ou du secteur de l’électronique. Même dans l’industrie minière, l’industrie alimentaire, la production d’acier ou l’industrie automobile, il n’est pas de flux sans eau. Plus de 20 pour cent de l’eau puisée dans le monde est utilisée comme eau industrielle et comme eau de process dans l’industrie, qu’il s’agisse d’eaux de surface, puisées dans les cours d’eau et les lacs ou d’eaux pompées dans les nappes phréatiques. Dans les régions très développées comme l’Europe, ce chiffre atteint même jusqu’à 60 pour cent, alors que la proportion d’eau utilisée par l’industrie dans les pays en développement ne représente que huit pour cent environ.

En Allemagne, ce sont même 84 pour cent de l’eau extraite qui vont au secteur industriel. Les trois quarts de cette eau sont utilisés dans les centrales thermiques, essentiellement pour assurer le refroidissement. Pour satisfaire la seule demande en électricité de l’Allemagne, il faut environ 630 litres d’eau de refroidissement par personne et par jour, eau qui est toutefois pour la plus grande partie utilisée en cycles fermés et périodiquement recyclée.

 Eau de refroidissement

III_1_WeltwassertagPour que l’eau puisse être utilisée comme eau de refroidissement, comme eau de service ou presque pure et entièrement déminéralisée dans une centrale, des processus de préparation chimiques et mécaniques complexes sont nécessaires. Pour cela, l’eau d’alimentation est essentiellement adoucie et déminéralisée à l’aide de résines échangeuses d’ions. Cette étape est nécessaire pour éviter que les sels et les alcaloïdes contenus dans l’eau ne s’accumulent sous forme de calcaire sur les surfaces de chauffe, du fait des températures élevées de la centrale, créant une couche isolante qui empêcherait le transfert de chaleur. Une telle accumulation peut provoquer des fissures de stress thermique voire l’explosion de chaudières et, côté vapeur, il y a par exemple un risque de corrosion, d’abrasion et de déséquilibre  dans les turbines. L’eau traitée est ensuite injectée dans le circuit de condensation de la centrale où elle est vaporisée, utilisée pour la génération d’électricité et condensée à nouveau.

Dans certains cas, le traitement de l’eau requiert une deuxième étape en aval – l’osmose inverse – notamment si l’eau a une teneur élevée en substances organiques. Ces substances endommageraient également les turbines et d’autres composantes du circuit eau-vapeur.

 Une filtration robuste

IV_1_Weltwassertag

Le cas de la centrale thermique de Chemnitz, en Allemagne

Dans le cas de la centrale thermique de Chemnitz, en Allemagne, par exemple, centrale exploitée par le fournisseur d’énergie eins energie in Sachsen GmbH & Co KG, les éléments de filtres à membrane de LANXESS atténuent considérablement les fluctuations de la qualité de l’eau et éliminent tout particulièrement les substances organiques par filtration. A l’étape d’osmose inverse, les 60 éléments de filtration de la marque Lewabrane purifient de 50 à 60 mètres cubes par heure d’eau de rivière préalablement filtrée, à destination du processus de génération de vapeur.

La centrale prélève l’eau nécessaire aux processus de refroidissement et de génération de vapeur dans deux rivières, la Chemnitz et la Zschopau. Selon l’objectif recherché – eau de refroidissement, eau de service ou eau déminéralisée quasiment pure pour la génération de vapeur – des étapes de préparation chimiques et mécaniques sont nécessaires. Malgré l’adoucissement et la déminéralisation à l’aide d’échangeurs d’ions, l’eau contient encore une forte proportion de substances organiques susceptibles d’engendrer une conductivité thermique excessive et donc d’endommager les turbines et les autres composants du circuit eau-vapeur. Environ 90 pour cent du volume d’eau entrant est utilisé pour les processus ultérieurs comme eau d’alimentation supplémentaire.

IV_2_WeltwassertagL’objectif prédéfini par l’exploitant de la centrale,  soit une réduction de 90 pour cent des impuretés organiques contenues dans l’eau des rivières, est atteint grâce à cette technologie membranaire. Et l’osmose inverse peut faire bien plus encore, elle permet notamment de déminéraliser de l’eau saumâtre ou de l’eau salée pour en tirer de l’eau potable.

Les technologies de l’échange d’ions et de l’osmose inverse se complètent et sont donc souvent utilisés ensemble pour obtenir le meilleur résultat possible.

 Une consommation d’eau réduite par l’optimisation des process

Grâce à de nombreux changements dans les procédés de production industriels et à une optimisation constante du traitement de l’eau, la consommation d’eau a pu être constamment réduite au cours des années en la réutilisant plusieurs fois. Les produits proposés par l’industrie chimique ont également apporté une contribution décisive à cette amélioration.

Par exemple, si au milieu des années 50 l’eau était réutilisée 2,4 fois pour la fabrication du papier, ce chiffre serait désormais de 12 cycles d’utilisation. A l’heure actuelle, dans l’industrie chimique l’eau est recyclée en moyenne 28 fois avant d’être envoyée dans la station d’épuration en aval et de nouveau purifiée pour pouvoir être réinjectée dans le circuit d’eau.

L’évolution vise plus loin encore. En effet, la chimie est un lien entre l’eau en tant que matière première et la génération d’énergie à deux égards. Le quatrième plus gros secteur industriel d’Allemagne ne fournit pas seulement des approches novatrices permettant une utilisation efficace de l’eau en tant que matière première mais également des solutions tirées de la production d’énergie qui permettent d’économiser les ressources et sont durables. Ce rôle va continuer à prendre de plus en plus d’importance à l’avenir.