Le manque d’eau dans le monde est crucial. La terre est pourtant constituée de 97% d’eau: avec une si grande réserve d’eau non utilisée, n’est ce pas  tout simplement illogique? Les mers et les océans ne demandent qu’à nous être utiles. Cependant, utiliser l’eau de mer nécessite un dessalement et c’est un enjeu important pour l’avenir des régions arides. Mais le dessalement coûte cher énergétiquement et de ce fait l’utilisation de l’eau de mer est encore limitée. Le coût du traitement de l’eau de mer est plus important que celui du traitement des eaux fluviales et souterraines. Mais malgré cela, les usines de dessalement se sont multipliées et de nombreux projets sont actuellement en cours d’exécution.

La moitié des usines de dessalement est située au Moyen-Orient

Selon les chiffres de l’Association internationale de désalinisation (IDA) et du Global Water Intelligence, on recensait dans le monde près de 16000 usines de dessalement en 2011, soit 5% de plus qu’en 2010. La capacité de production d’eau dessalée sur la planète devrait doubler d’ici 2015. Mais, aujourd’hui la production d’eau douce produite dans le monde n’est que de 66,5 millions de mètres cubes par jour, soit 8,8% de plus qu’en 2010. Elle est faite à partir d’eau de mer ou saumâtre. Cette production d’eau douce ne correspond qu’à seulement 0,5 % de la consommation mondiale.

La moitié des usines est essentiellement située au Moyen-Orient. Ils ont été les premiers pays à exploiter cette ressource, l’énergie pétrolière étant peu chère, elle a permis de fabriquer de l’eau douce à moindre coût. D’après l’Agence pour l’Environnement des Emirats Arabes Unis, l’usine de Jebel Ali, la plus grande au monde, présente une capacité de 900.000 m3 par jour. Ainsi, la création d’eau douce dans les Emirats Arabes Unis en font les plus grands consommateurs d’eau par personne dans le monde. Ainsi la ville d’Abou Dhabi consomme près de 550 litres d’eau par personne et par jour, selon une déclaration de l’Agence, alors que la moyenne mondiale est estimée de 180 à 200 litres d’eau par jour et par personne.

Cependant les Emirats Arabes Unis dépendent des nappes phréatiques et des usines de dessalement, or d’après l’Agence pour l’Environnement d’Abu Dhabi, leurs réserves d’eau douce pourraient diminuer dans les cinq prochaines années. Effectivement, les marées noires et certaines espèces invasives d’algues présentent des risques pour les activités des usines de dessalement. «Des guerres peuvent naître à cause de l’eau» a indiqué Mohammed Khalfan al-Rumaithi, directeur général de l’Autorité Nationale pour la Gestion des Crises et des Urgences. Il ajoute qu’«utiliser les nappes phréatiques pour l’agriculture est risqué. Si cela ne nous affecte pas, cela affectera d’autres générations», commentant ainsi les projets permettant de sécuriser les réserves en eau et en nourriture de la région.

Les techniques de dessalement des eaux

Les techniques les plus courantes de dessalement sont la distillation thermique, la technologie des membranes, l’électrodialyse inverse et l’osmose inverse. La distillation thermique permet de transformer l’eau salée en vapeur et la condensation de la vapeur permet d’obtenir de l’eau douce. Dans le système du procédé d’électrodialyse inverse, les sels sont séparés de l’eau sous l’action d’une charge électrique. La technique de dessalement par l’osmose inverse, est l’une des méthodes les plus couramment employées aujourd’hui, notamment du fait de sa plus faible consommation énergétique. Une pression intense est émise sur l’eau présente dans le système qui, à son tour est forcée à travers une membrane semi-perméable qui retiendra la plupart des sels.

L’énergie, un problème majeur au niveau du coût

Les scientifiques de l’Institut Jacob Blaustein pour la recherche sur le désert du Néguev quant à l’optimisation de l’eau à usage agricole, ont ainsi développé un système autonome qui utilise l’énergie solaire pour purifier l’eau. Cette énergie solaire fait fonctionner les pompes d’une usine de dessalement. L’eau produite alimente des cultures potagères dans le désert du Néguev.

Cette nouveauté énergétique est maintenant opérationnelle sur un site d’essai de 1km2 dans le désert de l’Arava en Israël, au sud de la Mer morte. Les agriculteurs de cette région désertique ne disposent que d’eau saumâtre souterraine puisée dans les bassins aquifères et nécessitant donc de nouvelles technologies de dessalement de cette eau. Israël est maître dans la fourniture d’usines de dessalement et son savoir-faire pour éliminer le sel de l’eau est incontestable. Cependant, ces infrastructures sont très coûteuses et pour rendre ces nouvelles technologies de dessalement abordables pour tous il reste encore beaucoup à faire.

Actuellement, les technologies filtrantes par l’osmose inverse suppriment tous les minéraux de l’eau. Ainsi, un nouveau système  utilise de nouvelles membranes de nano filtration qui produisent de grande quantité d’eau d’irrigation de bonne qualité et permettent aux utilisateurs de décider quels minéraux ils doivent conserver dans l’eau et lesquels supprimer. Le Dr Rami Messalem, un des chercheurs du projet, explique que «l’osmose inverse est basée sur les membranes. La nouvelle technologie utilise des nanofiltres, elle permet d’utiliser une version lâche de l’osmose inverse, et par conséquent nous utilisons donc beaucoup moins d’énergie dans ce processus». Le Docteur Messalem travaille à l’institut de recherche de dessalement membranaire en Israël depuis les années 1960.

La nano filtration une technologie prometteuse

Jusqu’à présent, les usines de dessalement ont utilisé une énorme quantité d’électricité pour fonctionner. Les projets ambitieux mis en place, tels que celui des panneaux solaires photovoltaïques, ont eu aussi un coût trop élevé pour une utilisation courante.

Mais les chercheurs assurent que l’utilisation de la nano filtration sera très prometteuse, ils ont ainsi observé qu’avec l’eau dessalée, les récoltes progressent à moindre coût, l’eau traitée n’affecte pas la croissance et le rendement des végétaux. Ils ont vu également qu’elle permet aux agriculteurs de diminuer les quantités d’eau et d’engrais de 25 %. Le Docteur Messalem conclut dans un communiqué: «L’avancée du projet était de rendre le système économique, et nous l’avons fait intelligemment, à l’aide de la nano filtration. Il faut moins d’énergie, et nous pouvons aussi utiliser l’énergie solaire. Notre système est compatible avec l’électricité, mais repose sur l’idée qu’il peut être utilisé dans les pays en voie de développement, dans les endroits où les ressources en électricité ne sont pas stables».

Des membranes en graphène pour filtre

Parallèlement des chercheurs de l’Université de Technologie du Massachussetts, ont  découvert une méthode de désalinisation de l’eau de mer. Il s’agit d’une membrane de graphène qui peut rendre l’eau de mer potable. Cette découverte vient d’être publiée début juillet, dans la revue «Nano Letters», déclarant que les membranes fabriquées avec du graphène seraient plus efficaces et moins coûteuses en énergie que les membranes employées actuellement. Le graphène étant un cristal bidimensionnel, les électrons se déplacent sur ce matériau à une vitesse de 1.000 km·s-1, soit 30 fois la vitesse des électrons dans le silicium. Il est constitué de carbone dont l’empilement constitue le graphite. Cette découverte est récente, puisque André Geim et Konstantin Novoselov du département de physique de l’université de Manchester, ont reçu en duo pour cette découverte, le prix Nobel de physique en 2010.

Le graphène est immensément fin, son épaisseur est égale à celle d’un atome de carbone, il représente ainsi un atout pour le dessalement de l’eau. De plus, il est l’un des matériaux nouvellement connus des plus résistants. C’est la première fois que des scientifiques ont exploré le rôle potentiel du graphène nano poreux qui serait utilisé comme un filtre pour le dessalement de l’eau.

David Cohen-Tanugi, l’un des membres de l’équipe qui a réalisé les travaux, explique que selon les simulations, le graphène pourrait permettre à l’eau de traverser la membrane avec une perméabilité supérieure à 100 fois celle des membranes existantes, tout en rejetant le sel. Les recherches ont été réalisées sous la direction du professeur Jeffrey Grossman.

Cependant, malgré les grandes qualités que peuvent présenter ces membranes de graphène, deux problèmes subsistent quant à leur réalisation concrète. Il faudrait réussir à produire du graphène en grande quantité et de manière peu coûteuse. Puis, il serait essentiel de fabriquer des feuillets de graphène avec des pores aussi petits. Malgré ces inconvénients, l’équipe de recherche reste optimiste. Les chercheurs sont encouragés par les résultats existants et sont impatients de voir le rôle que le graphène pourrait jouer dans l’avenir des ressources mondiales en eau.