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Pression naturelle : comment la gravité nous aide à économiser l'énergie

Puits d'eau

Robert Bergstrom

PDG, OceanWell

Vétéran de 25 ans dans l'industrie de l'eau, qui a fondé Seven Seas Water, ("NYSE:Waas") une entreprise de dessalement de 500 personnes, d'une valeur de 500 millions de dollars, récemment vendue par Morgan Stanley à EQT. Il a pris une retraite anticipée. La crise de l'eau et le nouveau concept d'OI en eaux profondes comme solution l'ont incité à fonder OceanWell.

Osmose inverse sous-marine : pourquoi se donner la peine d'opérer en profondeur ?

On nous demande souvent pourquoi nous nous donnons la peine d'installer nos pods en haute mer. Il est clair qu'il y a de la pression libre, beaucoup de pression, mais pour faire passer l'eau de mer à travers une membrane, il faut quand même créer un gradient de pression. Nous devons également envoyer l'eau sur une distance verticale de 400 mètres pour la ramener sur le rivage. Une fois cette étape franchie, économise-t-on autant d'énergie ? La réponse est oui.

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Pression hydrostatique : des montagnes d'eau au-dessus de nous

Pour comprendre la physique, il faut revenir sur un principe simple mais puissant : la pression hydrostatique augmente avec la profondeur. Pour chaque tranche de 10 mètres sous la surface de l'océan, la pression augmente d'environ 1 atmosphère (14,7 psi). L'addition est rapide : à 400 mètres, la pression est déjà de 40 atm ; à 500 mètres, elle est d'environ 50 atm. À titre de comparaison, la pression osmotique de l'eau de mer, c'est-à-dire la pression minimale requise pour contrecarrer l'écoulement naturel de l'eau à travers une membrane semi-perméable, est d'environ 27 atm. En d'autres termes, à quelques centaines de mètres de profondeur, l'océan dépasse déjà la pression nécessaire à l'osmose inverse.

Cela signifie que si vous placez un module d'osmose inverse à 500 mètres de profondeur, la "montagne d'eau" de la nature qui se trouve au-dessus de lui applique déjà la force nécessaire

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Création d'un gradient de pression

L'osmose inverse (OI) se produit lorsqu'une pression externe supérieure à la pression osmotique est appliquée à de l'eau salée, forçant les molécules d'eau pure à traverser la membrane et laissant derrière elles les sels et autres contaminants.

La raison principale de l'économie d'énergie par rapport à l'osmose inverse à terre est que pour la même quantité d'eau douce nous dépressurisons une molécule au lieu d'en pressuriser deux. Pour ce faire, des pompes sous-marines sont utilisées pour créer un gradient de pression à travers la membrane, sans quoi la pression hydrostatique naturelle resterait statique et l'osmose inverse ne se produirait pas.

À titre de comparaison, une installation terrestre doit utiliser des pompes géantes à haute pression pour surmonter la pression osmotique. En revanche, nos nacelles s'appuient sur l'océan pour fournir toute cette pression initiale, les pompes sous-marines agissant davantage comme des dispositifs d'acheminement doux que comme des moteurs gourmands en énergie. Ce changement réduit considérablement l'empreinte énergétique du processus d'osmose inverse : si nous pressurisons la moitié de l'eau, nous utilisons la moitié de l'énergie. En procédant de cette manière, nous pouvons également :

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a) Filtrer en toute sécurité les micro-organismes avant toute exposition au gradient de pression. Ce principe est à la base de la conception de notre système d'aspiration ^LifeSafeTM.

b) Éviter de créer une forte concentration de saumure

c) Terminer le processus d'osmose inverse sans utiliser de produits chimiques

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Nous reviendrons plus tard sur ces points.

Transformer la physique en technologie

L'eau douce produite à l'intérieur de la nacelle est acheminée vers la terre par un pipeline sous-marin. Au lieu de nécessiter de grosses pompes pour pressuriser l'eau salée, le système n'a besoin que de petites pompes pour acheminer l'eau jusqu'au rivage, ce qui rend le processus beaucoup plus efficace.

Les avantages sont frappants :

Des économies d'énergie d'environ 40 % par rapport aux usines d'osmose inverse terrestres. Ceci après avoir pris en compte les commodités de retour à terre et les pertes par frottement dans le pipeline.

Réduction de l'empreinte côtière, puisque les unités de dessalement sont installées au large des côtes et ne transforment pas les plages en sites industriels.

Un impact environnemental moindre, car la saumure (le sous-produit concentré de l'eau salée) peut être renvoyée au milieu de la colonne d'eau, où le processus de dispersion naturelle égalise de manière fiable la salinité, au lieu d'être déversée près des côtes fragiles.

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Un partenariat naturel

L'exploitation de la pression propre à l'océan est un exemple élégant de travail avec, plutôt que contre, les forces naturelles. En tirant parti de la physique, nous pouvons obtenir de l'eau potable en abondance tout en minimisant la demande d'énergie et les dommages écologiques.

Bien sûr, il reste des défis à relever : maintenir l'équipement dans des environnements marins difficiles, s'assurer que les membranes résistent à l'encrassement et surveiller attentivement les écosystèmes. Mais le principe de base a fait ses preuves. Grâce à une conception réfléchie, cette pression peut contribuer à garantir l'approvisionnement futur de l'humanité en eau douce, tout en protégeant les éléments constitutifs de la chaîne alimentaire de la planète.

À bien des égards, cette approche redéfinit le dessalement, non pas comme une bataille contre la nature, mais comme une collaboration avec elle. Chaque pas en avant nous rapproche d'un modèle où la sécurité de l'eau et la santé des océans se renforcent l'une l'autre au lieu de se concurrencer. Si elle est mise en œuvre avec soin, l'osmose inverse en eaux profondes pourrait servir de modèle pour la coexistence équilibrée de la technologie et des écosystèmes, en offrant une résilience aux communautés confrontées aux contraintes croissantes du changement climatique tout en préservant la santé des océans.

Citations