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Environ 40 % de l'approvisionnement en eau des États-Unis provient d'aquifères souterrains, mais une grande partie de cette eau est trop salée pour de nombreux usages humains. En traitant suffisamment les eaux souterraines saumâtres pour en séparer les sels et autres contaminants, les États-Unis pourraient accroître considérablement leur approvisionnement en eau douce. Une nouvelle technologie, mise au point par la société californienne Active Membranes et financée par l'Alliance nationale pour l'innovation dans le domaine de l'eau, dirigée par le laboratoire de Berkeley, dote les membranes utilisées dans le processus de dessalement par osmose inverse d'une conductivité électrique. Cela améliore la capacité de la membrane à séparer les sels et autres contaminants des eaux difficiles à traiter, telles que les eaux souterraines saumâtres et les eaux usées qui remontent à la surface lors de l'extraction du pétrole et du gaz. |
Environ 40 % de l’approvisionnement en eau des États-Unis provient des réserves d’eau souterraines, mais il existe beaucoup plus d’eau souterraine saumâtre, dont une grande partie est toutefois trop salée en raison de sa teneur en calcium et en magnésium pour être utilisée à des fins pratiques. En fait, selon les estimations de l’U.S. Geological Survey, la quantité d’eau souterraine saumâtre aux États-Unis est plus de 800 fois supérieure à la quantité d’eau souterraine douce pompée chaque année à partir de toutes les autres sources. En traitant suffisamment les eaux souterraines saumâtres pour séparer les sels et autres contaminants, les États-Unis pourraient considérablement augmenter leur approvisionnement en eau disponible.
Une nouvelle technologie dote les membranes utilisées dans le processus de dessalement par osmose inverse d’une conductivité électrique, améliorant ainsi leur capacité à séparer les sels et autres contaminants des eaux difficiles à traiter. Active Membranes, une entreprise basée en Californie, a obtenu la licence de cette technologie développée par l’université de Californie à Riverside et l’université de Californie à Los Angeles afin de poursuivre son développement et de la commercialiser. Son équipe a reçu un financement pour ces travaux de la part de la National Alliance for Water Innovation (NAWI), un partenariat public-privé dirigé par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du département américain de l’Énergie. La NAWI se concentre sur le développement de technologies permettant l’utilisation de sources d’eau non conventionnelles dans des conditions réelles. Outre le soutien fédéral, la NAWI bénéficie du soutien de plusieurs agences californiennes chargées de l’eau, ce qui reflète le vif intérêt de la région pour la sécurisation de l’approvisionnement en eau.
Selon Peter Fiske, directeur exécutif de la NAWI, la nouvelle membrane active permet de traiter efficacement les eaux usées qui remontent à la surface lors de l’extraction du pétrole et du gaz. Cette « eau produite » est chargée de sels, de particules et d’hydrocarbures, qui contribuent tous à l’entartrage et à l’encrassement rapides des membranes conventionnelles.
« Dans un puits de pétrole normal, il y a beaucoup plus d’eau produite que de pétrole, et l’élimination de cette eau limite souvent la production de pétrole et de gaz. Le traitement et le dessalement de l’eau produite pourraient permettre à ces « eaux usées » de devenir une source d’irrigation pour l’agriculture », a déclaré M. Fiske.
Une méthode largement utilisée pour éliminer les sels dissous et autres contaminants de l’eau est l’osmose inverse (RO). La RO utilise des membranes ultrafines qui permettent à l’eau sous pression de passer à travers la membrane tout en bloquant le sel et les autres contaminants. Un problème courant lié à la purification de l’eau par membrane est l’accumulation de sels et de matières organiques sur la membrane, deux phénomènes appelés respectivement « entartrage » et « encrassement ». Pour éviter l’entartrage, les membranes RO doivent être fréquemment lavées à contre-courant et nettoyées, ce qui augmente les coûts et réduit la production d’eau.
Active Membranes a mis au point une nouvelle approche pour maintenir les membranes propres. En appliquant un revêtement ultra-fin et électriquement conducteur sur la membrane, puis en chargeant la surface avec une faible tension, les ions de sel et autres espèces chargées présentes dans l’eau sont repoussés de la surface de la membrane, ce qui réduit l’entartrage et l’encrassement. Lors d’un récent essai pilote mené dans le comté de Ventura, qui a comparé les membranes électriquement « actives » aux membranes conventionnelles, les membranes actives ont démontré une amélioration de 20 à 30 % de la production d’eau.
« Je pense que la prochaine grande étape à franchir pour amener le domaine du dessalement là où il doit être en termes d’empreinte écologique, de coût et de durabilité doit passer par l’examen du processus de séparation par membrane », a ajouté Arian Edalat, cofondateur et PDG d’Active Membranes. « Notre approche donne à la membrane le pouvoir de rester propre. »
NAWI est une équipe composée de partenaires universitaires et industriels, soutenue par des investissements du ministère de l’Énergie et l’expertise des laboratoires nationaux du DOE. NAWI bénéficie également d’un financement supplémentaire provenant de plusieurs agences californiennes chargées de la gestion de l’eau, notamment le California Department of Water Resources, le State Water Resources Control Board et la California Energy Commission. NAWI soutient un portefeuille de projets de recherche, tels que celui d’Active Membranes, qui visent à renforcer les technologies de dessalement.
L’objectif de NAWI est de faire progresser les technologies qui réduisent radicalement le coût et l’énergie nécessaires pour rendre les sources d’eau non traditionnelles aptes à être réutilisées dans des applications énergétiques ou comme sources d’eau potable. Au cours des cinq dernières années, NAWI a soutenu un solide portefeuille de recherche comprenant 67 projets de recherche et développement originaux et innovants, allant de l’analyse de l’intégration des réseaux eau-énergie au développement d’algorithmes, de modèles et de contrôles de processus adaptatifs pour des opérations résilientes. Le NAWI a également soutenu la mise en œuvre de 15 projets pilotes qui ont commencé à démontrer certaines de ces technologies innovantes dans des environnements réels.
« La mise à l’essai dans des environnements d’exploitation réalistes est une étape cruciale dans la validation d’une nouvelle technologie de traitement de l’eau. Les environnements de laboratoire et les simulations chimiques de l’eau ont leurs limites. À un certain moment, le test décisif est le suivant : ce système peut-il produire de l’eau propre à partir d’une source d’eau complexe dans un environnement réaliste », a conclu M. Fiske.
* L’initiative NAWI est dirigée par le Lawrence Berkeley National Laboratory du ministère de l’énergie, en collaboration avec le National Energy Technology Laboratory, le National Renewable Energy Laboratory, l’Oak Ridge National Laboratory et le SLAC National Accelerator Laboratory. Elle est financée par le ministère de l’énergie des États-Unis, avec le soutien du California Department of Water Resources et des State Water Resources Control Boards.
