Dessalement éolien des eaux souterraines saumâtres : Évaluation du concept et étude de cas.

Nacer, Douae (2023). Dessalement éolien des eaux souterraines saumâtres : Évaluation du concept et étude de cas. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 80 p.

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Résumé

Les eaux douces représentent environ 2,5% de toute l'eau terrestre, le reste est de l’eau de mer salée. Et cette quantité limitée d’eau douce se présente principalement sous forme de glace et de couverture neigeuse permanente (68,7 %), tandis que 29,9 % sont des eaux souterraines potentiellement douces. Ainsi, à peine 0,26 % de l’eau douce de la planète est facilement accessible mais inégalement réparti. Selon l'UNICEF, plus de deux milliards de personnes souffrent d'un approvisionnement en eau insuffisant. La plupart d’entre eux vivent dans des zones reculées des pays en développement et dépendent des eaux souterraines comme principale source d’eau douce. À mesure que la salinité de ces eaux augmente pour diverses raisons, naturelles et/ou anthropique, il devient urgent d’en améliorer sa qualité. Pour remédier à cette situation préoccupante, ce projet visait à étudier la faisabilité du dessalement des eaux souterraines saumâtres par électrodialyse éolienne dans le contexte d'une application à petite échelle. Il s'agit de fournir une preuve de concept convaincante pour préconiser l'application de l'électrodialyse éolienne dans les régions isolées confrontées à une pénurie d'eau. Sur le plan expérimental, différentes intensités et débits ont été testés et évalués lors du processus de dessalement en laboratoire afin d'identifier les conditions optimales d'électrodialyse et d'améliorer le temps de traitement. Dans le cadre des paramètres analysés, principalement les concentrations en chlorures et sulfates, le système de dessalement, opéré à un débit de 5 litres par heure à une intensité du courant de 2,4A (quantité d'électricité 0.64 Ah/L), a produit une eau de qualité conforme à la réglementation sur l'eau potable, notamment une concentration en chlorure de 200 mg/L et en sulfate de 150 mg/L. Pour alimenter le système de dessalement, le potentiel énergétique de la zone d’étude a été estimé en collectant et en analysant des données quotidiennes de la vitesse du vent sur une période de 17 ans. Les données de de vitesse du vent ont été ajustées avec une distribution de Weibull à deux paramètres en utilisant une méthode du maximum de vraisemblance. Le modèle a montré de bonnes performances avec un coefficient de détermination de 90 %. Le parc éolien a ensuite été dimensionné en fonction de l'énergie requise par le système d'électrodialyse et en fonction d'une estimation de la puissance éolienne annuelle moyenne produite. Il en ressort que 2 éoliennes sont suffisantes pour alimenter le système de dessalement pour fournir de l'eau potable à la population de la zone d'étude en 2023. L'efficacité et la consommation d'énergie atteintes en couplant l'énergie éolienne et l'électrodialyse ont fourni une preuve de concept qui encourage l'adoption de cette approche dans les régions éloignées confrontées à une problématique d’approvisionnement en eau potable.

About 2.5% of the Earth's water is freshwater, the rest is salty seawater. And this limited amount of freshwater is mostly in the form of ice and permanent snow cover (68.7%), while 29.9% is potentially fresh groundwater. As a result, only 0.26% of the planet's total freshwater supply is readily accessible but unevenly distributed. According to UNICEF, more than two billion people suffer from inadequate water supplies. Most of them live in remote areas of developing countries and rely on groundwater as their main source of freshwater. As the salinity of this water increases for a variety of reasons, both natural and anthropogenic, there is an urgent need to improve its quality. To remedy this alarming situation, the aim of this project was to investigate the feasibility of desalinating brackish groundwater using wind-powered electrodialysis in a small-scale application. The project seeks to provide a convincing proof of concept for the application of wind-powered electrodialysis in remote regions facing water scarcity. In this context, during the laboratory desalination process, different intensities and flow rates were evaluated to identify the optimal electrodialysis conditions and improve the treatment time. Within the analyzed parameters, mainly chloride and sulfate concentration, the desalination system produced water quality in compliance with drinking water regulations, with most notably a chloride concentration of 200 mg/L and sulphate concentration of 150 mg/L, with a desalination capacity of 5 liters per hour at a current intensity of 2.4 A (quantity of electricity 0.64 Ah/L). To power the desalination system, the energy potential of the study area was estimated by collecting and analyzing daily wind speed data over a 17- year period. The median daily wind speed data were fitted with a two-parameter Weibull distribution using maximum likelihood; the model performed well, with a coefficient of determination of 90%. The wind farm was then sized based on the energy required by the electrodialysis system and an estimate of the average annual wind power. It was found that 2 wind turbines would be sufficient to power the desalination system to supply the population of the study area with potable water in 2023. The efficiency and energy consumption achieved by coupling wind power and electrodialysis has provided a proof of concept that encourages the adoption of this approach in remote, water-scarce areas around the world and paves the way for similar projects.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Ouarda, Taha B. M. J.
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Drogui, Patricket El Haji, Kamal
Mots-clés libres:	Dessalement éolien; désalinisation; eaux souterraines; électrodialyse éolienne
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	26 avr. 2024 18:16
Dernière modification:	26 avr. 2024 18:16
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15614

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