Les procédés de dessalement de l’eau de mer ont progressé et se sont développés en raison de l’insuffisance de la disponibilité de l’eau dans certaines régions du monde, notamment le Moyen-Orient et de l’Afrique du Nord (Mena), qui, au cours des deux dernières décennies, a conservé sa prééminence dans le domaine du dessalement à l’échelle mondiale et a significativement augmenté sa capacité.
Selon Global Water Intelligence (GWI), la région Mena dispose d’une capacité installée de 44 millions de m³/j, soit près de 48,0 % de la production mondiale effective, estimée actuellement à 93 millions de m³/j en moyenne.
Selon les estimations récentes, cinq pays, à savoir l’Arabie saoudite, les Émirats arabes unis (EAU), le Qatar, le Koweït et l’Algérie, représentent plus de 72% de la production des pays de la région Mena, qui représente plus de 32% de la production mondiale.
En Méditerranée, le dessalement par procédé d’osmose inverse (RO) occupe une placestratégique, représentant actuellement près d’un quart de la capacité mondiale de dessalement, avec des prévisions allant de 30 à 40 millions de mètres cubes d’eau dessalée d’ici à 2030.
L’Algérie est devenue une nation majeure du dessalement dans la région Mena, en optant massivement pour la technologie d’osmose inverse pour la quasi-totalité de ses 18 grandes stations et de ses 12 stations monobloc (capacité < 10 000 m³/j).
L’Algérie vise à porter sa capacité de dessalement à 5,3 millions de mètres cubes par jour d’ici à 2030, soit plus de 55% de la production nationale journalière d’eau potable optimale estimée à 9,6 millions de mètres cubes par jour. Sept usines supplémentaires sont programmées dans les wilayas côtières, où les travaux de réalisation sont prévus : Tlemcen (Marsa Ben M’hidi), Chlef (El Marsa), Mostaganem (Sidi Ladjal) et TiziOuzou (TamdaOuguemoun). Deux autres sites seront identifiés dans les prochaines semaines. Dans ce contexte, les décisions prises aujourd’hui quant au choix des procédés et à l’architecture des systèmes de surveillance auront un impact sur les trois décennies à venir.
L’osmose inverse s’impose comme la technologie la plus économique et respectueuse de l’environnement
Le procédé RO est actuellement considéré comme la technologie de dessalement la plus avantageuse, notamment en raison de ses performances économiques et techniques par rapport aux procédés thermiques. Les principaux avantages de ce procédé se résument essentiellement à l’efficacité économique, mesurée par les coûts d’investissement (Capex) et d’exploitation (Opex), comparés à ceux des procédés thermiques (MED ou MSF), car il repose sur des équipements modulaires tels que des membranes et des pompes à haute pression, ce qui réduit les besoins en infrastructures lourdes. Le coût total de l’eau (TWC) est déterminé à toutes les échelles de production, l’osmose inverse s’avère être la technologie la plus économique, avec un coût au mètre cube souvent inférieur à celui de ses concurrents.
Dans le Bassin méditerranéen, elle est identifiée comme l’option la moins coûteuse, avec un coût moyen total de 0,83 $/m³.
Contrairement aux procédés thermiques MSF et MED qui nécessitent à la fois de la chaleur et de l’électricité, l’osmose inverse fonctionne exclusivement à l’électricité. Les usines de dessalement sont équipées de systèmes de récupération d’énergie (ERD), des turbines hydrauliques actives qui récupèrent environ 60-80% de la saumure rejetée. Ils sont idéals pour les petits et moyens projets avec débits variables.
Certains cas de projet, et pour des questions liées à la stabilité du débit et aux priorités en matière de maintenance et de fiabilité à long terme, on utilise les échangeurs de pression (PE), un dispositif isobare à chambre(s) qui transfère directement la pression de la saumure concentrée vers l’eau de mer brute à basse pression, avec une efficacité de 90-98 %. Bien que très coûteux à l’installation et encombrants, ils offrent une maintenance quasi nulle et une durée de vie bien plus longue. En termes d’émissions de gaz à effet de serre, l’osmose inverse est le procédé le plus respectueux de l’environnement, car il consomme moins d’énergie totale par mètre cube produit que le MSF ou le MED.
Les défis majeurs du RO liés aux conditions marines
Cependant, le dessalement par osmose inverse présente plusieurs inconvénients et
défis techniques majeurs à relever, malgré son efficacité économique. Le problème principal réside dans la sensibilité de la qualité de l’eau de mer, liée à sa vulnérabilité aux conditions marines : le procédé de dessalement membranaire est extrêmement sensible aux variations de la qualité de l’eau brute, notamment lors des tempêtes ou des fortes houles, qui augmentent la turbidité et les matières en suspension (MES).
À ce titre, les rapports du centre international Mercator Océan sont formels : la mer
Méditerranée se réchauffe 20% plus vite que la moyenne mondiale, ce qui entraîne une multiplication des tempêtes estivales. Ce phénomène provoque des vagues de chaleur marines quasi systématiques, parfois couvrant jusqu’à deux tiers du bassin, ainsi qu’une hausse du nombre et de l’intensité des tempêtes de houle.
En effet, les paramètres caractéristiques critiques pour la viabilité du dessalement par osmose inverse se limitent à une turbidité exprimée en unités NTU, au potentiel de colmatage, défini par l’index de densité de silt (SDI) et à la charge organique des eaux brutes mesurée par trois paramètres principaux : la demande chimique en oxygène (DCO), la demande biochimique en oxygène sur 5 jours (DBO5) et la quantité totale de matière organique exprimée en carbone (COT).
Ce dernier paramètre est le plus pertinent, car il mesure directement la charge organique susceptible d’encrasser les membranes, surtout lorsqu’il est associé à une turbidité des eaux brutes comprise entre 23,0 et 99,7 NTU, dépassant la capacité de prétraitement dimensionnée, ce qui entraîne l’arrêt du procédé de traitement pour éviter l’encrassement et l’entartage des membranes, ainsi qu’une consommation d’énergie accrue, rendant le processus économiquement non viable.
Des arrêts à répétition menacent la sécurité hydrique : une réflexion
urgente s’impose
Des conditions de fonctionnement sont de plus en plus difficiles à réunir, notamment en raison du changement climatique, qui exerce des pressions significatives sur la mer Méditerranée et affecte tant ses caractéristiques physiques que la gestion des ressources en eau dans la région.
Selon les données d’une étude menée à partir de 2020 sur le fonctionnement des usines de dessalement, le nombre d’arrêts, programmés et non programmés, est en hausse en raison de travaux de maintenance, entraînant des interruptions de service de 20 à 70 jours.
À titre d’exemple, les neuf usines de dessalement opérationnelles ont cumulé environ 1 680 heures d’arrêt en 2020. Les arrêts sont principalement dus au nettoyage et au remplacement des membranes, et la turbidité dépasse le seuil critique de 85 NTU. Cette situation a entraîné un déficit d’environ 10% de la capacité de production.
Ces dysfonctionnements récurrents menacent directement la fiabilité du système de
dessalement dans certaines régions, ce qui peut compromettre la sécurité hydrique et exige une réflexion urgente sur l’efficacité des technologies utilisées pour assurer
l’approvisionnement continu, ainsi que sur le renforcement de la résilience du système de production d’eau potable.
L’usine hybride MED (1/3) + RO (2/3) : une stratégie d’indépendance opérationnelle
Pour répondre aux défis de sécurité hydrique, il est judicieux de proposer de nouvelles
solutions, favorisant la flexibilité opérationnelle, notamment le fonctionnement d’une usine hybride intégrant deux procédés complémentaires : le premier, thermique MED (1/3), et le second, membranaire de type RO (2/3).
En cas d’arrêt de la section RO, la partie MED peut fonctionner seule avec une production qui chute à 33% de la capacité minimale. Tous les aspects d’indépendance opérationnelle doivent être définis au stade de la conception du basic design, qui doit être explicitement intégré au schéma de tuyauterie et d’instrumentation (P&ID).
Le design doit prévoir les vannes d’isolement et les bypass sur toutes les lignes communes. Un système de contrôle-commande (DCS/SCADA) capable de gérer les deux modes dégradés.
Une gestion du rejet concentré adaptable aux deux configurations (débit variable vers le diffuseur de rejet en mer). Ainsi que d’autres aspects liés à la capacité de la section de stockage/distribution à compenser la baisse de la production.
L’usine hybride MED + RO, couplée à une centrale à cycle combiné (CCPP, Combined Cycle Power Plant), représente la solution optimale pour les capacités élevées. Elle offre une résilience opérationnelle, une qualité de l’eau supérieure et une flexibilité énergétique que le RO pur ne peut pas égaler à cette échelle.
Pour mieux comprendre l’aspect économique, il est pertinent de présenter un
comparatif à l’aide d’ordres de grandeur indicatifs fondés sur les données de l’industrie du dessalement (IDA, GWI, SWCC) et sur celles de la Banque mondiale relatives aux projets réalisés au cours de la dernière décennie.
Il convient de signaler que ces chiffres varient significativement selon le site, le pays, le coût de l’énergie locale, la configuration précise et les conditions. Bien que l’osmose inverse reste le procédé le moins coûteux sur le plan de l’investissement (Capex de 30 à 40%) et du coût actualisé de l’eau (LCOW inférieur à 0,35 $/m³) par rapport au procédé de dessalement MED, le procédé hybride présente des avantages en termes de continuité du service et se justifie pleinement comme une variante intéressante, notamment lorsqu’une centrale de cogénération existe déjà à proximité du site de l’usine de dessalement. Dans ce cas, la vapeur devient alors quasi gratuite, ce qui réduit considérablement l’Opex du MED ou lorsque des exigences strictes de qualité de l’eau ou de résilience opérationnelle sont imposées par le cahier des charges.
Bien que le procédé hybride nécessite un investissement initial supplémentaire de 28% par rapport à celui de l’osmose inverse, le coût total de l’eau (TWC) est également supérieur de 18% au cours des premières années d’exploitation.
Ces chiffres pourraient sembler dissuasifs. Pourtant, la conclusion de l’analyse est
radicalement différente à l’horizon de 25 ans, qui est la durée standard de vie d’une usine de dessalement. Il s’avère que le point d’équilibre est atteint à 16 ans, où les frais opérationnels de l’osmose inverse augmentent progressivement au fil du temps, sous l’effet du changement prématuré des membranes en raison des nettoyages plus fréquents et des remplacements fréquents tous les 2 à 3 ans, bien en dessous des délais de service préconisés par le fabricant.
À l’opposé, le procédé thermique MED présente une stabilité des dépenses opérationnelles bien plus favorable.
A Suivre……
Pr Mustapha Kamel Mihoubi, enseignant-chercheur à l’ENSH, ancien ministre