Osmose inverse - Définition
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.
Introduction
L’osmose inverse est un système de purification de l'eau contenant des matières en solution par un système de filtrage très fin qui ne laisse passer que les molécules d'eau.
Principe
L'eau comporte des solutés, particulièrement du sel. Si deux solutions de concentrations différentes sont placées de chaque côté d'une membrane filtre, par osmose l'eau franchit la membrane jusqu'à ce que les concentrations s'équilibrent ou que la différence de pression (que le déplacement d'eau fait augmenter dans le compartiment où l'eau afflue et diminuer dans le compartiment d'où elle vient) dépasse la pression osmotique.
Inversement, en exerçant dans un des compartiment une pression hydrostatique qui dépasse la pression osmotique, on force l'eau à quitter le compartiment sous pression en dépit de l'augmentation de concentration en soluté qui s'y produit, et de la dilution qui se fait dans l'autre compartiment.
Inconvénients
Les inconvénients de l'osmose inverse sont :
- Le coût des membranes qui se dégradent: lors du dimensionnement d'une installation d'osmose inverse, on tient compte en moyenne d'une durée de vie des membranes de l'ordre de 3 ans. Le coût des membranes tend à diminuer.
- L'énergie consommée par la pompe de gavage ;
- Les pertes en eau. En effet, le concentrât qui contient tous les sels qui n'ont pas traversé la ou les membranes, représente environ 25% du débit entrant, pour des installations industrielles. Cette eau contient alors trop de sel pour l'agriculture et est donc inutilisable.
- Pour les ménages, le taux d'eau rejetée qui oscille entre 50% avec un système de pompe à 90% (sans pompe) de l'eau totale.
Utilisation
Dessalement
1:Entrée de l'eau de mer,
2: Sortie de l'eau filtrée (40%),
3:Flux concentré (60%),
4:Flux d'eau de mer (60%),
5: Concentré,
A: Flux de la pomple à haute pression (40%),
B: Pompe de circulation,
C:Unité d'osmose avec membrane
D: Échangeur de pression
L'osmose inverse est un procédé industriel efficace de dessalement. Avec une pression de 50 et 80 bars, environ 70% de l'eau d'une eau de mer peut être extraite, le sel se retrouvent concentré dans les 30% restant. L'eau "osmosée" a tous les usages de l'eau potable (par exemple la fabrication de sodas. )
Filtration pour ménages
L'osmose inverse est également facilement accessible au particulier : les osmoseurs sont alors composés de cartouches. Les modèles les plus répandus utilisent trois cartouches. La première cartouche est un filtre à sédiments d'une porosité de 5 à 10 µm. Cette cartouche est destinée à retenir toutes les impuretés solides présentes dans l'eau. La deuxième cartouche est un filtre à charbon actif qui permet de neutraliser le chlore afin de protéger la membrane. Enfin la troisième cartouche démontable reçoit la membrane d'osmose inverse. Cette cartouche comporte une sortie d'eau osmosée et une sortie des concentrats. Cette dernière sortie passe au travers d'un restricteur de débit qui permet à la membrane d'être rincée en permanence de façon optimale. La cartouche de préfiltration et la cartouche au charbon actif doivent être remplacées régulièrement, lorsque leur pouvoir de filtration est atteint. Le non remplacement de ces cartouches conduit à une dégradation du rendement de production et une usure prématurée de la membrane. Certains modèles plus économiques d'osmoseurs n'ont qu'une seule cartouche de préfiltration assurant à la fois la pré filtration mécanique et la filtration sur charbon. Ces petits osmoseurs ont un débit théorique journalier très faible (50, 75 ou 100 GPD soit 190, 290 ou 380 litres par jour). Le débit réel est généralement plus faible et dépendra de la pression, de la dureté, et de la température de l'eau. Lorsque la pression d'eau du réseau n'est pas suffisante, il est possible d'insérer une pompe booster destinée à augmenter la pression d'eau sur la membrane afin d'améliorer le rendement qui peut varier entre 10 % (10 l d'eau consommés pour 1 l d'eau osmosée produite) et 50 % (2 l d'eau consommés pour 1 l d'eau osmosée produite).
Aquariophilie
L'osmose inverse est très souvent utilisée en aquariophilie lors des changements d'eau partiels ou en complément :
- En utilisation mélangée avec l'eau du robinet afin de faire baisser la dureté. (L'eau du robinet est souvent trop dure pour une grande majorité de poissons qui vivent dans des eaux très peu minéralisées et acides)
- En utilisation pure avec adjonctions de sels minéraux afin de recréer une eau parfaite pour le biotope souhaité, ou lorsque l'eau du robinet est trop polluée pour être utilisée même mélangée.
- En utilisation pure pour compenser l'évaporation (osmolateur) des aquariums afin de ne pas modifier les paramètres de l'eau du bac (technique surtout utilisée pour l'aquariophilie marine ou récifale).
Utilisations industrielles
L'osmose inverse est également utilisée en horticulture pour l'arrosage des plantes calcifuges.
L'osmose inverse sert aussi à concentrer le sucre de la sève de canne, du jus de betterave ou de l'eau d'érable. Ainsi la production du sirop ou de cristaux de sucre utilise moins d'énergie pour évaporer l'eau.
L'utilisation de l'osmose inverse se répand en œnologie pour concentrer les moûts en vue d'augmenter le degré alcoolique final des vins. Cette technique est une alternative à la chaptalisation.
