Rapport de Projet de Fin D Etude Salma BELLA PDF [PDF]

Zitiervorschau

Stage de Fin d’Etudes 01/02/2018 – 31/05/2018

En vue de l’obtention du Diplôme de Master Spécialisé

Thème:

Dessalement d’eau de mer Contrôle, Amélioration et Suivi de la qualité d’eau de mer Présenté par:  

BELLA Salma YAAKOUBI Boutaina

Pr. BEN SKOURA Chaimaa

Encadrant Externe

M. RANNAE Mohammed

Parrain Industriel

Promotion : 2016/2018

Remerciement Au terme du présent travail, nous remercions notre seigneur ALLAH qui nous a permis de vivre jusqu’ici et qui nous a accordé cette possibilité de retenir les connaissances que nous avons acquises. Sans lui nous ne pourrons rien faire.

Nous adressons nos premiers remerciements à nos parents pour leurs patiences et leurs encouragements qu’ils n’ont cessé de nous prodiguer durant toutes nos études.

Nous tenons à exprimer notre reconnaissance et nos plus vifs remerciements à notre encadrante externe Madame BEN SKOURA Chaimaa, pour ses directives, son écoute, son soutien précieux, son aide à l’élaboration du présent travail, ainsi que notre parrain industriel Mr. RANNANE Mohammed pour son aide et son suivi.

Nous avons l'honneur et le plaisir de présenter notre profonde gratitude et nos sincères remerciements à nos encadrants internes de nous avoir encadrés pendant la réalisation de ce stage de fin d’études et pour leurs très utiles suggestions et soutiens. Nous remercions ainsi tout particulièrement l’ensemble du personnel d’entité de dessalement de Jorf Lasfar pour leur aide, leur soutien, leur formation et leur accompagnement sur le terrain au cours de cette période de stage. Nous profitons de cette occasion aussi pour remercier le groupe de LPEE, pour son aide, et ses précieux conseils au cours de cette période de notre formation dans laboratoire. Nos adressons nos sincères remerciements aux membres du jury qui ont accepté de nous honorer par leur présence et d’évaluer notre travail. Enfin, nous réservons des remerciements particuliers à toute personne ayant contribué de près ou de loin, au succès de ce travail.

Résumé :

Ce présent travail, a été entrepris en vue d’étudier et de contrôler la qualité d’eau de mer au niveau de l’usine de dessalement dans le complexe de l’OCP de Jorf Lasfar, qui a pour mission de produire une eau potable à partir de l’eau de mer pour répondre aux besoins de la plateforme en eaux. Dans le cadre de ce travail nous avons essayé de synthétiser des informations bibliographiques de base sur la composition de l’eau de mer et le procédé de dessalement qui comprend plusieurs étapes : Pompage d’eau de mer, le prétraitement, osmose inverse et post traitement. Puis nous avons entamé le voleté pratique orienté autour d’une étude de la part qualité physicochimique et microbiologique d’eau de mer, couplée à une étude de différentes facteurs et phénomènes marins influençant sur la qualité d’eau, qui nous a permis par confrontation de deux couches d’information d’interpréter les résultats et de proposer des bonnes pratiques et un modèle de reporting sur la qualité d’eau de mer ainsi que les performances en résultant de l’usine de dessalement.

La liste des abréviations :

DAF : Flottation à air dissous SF : self cleaining /Filtres à nettoyage automatique UF : ultrafiltration FC : filtre à cartouche RO : osmose inverse CEB : membrane cleaning/ nettoyage de la membrane CIP : Clean-in-Place (CIP) /Nettoyage en place (NEP) COT : Carbone Organique Total COD : Carbone Organique Dissous MFI: Modified Fouling Index SDI: Silt Density Index DBO : Demande Biochimique en oxygène DCO : Demande Chimique en Oxygène MES : Matière en suspension PH : Potentiel d’hydrogène ORP : Potentiel d’oxydoréduction TDS : Total dissolved solids BW : Back Wash FF : Forward flash

La Liste des Figures : Figure I-1 : Carte des principaux sites d’implantation du groupe OCP Figure II-1 : position géographique du pole Maroc phosphore Jorf Lasfar Figure III-1: Le processus de dessalement de l'usine de JORF LASFAR Figure III-2:station de reprise d’eau de mer Figure III-3 : Station de pompage de dessalement Figure III-4: Bac de stockage de l’hypochlorite de sodium Figure III-5: Dégrilleur automatique Figure III-6 : Filtres rotatifs Figure III-7 : Pompes centrifuges vers le DAF Figure III-8: Entrée du DAF Figure III-9: Flottation a air dissous Figure III-10: Débordement vers les Chambres de traitement Figure III-11: Ponts racleurs Figure III-12: Filtre auto-nettoyant (self-cleaning) Figure III-13: Trains d'UF Figure III-14 : filtration des membranes UF Figure III-15 : Design du bassin de l’ultrafiltration

Figure III-16: Filtres à cartouches Figure III-17 : 1èr passe Osmose inverse Figure III-18: 2ème passe Osmose inverse Figure III-19 : Design du post traitement Figure III-20: Bacs de Stockage du CO2 Figure III-21: Bacs de préparations de la chaux Figure III-22 : Bacs de stockage à 5000 m3 Figure III-23: Bassin deneutralisation Figure III-1 : Schéma de la taille des matières organiques dans l'eau de mer Figure II-1 : Points de prélèvement des eaux Figure III-1 : Dépôt de fer sur la membrane RO Figure III-2: Dépôt de MnO2 sur la membrane RO Figure III-3 : Types d'algues trouvées dans l'eau de mer Figure III-4 : Performance de DAF dans l’élimination des algues Figure IV-1: Mélange des hydrocarbures avec les autres déchets dans la mer Figure IV-2 acidification d’eau de mer Figure I-1: variation de silice et l’ortho-phosphate avec la précipitation

Figure I-2: Variation de la turbidité avec laprécipitation Figure I-3: Variation de la temperature avec le vent Figure I-4: Variation de la turbidité avec le vent Figure I-5: Variation de la turbidité et l’orthophosphate avec les vagues Figure II-1 : Appareil de mesure de SDI Figure II-2 : Batardos au niveau de l’Intake Figure II-3 : Effet de la dose de PAC sur le taux de rétention Figure II-4 : Chromatogrammes par HPLC de l'eau de mer et des perméats

La Liste des Tableaux : Tableau III-1 : Nettoyage des membranes de l'UF Tableau III-2 : Nettoyage des membranes d'OI Tableau III-1: Concentration des éléments majeurs présents dans une eau de mer Tableau III- 2: Concentration moyenne des principaux éléments traces métalliques présents dans une eau de mer. Tableau III-3 : les teneurs moyennes en éléments nutritifs dans l’eau de mer Tableau III-4 : les analyses physico-chimiques dans chaque étape de dessalement d’eau de mer Tableau III-1 : Paramètres et leur concentration limites à l’entrée RO

Sommaire Introduction générale …………………………………………….…………………………..1 Chapitre I : Présentation de l’organisme d’accueil ……………………………………… 2 I-

Le groupe Office Chérifien des Phosphates (OCP): ……………………………3

III-1 Présentation du processus de dessalement ……………………………………………3 III-2 Schéma synoptique de la station ……………………………………………………….4 II-

Présentation du Complexe Maroc phosphore Jorf Lasfar …………….……….4

II-1 Position géographique …………………………………………………………….……..4 II-2 Les zones Principales du Complexe …………………………………………………….5 II- Description détaillée de la station de dessalement de l’eau de mer ……………….…..6 III-1 Présentation du processus de dessalement …………………………………………...6 III-2 Schéma synoptique de la station ………………………………………………………7 II-3 Unités de fonctionnement ……………………………………………………………….7  Alimentation ……………………………………………………………………….7  Unité de pompage d’eau de mer ……………………………………….………….8  Unité de prétraitement de l’eau de mer ………………………………………...10  Unité d’osmose inverse …………………………………………………………..16  Unité de post traitement ………………………………………………………….18  Unité de traitement des effluents ………………………………………………...19 Chapitre II : Présentation de l’organisme d’accueil ……………………………………...21 I-

Composition de l’eau de mer …………………………………………………….22

I-1 Espèces inorganiques …………………………………………………………………….22 I.-2 Matières organiques ……………………………………………………………………..23 II - Les paramètres analysés au sein du laboratoire ……………….………………….24 Analyses physiques ………………………..………………………………………….24 Analyses chimiques ………………………………..………………………………….22 Analyses organoleptiques …………………………………………………………….27 Analyses microbiologiques …………………………...…………………………...….27

Points des prélèvements ………….……………….…………………………………28 III - Analyses à ajouter pour améliorer la qualité d’eau potable ……………………..30 III-1 Indice de colmatage …………………………………………………………………….30 III-2 Total dissolved solids (TDS) …………………………………………..……………….32 III-3 - Les ions analysés …………………………………………………...………………….32 III-3- Huile et produit chimique ……………………………………………………….……34 III-4 Les algues ……………………………………………………………………………….35 III-

Les phénomènes marins et leurs effets sur la qualité d’eau de mer ………….37

IV-1 Phénomène du vent …………………………………………..………….…………… 37 IV-2 Les vagues, la houle, les marées et les courants marins ……………….…………….38 IV -3 Acidification des océans …………………………………………..…….…………….39 IV-4 Précipitation et évaporation …………………………………………..……………….39 Chapitre III : Présentation de l’organisme d’accueil ……………………………………..41 IEffet des phénomènes marins sur la qualité d’eau pompé ……………………..42 Phénomène de précipitations ………………………………………………………………...42 - Précipitation avec l’ortho-phosphate et Silice ……………………………………...42 - Précipitation avec la turbidité ………………………………………………………..43 Phénomène du vent …………………………………………………………………………...43 - Le vent avec la température ……………………………………………………….…43 - Le Vent avec la turbidité …………………………………………………………..…44 Phénomène des vagues ……………………………………………………………………..…45 - Les vagues avec la turbidité et l’ortho-phosphate ………………………………….. IILes bonnes pratiques pour mieux cerner les fluctuations de la qualité d’eau de mer ………………………………………………………………………………..46 II-1 Intake …………………………………………..………….…………….…….………....46 II-2 DAF …………………………………………..………….…………….………….………47 II-3 UF …………………………………………..………….…………….……………………48 II-4 RO …………………………………………..………….…………….………………...…50 III. Modèle de reporting sur la qualité d’eau de mer ainsi que les performances en resultant de l’usine de dessalement ……………………………………………...51 III-1 généralité sur Le modèle de reporting ……………………………………………….51 III-1 Application du modèle de reporting sur la station dessalement …………………….52 Conclusion générale ……………………………………….…………………………………..55 Références bibliographiques …………………………………………………………………..56

Introduction Le groupe OCP est un opérateur international dans le domaine de l’industrie du phosphate et des produits dérivés. Le phosphate brut. Extrait du sous sol marocain est exporté tel quel ou livré aux industries chimiques à SAFI ou Jorf lasfar pour être transformé en produits dérivés commercialisables : acide phosphorique de base, acide phosphorique purifié, engrais solides. Le groupe OCP livre aux cinq continents de la planète, ses exportateurs représentent 25% à 30% du commerce international du phosphate et ses dérivés, en effet c’est le premier exportateur et le troisième producteur mondial après les états unis. En 2013, l’office Chérifien des phosphates à Jorf Lasfar a réalisé son propre usine du dessalement d’eau de la mer pour subvenir à ses besoins en eau et être indépendant de l’office national d’eau potable (ONEP) et réduire ses dépenses. Dans ce sens j’ai eu de la chance de profiter d’un stage au sein de cette usine de dessalement de l’eau de mer dans OCP Jorf Lasfar d’une période de 4 mois. Ce stage est une expérience très importante permettant la découverte de milieu professionnel, et c’est un rapprochement entre le monde de la formation universitaire académique et le monde de travail. Dans mon rapport de stage, je vais décrire dans un premier temps l’entreprise d’accueil et les analyse faites dans chaque unité de traitement : Pompage d’eau de mer, prétraitement, osmose inverse et post traitement. Ensuite, je vais parler sur d’autres analyses complémentaires pour bien contrôler la qualité d’eau de mer , puis, une partie est réservée au thème de mon sujet de stage qui consiste à faire une étude sur les effets des phénomènes marins sur la qualité d’eau de mer. Par la suite je vais proposer des bonnes pratiques pour mieux cerner les fluctuations de la qualité d’eau de mer. En fin je vais réaliser un modèle de Reporting sur la qualité d’eau de mer ainsi que les performances

en

résultant

de

1

l’usine

de

dessalement.

Chapitre I : Présentation de l’organisme d’accueil Résumé : Ce chapitre évoque une description du Groupe OCP, une présentation générale au Pôle chimie Jorf Lasfar puis une description détaillée de l’usine de dessalement de l’eau de mer Jorf Lasfa

I-

Le groupe Office Chérifien des Phosphates (OCP):

I-1 Présentation: Le groupe Office Chérifien des Phosphates est un établissement public à vocation industrielle et commerciale, il a le monopole de l’exploitation et de la valorisation des phosphates du royaume depuis la prospection minière jusqu’à la commercialisation du minerai et de ses dérivés transformés localement [1]. Le phosphate provenant des sites d’exploitation minières limités à Khouribga, Benguérir, Youssoufia et Boucraâ (Laâyoune) subit plusieurs opérations de traitement. Le phosphate ainsi traité peut suivre deux orientations : -Exportation comme matière première à une quarantaine de pays à travers le monde. -Livraison aux industries chimiques du Groupe localisées à Safi et à Jorf Lasfar pour être transformé en produits dérivés comme l’acide phosphorique de base, l’acide phosphorique purifié et les engrais solides. Pour mieux satisfaire les clients, le groupe OCP compte sur quatre points forts : le capital humain, le savoir-faire, l’écoute de ses clients et la qualité de ses produits. Au Maroc, il y a cinq zones géographiques (3 sites d'exploitation minières : Khouribga /Youssoufia, Boucraâ/Laayoun et deux sites de transformation chimique : Safi et Jorf Lasfar), OCP constitue un vecteur de développement régional et national important (Figure I-1) [1].

Figure I-1 : Carte des principaux sites d’implantation du groupe OCP 3

I-2 Missions du groupe OCP : Les principales activités de l’OCP sont : 

La prospection : Elle consiste à faire le forage pour délimiter le gisement, s’informer sur l’épaisseur des couches et leur teneur.



La production : L’extraction : Elle s’effectue de deux manières qui dépendent du site, puisque le phosphate se présente sous forme de couches quasi-horizontales séparés par des intercalaires stériles) soit par voie souterraine. Le Traitement : Le phosphate extrait subit un enrichissement de façon à éliminer la gangue et réduire la teneur de certaines impuretés.

 La valorisation : Suivant l’évolution du continu du marché mondial des phosphates de la matière brute vers l’acide phosphorique et les engrais, le groupe OCP a Concentré ses efforts sur la transformation sur place des phosphates en produit semi-fini (acide phosphorique) ou fini (les engrais).  La commercialisation : Le phosphate est vendu selon la demande des clients aux cinq continents de la planète soit brut soit après traitement, les exportations représentent 15 à 30% du commerce international du phosphate et de ses dérivés [1].

II- Présentation du Complexe Maroc phosphore Jorf Lasfar : II-1 Position géographique : Situé sur le littoral atlantique, à 20 km au sud-ouest d’El Jadida, le complexe industriel de JORF LASFA s’étend sur 1700 hectares. Cette nouvelle unité a permis au Groupe OCP de doubler sa capacité de valorisation des phosphates. Le site a été choisi pour ses multiples avantages: proximité des zones minières, existence d’un port profond, disponibilité de grandes réserves d’eau et présence des terrains pour les extensions futures (Figure II-1) [1,2]. 4

Figure II-1 : position géographique du pole Maroc phosphore Jorf Lasfar II-2 Les zones Principales du Complexe : -Le port : Le port est la fenêtre du pôle au monde, il utilise la plupart des quais de ses opération, l’office importe le souffre et l’ammoniac, et il exporte le phosphate, l’acide phosphorique concentré et purifié, et l’engrais de différentes qualités. Aussi, le port contient un hangar de stockage de souffre solide, deux bacs pour stockage d’ammoniac, une station de pompage d’eau de mer, et une station de fusion et de filtration de souffre on le transformant en souffre liquide.

- L’usine : Rassemble plusieurs ateliers de production, à savoir : Atelier sulfurique, Atelier phosphorique, Atelier des engrais et Atelier des utilités

5

III- Description détaillée de la station de dessalement de l’eau de mer: L’usine de dessalement de l’eau de mer de JORF LASFAR, réalisée au sein du complexe industriel OCP JORF LASFR, La station a été conçue par la filiale espagnole spécialisée dans le traitement des eaux GRUPPO FERROVIAL, CADAGUA. Le projet de dessalement eau de mer à Jorf Lasfar vise à alimenter l’ensemble de la plateforme avec de l’eau brute en assurant de l’eau potable et de l’eau de Process pour les différents usages au sein des entités du site Jorf Lasfar [2]. L’usine de dessalement sera réalisée sur trois phases : 1ère étape : Production journalière de 75800m3/jour soit de 25 millions m3/an 2ème étape : Production journalière de 106800 m3/jour soit de 35 millions m3/an 3ème étape : Production journalière de 222200 m3/jour soit de 75 millions m3/an

III-1 Présentation du processus de dessalement: La première phase, qui a été inaugurée par Sa Majesté le Roi Mohammed VI, que Dieu l’assiste, le lundi 1er février 2016, a été dotée de cinq unités techniques assurant chacune une fonction bien précise [2] : o Une unité de pompage d’eau de mer, directement reliée au canal principal, qui alimente la plateforme de l’océan assurant un débit de 7700 m3/h, ainsi qu’une station de dégrillage pour l’élimination des algues et impuretés supérieures à 3 millimètres [3]. o Une unité de Flottation à air dissous qui se base sur les principes de la coagulation, de la floculation à air dissout et de la flottation. Ce triple procédé permet d’éliminer les matières en suspension, les huiles et graisses ainsi que les matières colloïdales [4]. o Une unité d’ultrafiltration pour éliminer les particules ultrafines (inférieure à 0.03µm) [4]. o Une unité d’osmose inverse qui assure l’élimination des chlorures (à travers une hyper filtration) composée de six trains comprenant six unités de pompage à haute pression (5465bars) et six systèmes de récupération d’énergie (échangeurs de pression permettant de réduire de 40% l’énergie électrique consommée par l’usine [5]. o Une unité de post-traitement assurant l’ajout de CO2 et de la chaux afin d’ajuster les caractéristiques requises pour l’eau potable [6]. 6

o Une unité de traitements des effluents qui reçoit les effluents chimiques afin de les neutraliser en ajoutant de la soude ou de l’acide sulfurique [7]. III-2 Schéma synoptique de la station : Le procédé général de dessalement est schématisé dans la Figure III-1 [2].

Figure III-1: Le processus de dessalement de l'usine de JORF LASFAR III-3 Unités de fonctionnement : 

Alimentation :

L’eau de mer est pompée depuis le port de JORF LASFAR, existe depuis la construction du pôle chimie et qui alimente toute l’usine avec l’eau de mer d’un débit de 18000 m 3/h utilisé principalement pour le refroidissement des équipements (Figure III-2).

Figure III-2: station de reprise d’eau de mer 7



Unité de pompage d’eau de mer :

Figure III-3 : Station de pompage de dessalement L’eau de mer est pompée depuis le port de JORF LASFAR et ensuite, transférée vers la station de pompage par le biais de deux conduites. L’eau de javel (l’hypochlorite de sodium NaCl) est ajoutée à l’eau de mer, après son arrivée à la station de pompage, afin d’éviter la croissance de la matière biologique, dans la station de dessalement. Son injection est continue de durée 24h (1ppm quantité de 0.5 mg/l) et en choc de durée d’une heure chaque jour (10ppm quantité de 20 mg/l) afin d’éviter l’inefficacité du désinfectant. Puis, l’eau passe par quatre dégrilleurs (Trash Racks), ces derniers vont permettre une première filtration mécanique de l’eau de mer, ils élimineront les éléments supérieurs à 30mm. L’eau traverse ultérieurement les quatres filtres rotatifs (Travelling Screens) qui filtreront les éléments supérieurs à 3mm avec des systèmes de nettoyage automatique inclus dans ce sous-système.

Figure III-4: Bac de stockage de l’hypochlorite de sodium

8

Figure III-5: Dégrilleur automatique

Figure III-6 : Filtres rotatifs

Le débit de sortie de la station de pompage est automatiquement adaptable en fonction du niveau de remplissage du canal d’alimentation du DAF, il varie généralement entre : 8000 m3/h ≤ Q ≤ 9800 m3/h (Figure III-7). Après sa filtration mécanique par les dégrilleurs et les filtres rotatifs, l’eau de mer est pompée vers l’entrée de l’unité de prétraitement par 3 pompes centrifuges à fréquence variable selon le débit de la production.

Figure III-7 : Pompes centrifuges vers le DAF

9



Unité de prétraitement de l’eau de mer :

Cette unité comporte deux sous-unités : l’une est destinée à la flottation à air dissout (DAF) et l’autre est consacrée à l’ultrafiltration UF. Si la turbidité de l’eau de mer est inférieure à 5 NTU, l’eau passe directement à l’ultrafiltration par la conduite bypass. Sinon, l’eau est traitée dans la station de flottation à air dissout DAF (Figure III-8).

Figure III-8: Entrée du DAF - Flottation à air dissous (DAF) : Elle se base sur les principes de la coagulation, de la floculation à air dissout et de la flottation. Ce triple procédé permet d’éliminer les matières en suspension, les huiles et graisses ainsi que les matières colloïdales. Les conditions à l’entrée du DAF sont : 

Turbidité < 15 NTU



pH < 7.5

Avant l’entrée au DAF, l’acide sulfurique H2SO4 et le coagulant FeCl3 sont injectés dans la canalisation d’entrée : le premier produit chimique est dosé afin de baisser le pH pour trouver le point optimal de coagulation et le second dont le but de déstabiliser les particules. Puis, un floculant est introduit afin de relier les particules déstabilisées pour créer des “micros floc” pour faciliter la séparation entre la matière solide et l’eau (Figure III-9).

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Pompe de Recirculatian

Vannes de détente Réacteurd ’air

Air

Air

Figure III-9 : Flottation a air dissous

Cette unité comprend six lits de flottation à air dissous. Chaque DAF est constitué de trois chambres. L’eau circule entre les trois chambres du DAF par débordement, et le débit de l’eau augmente entre une chambre à la suivante. Le créateur de microbulles d’air se trouve dans la seconde chambre du DAF, les microbulles créées, en remontant à la surface entraînent dans ce mouvement les particules qui sont ensuite écrémées par un racleur de surface.

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Figure III-10: Débordement vers les Chambres de traitement

Figure III-11: Ponts racleurs

À la sortie du DAF, l’eau est pompée est acheminée vers quatre filtres self-cleaning. L’eau passe à travers ces filtres. La matière solide cumulée dans les filtres est nettoyée avec l’eau de mer aval du filtre pendant qu’elle continue à filtrer. Ils permettent de filtrer jusqu’à 150 µm, cela favorisera la protection de l’UF.

Figure III-12: Filtre auto-nettoyant (self-cleaning)

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- L’ultrafiltration UF: Le liquide brut est envoyé vers un module d'ultrafiltration constitué de membranes perméables de type membrane a fibre creuse. L'ultrafiltration est utilisée pour la séparation des matières en suspension, colloïdes, bactéries et virus.

Figure III-13: Trains d'UF L’unité d’ultrafiltration dispose de 20 trains avec une moyenne de 450 m3/h de débit entrant, chaque train contient 84 modules filtrants (tubes membranaires) d’une porosité de 0,03μm, Chaque module à 4 connecteurs :  2 connecteurs sur la partie supérieure, un pour l’évacuation du concentrât et l’autre constitue la sortie du perméat.  2 connecteurs sur la partie inférieure, un est spécifique à l’alimentation en eau (Feedwater) et l’autre pour l’alimentation en air.

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L’eau Clarifiée qui traverse l’UF doit avoir une concentration en matières en suspension inférieure à 10 mg/L et une turbidité inférieure à 5 NTU. A la sortie de l’UF, l’eau aura une turbidité inférieure à 0,1 NTU (Figure III-14). Mode Opératoire : L’eau pompée à une pression d’entre 4 et 5 bar pénètre les modules membranaires pour être filtrée, le perméat est transporté par la suite vers le bassin de stockage de l’eau filtrée.

Figure III-14 : filtration des membranes UF Nettoyage : Des séquences de nettoyage chimique et non chimique des modules de l’ultrafiltration se fait par alternance entre les 20 trains, pour un taux de production de 100%, il suffit que 17 trains soient en marche. Les modes de nettoyage sont présentés dans le tableau cidessous (Tableau III-1). Tableau III-1 : Nettoyage des membranes de l'UF Type de lavage

Fréquence

Solution de nettoyage

CEB 1 :

1FOIS /12H

Eaux filtrées+NaClO

1FOIS /24H

Acide sulfurique

ChemicallyEnhancedBackwash 1

CEB 2 : ChemicallyEnhancedBackwash 2

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FF : Forward Flash

A chaque début de filtration

Eaux de mer

BW : Back Wash

A chaque fin de filtration

Eaux filtrées

A chaque Baisse de CIP : Clean In Place

performance

Eaux permeat + Réactifs (NaOH ou Acide oxalique)

Après l’ultrafiltration l’eau filtrée est stockée dans un bassin d’une capacité de 2800 m3 divisé en 4 parties, 2 parties avec une capacité de 400 m3 qui alimentent le système de nettoyage des modules filtrants de l’UF (backwash), une fois remplies au complet l’eau déborde et remplit les 2 autres pièces qui alimentent l’unité de l’osmose inverse via les filtres à cartouche avec une pression de 4.5 bar , chacune a une capacité de 1000 m3 (Figure III-15).

Figure III-15 : Design du bassin de l’ultrafiltration Le bassin de stockage de l’UF est liée à:  2 pompes du backwash (débit de sortie = 777 m3/h)  6 pompes de l’osmose inverse (débit de sortie = 1500 m3/h

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Avant de subir l’osmose inverse, l’eau ultrafiltrée passe par les filtres à cartouches. Il existe 8 filtres et chaque filtre a 12 cartouches. Ces filtres protègent les membranes de l’osmose inverse, filtrent jusqu’à 5µm (Figure X). Deux solutions chimiques sont injectées à l’entrée des filtres à cartouche. La première est le bisulfite de sodium qui permettra l’élimination du chlore pour éviter l’oxydation des membranes de l’osmose inverse. La seconde est l’antiscalant. Ce produit chimique est injecté afin de réduire le risque de précipitation des sels dans le concentrât à la sortie des membranes (Figure III-16). Figure III-16: Filtres à cartouches 

• Unité d’osmose inverse :

L’unité de l’Osmose inverse est composée de 6 trains avec un débit entrant de 1455 m3/h, le processus se fait en 2 étapes : 

Le premier passe : comporte 1 étage qui contient 147 tubes de pression (Figure III-17).

Récupération: (Perméat/Débit entrant) 43,7% 45% selon la production et le nombre des trains

Figure III-17 : 1èr passe Osmose inverse

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

La deuxième passe : comporte 2 étages, Le 1ér étage contient 19 tubes de pression et le 2éme 7 tubes de pression avec chaque tubes de pression comporte 7 membranes (Figure III-18). Récupération: (Perméat/Débit entrant) 87%

Figure III-18 : 2ème passe Osmose inverse -Si la qualité du perméat de la 1ère passe respecte les exigences (Bore ≤ 1 mg/L) la 2ème Pass n’est pas nécessaire. -Si la qualité du perméat de la 1ère passe ne respecte pas les exigences (Bore ≥1 mg/L) le passage par la 2ème Passe est indispensable Le mélange entre le perméat de la 1ère et celui de la 2ème passe est réalisé pour respecter les exigences de qualité du perméat. Pour maintenir une bonne performance de dessalement, un lavage chimique (Tableau II-2) est utilisé lorsque la différence de pression entre l’entrée et sortie des trains d’OI atteint 3 bar (tableau III-2). Tableau III-2 : Nettoyage des membranes d'OI Type de lavage

Fréquence

Solution de nettoyage Base forte (Genesol 703)

CIP : Clean in place

Acide fort (Genesol 38) SI NECESSAIRE

Biocide (Genesol 30) Rinçage (Perméat)

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

Unité de post traitement :

L’eau produite par osmose inverse est très déminéralisée ce qui augmente son potentiel de corrosion, et en plus, elle ne peut pas être utilisée directement comme source d’eau potable. Le post traitement a pour objectif de faire la reminéralisation du perméat de l’OI par l’ajout du CO2 et de la chaux Ca(OH)2 afin d’obtenir un équilibre calco-cabonique et d’ajuster le pH.

Figure III-19 : Design du post traitement L’eau osmosé déborde dans la chambre d’injection du CO2 puis passe par sa partie inferieur à la chambre spécifique à l’ajout de la chaux. Finalement l’eau reminéralisée déborde dans la chambre de transfert vers les 2 bacs de stockage de 5000 m3.

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Figure III-20: Bacs de Stockage du CO2

Figure III-21: Bacs de préparations de la chaux

Figure III-22 : Bacs de stockage à 5000 m3



Unité de traitement des effluents : De nombreux produits chimiques utilisés tout au long du procédé de dessalement de l’eau se retrouvent dans les eaux rejetées. Les principaux produits chimiques rejetés par les

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installations à osmose inverse sont des antitartres, des coagulants et des produits agressifs de nettoyage (produits acides ou basiques). Enfin, la nature des eaux rejetées dépend fortement du traitement (nettoyage) réalisé (ou non) sur ces eaux avant leur déversement à la mer. L’usine de dessalement d’eau de mer comprend un bassin de neutralisation qui reçoit les effluents chimiques afin de les neutraliser en ajoutant de la soude ou de l’acide sulfurique. Ce bassin déverse un autre bassin qui reçoit les effluents de la station de pompage et le total est pompé vers un décanteur pour séparer les boues des eaux. La surverse est dirigée vers les REM et la souverse est acheminée vers un bassin qui alimente deux centrifugeuses pour chasser l’eau des boues. Les résultantes sont ensuite stockées dans un silo de 130m3.

Figure III-23: Bassin de neutralisation

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Chapitre II: Etude Bibliographique. Résumé : Ce chapitre consiste à étudier la composition de l’eau de mer, Les analyses physico-chimiques faites, les analyses complémentaires recommandées ainsi que les phénomènes marins et leurs effets sur la qualité de l’eau de mer

II-

Composition de l’eau de mer :

Le terme d’eau de mer regroupe l’eau salée des mers et des océans à la surface de la terre. L’eau de mer est un ensemble complexe d’espèces inorganiques et organiques. I-1 Espèces inorganiques : Constituants majeurs Les constituants principaux présentant en concentration supérieure à 1 mg.kg-1. Ils sont énumérés dans le Tableau 1 [8]. Tableau III-1: Concentration des éléments majeurs présents dans une eau de mer

Les éléments traces métalliques Les éléments traces métalliques sont définis comme les éléments métalliques présents avec une concentration d’environ une partie par billion (10-3 mg.kg-1) en masse, ou moins. Le Tableau 2 présente les principaux éléments traces métalliques dans l’eau de mer [9]. Tableau III- 2: Concentration moyenne des principaux éléments traces métalliques présents dans une eau de mer.

22

Les éléments nutritifs Le terme d’«éléments nutritifs» comprend principalement le nitrate (NO3-), l’ammoniac (NH4+), le phosphore sous forme phosphate (PO43-) et le silicium sous forme de silice (SiO2). Les nutriments sont utilisés par le phytoplancton, cellules végétales de taille d’un à quelques centaines de microns qui dérivent à la surface des océans et photosynthétisent des hydrates de carbone, de l’oxyde de carbone et de l’eau [9]. Le Tableau III-3 : les teneurs moyennes en éléments nutritifs dans l’eau de mer

I.-2 Matières organiques : L’océan est le réservoir principal du carbone organique sur terre [10]. La plupart du carbone organique dans l’océan est sous la forme de matière organique dissoute et principalement de molécules à faible poids moléculaire. La Figure 6 donne une représentation schématique de la gamme de taille et des types de matières organiques dans l’eau de mer. La concentration des matières organiques dissoutes et particulaires dépend de la profondeur de l’océan : l’eau de mer surfacique a une concentration plus élevée que l’eau en profondeur [10, 11].

Figure III-1 : Schéma de la taille des matières organiques dans l'eau de mer

23

II - Les paramètres analysés au sein du laboratoire: Pour contrôler la qualité d’une eau, il est nécessaire d’effectuer plusieurs analyses. Parmi ces analyses on trouve : Analyses physiques : 

Le pH :

Le pH de l’eau mesure la concentration des protons H+ contenus dans l’eau. Mesuré par un pHmètre. 

La température :

La température est une grandeur physique mesurée à l’aide d’un thermomètre numérique. 

La conductivité :

La conductivité donne une idée sur la minéralisation. La conductivité est mesurée par le conductimètre (L’unité de mesure est µS/cm). 

ORP :

Le Potentiel redox ou potentiel d’oxydoréduction est une mesure qui indique le degré qu’à une substance peut oxyder ou réduire une autre substance. Le potentiel Redox se mesure en (mv). 

La turbidité :

Une eau turbide est une eau trouble. La turbidité se mesure par la réflexion d’un rayon lumineux dans l’eau. La turbidité est mesurée par un test optique qui détermine la capacité de réflexion de la lumière (l’unité de mesure est le « NTU » - unités néphélométriques) [12]. Analyses chimiques : 

Alcalinité :

A l’inverse de l’acidité, l’alcalinité d’une eau correspond à la présence de bases et de sels d’acides faibles. Dans les eaux naturelles, l’alcalinité résulte le plus généralement à la présence d’hydrogénocarbonates, carbonates et hydroxydes [13].

24



Dureté :

La dureté d’une eau correspond à la somme des concentrations en cations métalliques, excepté celles des métaux alcalins (Na+, K+) et H+. Elle est souvent due aux ions Ca++ et Mg++ [15]. 

TDS :

Les solides dans l'eau se trouvent soit en solution ou en suspension, et se distinguent par le passage de l'échantillon de l'eau à travers un filtre de fibres de verre [13]. 

Mesure de la DCO :

La DCO permet d’apprécier la concentration en matières organiques ou minérales, dissoutes ou en suspension dans l’eau [12]. 

Mesure de la DBO :

La demande biochimique en oxygène (DBO) indique la quantité d’oxygène qui est utilisée pour la destruction de matières organiques [12]. 

Azote Total :

L’azote totale comprend l’ensemble des formes azotés, aussi bien minérales qu’organiques [12]. N total = N(NH4) + N (organique) + N (N02) + N (N03) 

Azote ammoniacal :

L’azote ammoniacal représente l’azote sous la forme (NH4+), ça présence dans une eau traduit un processus de dégradation incomplète de la matière organique [12]. 

Nitrate :

L'ion Nitrate est la forme oxydée stable de l'azote en solution aqueuse, Les nitrates représentent la forme azotée souvent la plus présente dans les eaux naturelles [14]. TOC ou COT : Le COT est la quantité totale de carbone contenue dans l’eau, soit dans les matières organiques dissoutes ou en suspension dans l’eau [12].

25



MES :

La matière en suspension constitue l’ensemble des particules minérales et/ou organiques présentes dans une eau naturelle [12]. 

SDI :

Un outil facile et outil pour l’évaluation des particules, largement utilisé pour déterminer les caractéristiques d’encrassement des membranes. 

Silice :

Il constitue l'essentiel des squelettes de divers organismes marins comme les algues siliceuses, certains radiolaires, les diatomées [14]. 

Orthophosphate :

Le phosphore minéral dissous dans l'eau de mer est essentiellement présent sous formes d'ions orthophosphates correspondant à la dissociation de l'acide orthophosphorique. C’est un élément indispensable au développement de tous les organismes vivants [14]. 

L’oxygène dissous :

L'oxygène moléculaire dissous est un paramètre important qui gouverne la majorité des processus biologiques [14]. 

Fer :

Les ions de fer est parmi les métaux les plus abondants dans la croûte terrestre. Ce sont des impuretés minérales sans effets appréciables sur la santé. Ces métaux sont à l’origine de depots dans les réseaux [16]. 

Bore :

Le bore ne constitue pas en lui-même un élément toxique mais révèle la présence de détergents [15]. 

Chlorure :

26

Les chlorures présents dans l'eau potable proviennent des eaux usées et des effluents industriels. 

Chlore libre :

Le risque de trouver du chlore libre dans les eaux de surface est très limité dans la mesure où cette molécule est très réactive [15]. 

Calcium :

Le calcium, élément essentiel de la dureté de l’eau, est un métal alcalino-terreux extrêmement répandu dans la nature, ses sels se rencontrent dans presque toutes les eaux naturelles [13]. Analyses organoleptiques 

La couleur :

Une eau naturelle, même une fois traitée n’est jamais rigoureusement incolore. Elle peut être due à certaines impuretés minérales (fer) mais également à certaines matières organiques. Elle doit être éliminée pour rendre l’eau agréable à boire. Cette élimination devra alors être effectuée à l’usine de traitement avant l’entrée de l’eau dans le réseau [16]. 

Goût et odeur :

Les eaux de consommation doivent posséder un gout et une odeur «non désagréable». La plupart des eaux, non traitées, dégagent une odeur plus ou moins perceptible et ont une certaine saveur. Ces deux propriétés, purement organoleptiques, sont extrêmement subjectives et il n’existe aucun appareil pour les mesurer. Selon les physiologistes, il n’existe que quatre saveurs fondamentales : salée, sucrée, aigre et amère [16]. Analyses microbiologiques : 

Les coliformes Totaux:

Les coliformes totaux correspondant à des bacilles Gram négatif, non sporulés, oxydase négatifs, aérobies ou anaérobies facultatifs. Sont des germes sensibles au chlore, la présence des Coliformes totaux dans les échantillons d’eau peut indiquer l’existence d’un biofilm ou un manque d’efficacité du traitement [17].

27



Escherichia coli :

Fait partie du groupe des coliformes totaux et constitue le seul membre de ce groupe que l’on trouve exclusivement dans les matières fécales des humains et des animaux. La bactérie Escherichia coli est l’indicateur d’agents entéropathogènes le plus fiable, et donc le meilleur moyen de détecter une contamination fécale récente dans les réseaux d’eau potable [17]. Les coliformes totaux et l’E.coli servent d’indicateurs pour mesurer le degré de pollution et la qualité de l’eau. 

Germes à 22°C et Germes à 37°C :

Ces germes n'ont pas d'effets directs sur la santé mais sous certaines conditions, ils peuvent générer des problèmes. Ce sont des indicateurs qui révèlent la présence possible d'une contamination bactériologique [18]. 

Entérocoque intestinaux :

Sont des bactéries sphériques, de Gram positif, et anaérobies facultatives. Elles ne forment pas d’endospores et certaines espèces font preuve de mobilité et elles se multiplient rarement dans l’eau [19]. 

Clostridium :

Les Clostridiurn apparaissent comme des indicateurs de choix pour mesurer une pollution intermittente ou passée, ou accompagnée de rejets toxiques industriels qui inhibent rapidement les autres germes indicateurs. Cependant, les Clostridium étant moins nombreux que les E.coli et streptocoques fécaux dans les matières fécales ou dans les eaux usées, leur recherche a été peu à peu abandonnée notamment dans les eaux de surface au profit de la colimétrie et de la streptométrie [19]. Points des prélèvements : Les prélèvements d’échantillons sont effectués en plusieurs points qui sont indiqués par les croix sur le schéma de l’installation (Figure II-17), le schéma qui montre que les points de prélèvement sont à l’entrées et sorties de chaque étape du prétraitement du stockage [21].

28

Figure II-1 : Points de prélèvement des eaux

Figure II-1 : les analyses physico-chimiques dans chaque étape de dessalement d’eau de mer

Pour les analyses bactériologiques sont effectuées que pour les eaux traitées.

29

III - Analyses à ajouter pour améliorer la qualité d’eau potable: Recommandations sur les concentrations maximales de certains éléments que le prétraitement puisse minimiser [22].

Tableau III-1 : Paramètres et leur concentration limites à l’entrée RO III-1 Indice de colmatage: L'encrassement est le problème majeur lors de l'utilisation de membranes pour le traitement de l'eau. Plusieurs paramètres ont été proposés pour mesurer un potentiel d'encrassement et l'utiliser comme outil prédictif pour évaluer l'adéquation du prétraitement. L'indice de densité de limon (SDI) et l'indice de salissure modifié (MFI) sont actuellement les seules méthodes standard [23]. 

Silt density index (SDI) :

Le SDI est un paramètre indicateur du potentiel de fouling des membranes. Il dépend de la nature et de l’origine de l’eau brute. Les particules, les matières colloïdales et les micro-organismes ont naturellement tendance à se déposer sur la membrane, ce qui nuit à son efficacité [24, 25]. C'est l'un des paramètres les plus importants pour la conception et le fonctionnement du processus de membrane d'osmose inverse. Il évalue la quantité d'obturation du filtre causée par le passage d'un échantillon d'eau à travers le filtre pendant 15 minutes. Le SDI est reconnu comme le test standard pour estimer le potentiel d'encrassement de la membrane [24, 25, 26].

30

Lorsque l'eau a des propriétés d'encrassement très élevées, elle peut être effectuée sur une période de 10, 5 ou 3 minutes. Notez que les gammes de valeurs ne sont pas du tout les mêmes pour différentes périodes de mesure (SDI3: 0 33.3, SDI5: 0 20, SDI10: 0 10, SDI15: 0 6.67). Il est donc exprimé en % / min.

Avec : Td est le temps total de filtration (3, 5, 10 ou 15 minutes) Ti est le temps initial (en s) pour filtrer 500 ml d'eau sur une membrane de 0,45μm à 2,05bar Tf est le temps final (en s) pour filtrer 500 ml après 15 min. Les fournisseurs de membranes recommandent un SDI inférieure à 3 en amont des membranes mais acceptent des valeurs épisodiques de 4. 

Modified Fouling Index (MFI) :

Schippers & Verdouw ont proposé un indice d'encrassement appelé MFI qui prend en compte les mécanismes d'encrassement [27, 28]. Ils faisant l'hypothèse que le seul mécanisme qui augmente la résistance apparente au cours du test de filtration est la formation d'un gâteau sur la surface de la membrane calculé par la relation suivante :

t : est le temps de filtration (s) V / A : est le volume de perméat produit par surface de membrane (m²) ΔP : est le TMP (Pa), A la surface de la membrane (m²) Rm : la résistance de la membrane (m- 1) Rc : la résistance du gâteau (m-1) α : est la résistance spécifique du gâteau Cp : est la concentration des particules dans l'eau d'alimentation η : est la viscosité dynamique de l'eau (N sm-²)

31

Le MFI pourrait être représenté par la valeur de la résistance spécifique du gâteau formé par les composants d'encrassement de l'eau déposée sur une membrane lors d'un test de filtration standard [28, 29]. Le principal avantage du MFI par rapport à SDI réside donc dans le fait que MFI est un indice dynamique qui prend en compte l'évolution de l'encrassement membranaire tout au long d'un test de filtration alors que SDI est uniquement basé sur une mesure initiale et finale. III-2 Total dissolved solids (TDS) : Puisque la salinité est directement proportionnelle à la quantité de chlore dans l'eau de mer, et parce que le chlore peut être mesuré avec précision par une simple analyse chimique, la salinité S a été redéfinie en utilisant la teneur en chlore [30]. La relation suivante est souvent utilisée:

III-3 - Les ions analysés:  Baryum : Les conséquences du baryum sur la santé dépendent de la solubilité dans l'eau de ses composés. Ces composés qui se dissolvent dans l'eau peuvent être nocifs pour la santé. L'absorption d'une quantité importante de ces composés peut provoquer des paralysies et, dans certains cas, la mort. De petites quantités de ces composés peuvent provoquer des difficultés respiratoires, des modifications du rythme cardiaque, une irritation de l'estomac, une faiblesse musculaire, … .  Fer et Manganèse : Le fer et le manganèse doivent être éliminés avant que l'eau n'alimente la membrane d'osmose inverse. L'explication est présentée ci-dessous : 

Fer (Fe) :

La chimie du fer, comme la spéciation inorganique et les complexes organiques, dans l'eau de mer est très complexe et n'est pas encore complètement comprise. L'hypothèse que la concentration en fer dissous est une variable clé qui contrôle les processus du phytoplancton dans les eaux de

32

surface des océans est prouvée aujourd'hui. Le fer est un micronutriment essentiel pour la croissance du phytoplancton, en tant que composante importante du processus biochimiques tels que le transport photosynthétique et respiratoire des électrons, la réduction des nitrates et des nitrites, la synthèse de la chlorophylle et un certain nombre d'autres réactions biosynthétiques ou dégradantes [32, 33]. Dans l'eau de mer oxique, le fer est présent principalement dans l'insoluble (solubilité extrêmement faible). Par conséquent, la croissance du phytoplancton est contrôlée par les solubilités de Fe3+. En général, le fer dans l'eau de mer oxique autour de pH=8 est présent principalement sous forme l'oxyhydroxyde de fer (FeOOH), qui a une solubilité extrêmement faible et thermodynamiquement stable [32, 33].

Figure III-1 : Dépôt de fer sur la membrane RO La limite recommandée par les fournisseurs de membranes pour le fer est inférieure à 50 μg/l en raison de son éventuelle oxydation sur les membranes qui endommage de façon irréversible la surface de la membrane. 

Manganèse (Mg) :

La chimie du manganèse dans l'eau de mer est complexe et dépend largement des conditions de pH et d'oxydoréduction. Mn2+ domine à un pH et un potentiel redox plus bas, avec une proportion croissante d'oxyhydroxydes de manganèse colloïdaux au-dessus de pH 5,5 dans les eaux non dystrophiques [34.35].

33

Les taux d'oxydation du manganèse augmentent avec l'augmentation du pH, L'ion Mn2+ est plus soluble que le Mn4+, par conséquent, le manganèse aura tendance à devenir plus bio disponible avec un pH et un potentiel redox décroissants. La présence de chlorures et de sulfates augmente la solubilité du manganèse. La limitation recommandée par les fournisseurs de membrane pour le manganèse est de 20 μg/L, en raison de son oxydation possible sur la membrane qui endommagera de façon irréversible la surface de la membrane. Les figures suivantes (figures III-2) montrent les dommages observés sur la membrane d'osmose inverse en raison de l'oxydation de Mn2+ en Mn4+ [35.36].

Figure III-2: Dépôt de MnO2 sur la membrane RO Les cours d'eau neutres avec des niveaux élevés de fer et de manganèse peuvent développer des fleurs de bactéries qui déposent du ferromanganèse avec des zones de dépôt d'oxyde. III-3- Huile et produit chimique : Parfois, des déversements d’huiles et de produits chimiques ont été détectés dans l'eau de mer. La gamme de la concentration est de 0 - 10 mg / L. Ceux-ci peuvent affecter l'usine de dessalement. L'huile et la graisse émulsifiées sont les principales sources d'encrassement liquide non miscible dans les installations de dessalement [22]. La limite acceptée par les membranes d'osmose inverse est = 0,1 mg/l.

34

III-4 Les algues : Les algues, dinoflagellés et les cyanobactéries constituent un groupe important et varié d’organismes photosynthétiques que l’on trouve dans les océans. Cependant la majorité des algues et des cyanobactéries sont des espèces unicellulaires qui flottent librement dans la colonne d’eau. Ils sont invisibles à l’oïl nu et forment collectivement un groupe connu sous le nom de phytoplancton. Une croissance excessive du phytoplancton peut se produire dans l’eau de mer côtière qui fait apparaitre l’eau de mer typiquement rouge ou brune près de la surface de l’eau (Figue III-3) [22].

Figure III-3 : Types d'algues trouvées dans l'eau de mer Les algues sont généralement caractérisées par une surface chargée négativement dans l’environnement aquatique naturel, c’est pour cela une filtrabilité maximale des algues a été observé lorsque des cellules algales étaient déstabilisées par neutralisation des charges qui est obtenue par coagulation chimique et floculation. et tandis que les algues sont naturellement moins denses que l’eau, ils sont difficiles à les éliminer par un traitement conventionnel tel que la sédimentation. C’est pour cela le DAF est le moyen principale et le plus efficace pour une élimination de 99% à 99.9% des algues (Figue III-4). Si non une mauvaise élimination peut entrainer le colmatage des filtres granulaires et des courts cycles de filtration [37,38].

35

Figure III-4 : Performance de DAF dans l’élimination des algues Les organismes algales de plus petite taille, comme le picophytoplancton, sont les le plus susceptible de constituer une menace pour les membranes d'osmose inverse, les comptes de bactéries et de phytoplancton semblent être positivement corrélés avec (a) la concentration de polysaccharides, composés organiques fortement encrassés pour l'osmose inverse, et (b) les valeurs SDI des eaux de mer brutes et prétraitées [37]. En effet, l'encrassement biologique dû à l'attachement des bactéries et à la croissance des membranes est une menace majeure pour l'osmose inverse et la présence de polysaccharides dans l'eau prétraitée augmente cette menace car ces composés organiques sont très susceptibles d'absorber a l’intérieure des membranes d'osmose inverse et ensuite être utilisé comme nutriments par les bactéries.  Chloropigments : La chlorophylle est un pigment indispensable à la photosynthèse des algues. Le dosage de ce composé sert donc à estimer la biomasse phytoplanctonique du milieu marin.. En effet la chlorophylle est une molécule complexe qui génère de nombreux sous-produits dont les spectres d'absorption sont presque tous similaires les uns aux autres. Deux méthodes sont généralement utilisées pour le dosage de la chlorophylle: la spectrophotométrie et la fluorométrie [14].  Carbone et azote organique particulier :

36

Le phytoplancton se trouve à la base de la chaîne alimentaire marine, il constitue nécessairement l'essentiel de la biomasse vivante présente dans les océans. Différentes méthodes d'analyses du carbone organique particulaire peuvent être choisies en fonctions des contraintes de travail (rapidité d'analyses, précision, moyens financiers...). Parmi les plus utilisées: le dosage du COP par voie humide. (Oxydation au persulfate) est une méthode simple, peu coûteuse et applicable à bord de navires océanographiques [14].

I-

Les phénomènes marins et leurs effets sur la qualité d’eau de mer :

IV-1 Phénomène du vent : Le vent est un déplacement horizontal de l’air produit par la force du gradient de pression (différence de pression entre deux points), cette force pousse l’air selon un cheminement précis : des zones de haute pression vers les zones de base pression [39]. Température La température diminue quand l’intensité du vent augmente, et augmente quand l’intensité du vent diminue [39]. Oxygène dissous A l’interface air/eau, les molécules d’oxygène peuvent diffuser de l’air vers l’eau, ou de l’eau vers l’air, selon le degré de saturation de l’eau en oxygène. L’eau à la surface de la mer peut donc se recharger facilement en oxygène [40]. Turbidité et MES Déplacement d’une masse d’eau océanique riche en MES sous l’influence du vent [41]. Hydrocarbures : Sous l’action du vent, les polluants sont très variablement mélangés avec des macro-déchets et débris, particulièrement les algues. Cependant ils peuvent être répartis suite à l’action de la renverse du courant d’air [42].

37

Pour les nappes relativement fraiches (de quelques heures à quelques jours), la forme et la répartition des épaisseurs (faibles, moyennes, fortes) dépendent essentiellement du vent. Le vent étale et allonge les nappes des hydrocarbures jusqu’à les découper en bandes parallèles puis les morceler. Les fortes épaisseurs se trouvent sous le vent. Par le vent très fort, les zones irisées tendent à disparaitre.

Figure IV-1: Mélange des hydrocarbures avec les autres déchets dans la mer IV-2 Les vagues, la houle, les marées et les courants marins : La marée représente un mouvement périodique intervenant sur le niveau de général des mers et des océans. Il s’agit d’une onde, sa période est de la demi-journée ou de la journée. La principale cause d’existence des marées est l’attraction des astres la lune et le soleil. Les houles et les vagues sont des oscillations périodiques du niveau de la mer, qui se manifestant de façon épisodique en fonction d’inégalités des pressions agissant sur la surface. Elles sont caractérisées par le fait que leur période, c'est-à-dire le temps qui s’écoule entre le passage en un point donné de deux crêtes successives, est inférieure à 30 secondes. Les courants marins sont des écoulements en général Turbulent caractérisés par leur vitesse instantanée et leur vitesse moyenne, ils sont générés par les marées, les vagues et les courants de surface [43]. Turbidité et MES : Les vagues, la houle la marée et les courants marins,

sont des agents hydrodynamiques

influençant sur le paramètre de la turbidité par la remise en suspension de sédiment fin présent au fond de la mer [41].

38

En hiver la concentration en MES est maximale, alors que en été la valeur de MES est minimale.

IV -3 Acidification des océans : Le dioxyde de carbone CO2, une fois rejeté par les industries et les voitures ne fait pas que rester dans l’atmosphère sous forme gazeuse, une partie est absorbée par l’eau en contact de l’océan, le CO2 entre en réaction avec les molécules d’eau H2O. Cette réaction produit d’une part l’acide carbonique H2CO3et d’autre part l’ion d’Hydrogène H+ La concentration de cet ion dans l’eau détermine son acidité [44]. Figure IV-2 acidification d’eau de mer pH : Le CO2 diffuse à l’interface air-mer et se mélange dans une couche d’une centaine de mètres grâce à l’effet mécanique du vent. En se dissolvant, il forme de l’acide carbonique, qui se dissocie en ions et se mêle autres espèces chimiques du système des carbonates, le CO2 est ainsi transporté dans les couches profondes de l’océan par les différentes masses d’eau. En se combinant à l’eau, le CO2 forme un acide faible. Cet acide carbonique tend à faire diminuer le pH des eaux de surface [44]. IV-4 Précipitation et évaporation : La salinité d’eau de mer dépend de deux phénomènes principaux qui sont la précipitation et l’évaporation. Par action du rayonnement solaire, l’eau contenue dans les mers et les océans va s’évaporer, l’eau passe de l’état liquide à l’état gazeux (vapeur d’eau) la quantité de vapeur d’eau que l’air peut contenir dépend de sa température. Plus il est chaud, plus il peut contenir de vapeur d’eau. Par contre la précipitation se fait quand les gouttelettes sont trop lourdes pour être portées par l’air, le grossissement des gouttelettes se fait soit par augmentation de la condensation, soit par réunion de gouttelettes due au mouvement d’air dans le nuage [45].

39

TDS : La salinité est dépendante, à l’interface air-mer des phénomènes d’évaporation qui tendent à l’augmenter, et des précipitations qui diluent les eaux. Ainsi le minimum de salinité est observé dans les régions où les précipitations sont fortes [45].

40

Chapitre III : Etude Expérimentale. Résumé : Ce chapitre évoque l’influence des phénomènes marins sur la qualité d’eau de mer, des bonnes pratiques pour mieux cerner les fluctuations de la qualité d’eau de mer et un modèle de reporting sur la qualité d’eau de mer ainsi que les performances en résultant de l’usine de dessalement

41

III-

Effet des phénomènes marins sur la qualité d’eau pompé :

Phénomène de précipitations : 

Précipitation avec l’ortho-

120

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

100 80 60

40 20 0

120

6

100

5

80

4

60

3

40

2

20

1

0

0

Précipitations Ortho-phosphate

Précipitations Silice

phosphate et Silice :

Figure I-1: variation de silice et l’ortho-phosphate avec la précipitation La présence des ortho-phosphates dans l’eau de mer est un élément primordial pour la subsistance des phytoplanctons, la quantité des ortho-phosphates (mg/l) dans le milieu marin est variable selon des phénomènes physiques (advection, diffusion), chimiques (précipitation, dilution) et biologiques (consommation, excrétion, régénération). En observant la courbe de variation des ortho-phosphates avec les précipitations, on remarque que cette variation est inversement proportionnel, car la concentration en ortho-phosphate est très faible pendant la période pluviale (Septembre-17 jusqu'à Janvier-18), ce qui explique par la dilution de l’eau de mer et aux conditions climatiques saisonnières qui déterminent l’activité biologique du milieu. La variation donne aussi un peak de concentration en Mai-17, cela revient aux rejets industriels au niveau du port (point de captage en surface).

42

Pour la variation de la silice avec les précipitations, est la même de l’ortho-phosphate. Pour la présence de Peak au mois de Septembre-17, cela due aux rejets industriels des usines.  Précipitation avec la turbidité : 120

12

100

10

80

8

60

6

40

4

20

2

0

0

Précipitation Turbidité

Figure I-2: Variation de la turbidité avec la précipitation A partir de la courbe, on observe une variation proportionnelle entre la turbidité et les précipitations, on remarque que les orages de début de saisons de pluies (Novembre-17, Décembre-17, Janvier-18) ont des effets beaucoup plus importantes qu’une faible pluie en continu pendant la saison sèche (Juin-17, Juillet-17, Aout-17). -Phénomène du vent :  Le vent avec la température : 18

19

16

18,5

14

18

12

17,5

10

17

8

16,5

6 4

16

2

15,5

0

15

Vent

43

Température

Figure I-3: Variation de la temperature avec le vent

Selon la courbe, on remarque les évolutions des moyennes mensuelles de température et du vent montrent qu’ils varient de façon inverse. L’intensité du vent est maximale entre Septembre-17 et Décembre-17, alors que les températures minimales sont enregistrées en cette période. Les températures maximales sont notées entre Mai-17 – Juillet-17, donc coïncidant avec l’affaiblissement de l’intensité du vent. 

Le vent avec la turbidité

25

12 10

20

8 15 6 Vent

10 4 5

Turbidité

2

0

0

Figure I-4: Variation de la turbidité avec le vent Les variations moyennes mensuelles de la turbidité sont relativement proportionnelles avec les vents, cela due à la régénération des houles sus l’action du vent provoquant la remise en suspension du sédiment qui, couplée avec de faibles hauteurs d’eau, entraine une très forte turbidité.

44

Phénomène des vagues  Les vagues avec la turbidité et l’ortho-phosphate 3,5

12

3

10

2,5

8

2 6 1,5 4

1

Vagues Turbidité Ortho-phosphate

0,5

2

0

0

Figure I-5: Variation de la turbidité et l’orthophosphate avec les vagues Selon la courbe on remarque une variation proportionnelle entre les vagues et la turbidité, et cela due à la remise en suspension des sédiments fins au fond de la mer surtout dans la saison froide (Novembre-17, Décembre-17, Janvier-18) ce qui mène à l’augmentation de la turbidité d’eau de mer, par contre en ce qui concerne l’ortho-phosphate sa variation est inversement proportionnelle avec les vagues.

45

IV-

Les bonnes pratiques pour mieux cerner les fluctuations de la qualité d’eau de mer :

Pour bien améliorer la qualité d’eau de mer de cette station, il faut suivre ces bonnes pratiques au niveau de l’Intake, DAF, UF ainsi que RO. II-1 Intake : Au niveau de l’Intake la mesure de SDI est la solution la plus appropriée pour contrôler la qualité d’eau de mer et contrôler le potentiel d’encrassement et le colmatage des membranes, cette mesure doit être réalisée par l’installation d’un appareil de mesure de l’SDI (3min).

Figure II-1 : Appareil de mesure de SDI Suite à cette mesure, si les valeurs sont inférieures à 33, l’eau de mer doit être acceptée pour alimenter l’usine de dessalement, par contre si elles sont supérieures à 33, l’eau de mer doit être rejetée par la fermeture des Batardos.

46

Figure II-2 : Batardos au niveau de l’Intake II-2 DAF : Le procédé de flottation à air dissous (DAF) s'avère être une option de prétraitement très efficace et rentable. Plusieurs fournisseurs des grandes usines de dessalement d’osmose inverse ont sélectionné le DAF comme prétraitement convenable. Pour un bonne perméat, il est recommandé de suivre c’est règles [22]. : -

La taille des bulles affecte grandement l'efficacité du processus de flottation, avec des bulles inférieures à 100 μm considéré comme le plus efficace.

-

Les bulles d’air de 20 à 50 μm sont considérées comme les meilleures pour la récupération des graisses.

-

La quantité d'air pouvant être dissoute dans un certain volume d'eau dépend de la pression et la température de l'eau et peuvent être calculées avec la loi de Henry:

Avec :

Cs : Concentration de saturation du gaz dans l’eau (g/m3) KD: Coefficient de distribution Cl : Densité spécifique de l’air à la température et à la pression (g/m3) MW : Poids moléculaire du gaz (g/mol) P : Pression d’air total (Pa) 47

R : La constante du gaz universelle ; R= 8.3142 (J/°k.mol) T : Température (°K) -

La vitesse ascendante peut être calculée avec la loi de Stokes :

Avec :

Vst : la vitesse croissante de la bulle d'air-agrégat (m/s) ρa : Densité de l'agrégat (kg/m3) ρω : Densité de l’eau (kg/m3) da : Diamètre de l'agrégat (m) II-3 UF : Nettoyage des membranes : L’eau de mer de l’usine de Jorf Lasfar se caractérise par une SDI très élevée, la contribution de SDI est donnée par des particules de très petites tailles et cela explique relativement les mauvaises valeurs de turbidité observée en amont des membranes de l’UF. Les membranes de l’ultrafiltration peuvent subir à l’encrassement, qui a semblé être de couleur brune à rouge. Après l’analyse, il a été conclu que la couleur de l'encrassement peut s'expliquer par la présence de niveaux élevés de fer et de matières organiques. La condition de nettoyage la plus appropriée était la suivante: acide oxalique 2%, température 35 ° C, temps de circulation 2 h, puis trempage 3 h, puis lavage à contre-courant. On peut voir qu'après ce protocole, le module peut être très bien nettoyé à nouveau et la perméabilité totale peut être restaurée [21]. Adsorption combinée à l'ultrafiltration pour éliminer les matières organiques de l'eau de mer : L’ultrafiltration par adsorption PAC (L’adsorption en poudre activé) montre l'élimination la plus élevée de la matière organique de l'eau de mer. D’après plusieurs études on a constaté que le couplage de l’ultrafiltration avec l’adsorption de charbon actif en poudre, permet d’améliorer l’élimination de la matière organique jusqu’à 70% et de réduire l’encrassement de la membrane UF [46].

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-

Etude sur l'adsorption en poudre activée/UF avec de l'eau de mer réelle :

Consiste à étudié l'adsorption en poudre activée (PAC) combiné avec L’UF, avec de l'eau de mer réelle et pour évaluer sa performance en termes d'élimination des matières organiques et l'encrassement de la membrane. Trois concentrations de PAC: 50, 100 et 200 mg L-1ont été étudiées.

Figure II-3 : Effet de la dose de PAC sur le taux de rétention Le premier point à noter est que l'UF seule a un taux de rétention égale 8,6%, par contre le taux de rétention de L’UF avec PAC à concentration de 50 mg/l égale 53,5%, et 69,1% à une concentration de 100mg/l et 70,4 mg/l à une concentration de 70,4%. On conclut que le taux de rétention augmente avec l’augmentation de la concentration de PAC. Pour évaluer la performance de PAC/UF dans l'élimination de la matière organique de l'eau de mer on ’a proposé cette étude. Cette figure présente La distribution du poids moléculaire de la matière organique à différents échantillons dans l'eau de mer, dans perméat d'UF seul, et dans les perméats de l'adsorption / UF combinaison [46].

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Figure II-4 : Chromatogrammes par HPLC de l'eau de mer et des perméats On observe qu’aucune différence évidente n'est observée entre l'eau de mer et perméat d'UF seul. En revanche, le couplage UF avec PAC réduit drastiquement le pic de matière organique environ 10 000 Da MW. Ces résultats confirment que l'adsorption par le charbon actif en poudre a permis une augmentation de la rétention de la matière organique par membrane UF [46].

II-4 RO : La prise en compte des paramètres hydrodynamiques comme la température et la pression est nécessaire pour augmenter la perméabilité de la membrane et donc le rendement de l’RO. La perméabilité de l’eau et aux sels augmentent avec l’augmentation de la température car l’augmentation de la température engendre une diminution de la viscosité des solutions, et par conséquent une augmentation de la densité de flux de perméat. En effet, la diffusivité de l’eau et des solutés augmente avec la température, par contre en ce qui concerne la pression d’alimentation est inversement proportionnelle à la perméabilité à l’eau et aux sels. Plus la pression d’alimentation augmente plus les perméabilités de la membrane à l’eau et aux sels diminuent. Dans ce sens on a recommandé d’installer un système de réchauffement utilisé où la température inférieure à 16°C pour l’augmenter à l’environ de 21-23°C [47].

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IV.

Modèle de reporting sur la qualité d’eau de mer ainsi que les performances en resultant de l’usine de dessalement

III-1 généralité sur Le modèle de reporting : Le reporting est un outil de suivi et d'évaluation des performances. Il est issu de la «responsibility accounting» qui est une notion apparue dès le début du XXème siècle dans les grandes entreprises américaines. Il s'agit du suivi permanent des résultats de l'activité de l’usine. Il sert à rendre compte du degré de réalisation des objectifs, il permet donc de savoir à tout moment : •D’où on vient •Où on est •Vers où on va Un modèle de reporting est un outil : • de mesure des performances par rapport aux objectifs • d’alerte et de diagnostic • de dialogue • d’information • de motivation des responsables Cette recherche doit être faite conjointement par le contrôleur et le responsable opérationnel Mission du reporting : Utilisé pour faire remonter les informations des unités élémentaires jusqu'au sommet de la hiérarchie, le reporting a pour mission principale, l'information de la hiérarchie sur l'état et l'évolution des unités décentralisées. Contenu du modèle: Cette technique permet de mettre en évidence tout écart significatif par rapport aux prévisions. dans lequel figurent les données significatives de production et des décisions visant à améliorer la performance à partir d’une comparaison des données réelles aux données préétablies.

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Il doit contenir toutes les informations permettant à la direction générale d'une part, de suivre certaines données essentielles, d'autre part de mesurer les performances des unités. III-1 Application du modèle de reporting sur la station dessalement : Ce modèle de reporting a été réalisé pour le but de suivre la qualité d’eau de mer avant son entré à l’unité d’osmose inverse ainsi que les performances en résultant de l’usine de dessalement. Dans ce sens on ’a consacré notre étude sur les quatre premières unités de filtration qui sont : la reprise d’eau de mer, après les filtres autonettoyants, après l’ultrafiltration et après Filtres à cartouches. D’après plusieurs recherches, on ‘a fixé les paramètres critiques de chacune de ces unités et suite à plusieurs réunions faites au sein de l’usine avec l’équipe de travail et le groupe de LPEE, on a fixé les valeurs maximales de ces paramètres critiques, et pour faciliter la lecture de ce modèle chaque paramètre a sa couleur particulière. Si les résultats dépassent ces valeurs, le modèle va les afficher avec des couleurs précises. Pour que le contrôleur faire attention et gérer le problème par des interventions adéquates. Tableau III-1 : les paramètres et leurs valeurs maximales au niveau de l’Intake

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Tableau III-2 : les paramètres et leurs valeurs maximales à la sortie des filtres Self-Cleaning

Tableau III-4 : les paramètres et leurs valeurs maximales du pereamt UF

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Tableau III-4 : les paramètres et leurs valeurs maximales après les filtres à cartouches

Pour compléter ce travail, d’une part, nous avons appliqués les conditions de ce modèle sur les analyses faites durant le mois Mars, et d’autre part, nous avons attaché la production à ces analyses au cours de cette période (Voir annexe 2, 3, 4 et 5).

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Conclusion : La prise d’eau de mer à Jord Lasfar est surfacique donc la qualité d’eau de mer à l’entrée de la station de dessalement dépend des variations saisonnières et changements climatiques. Afin d’améliorer et mieux cerner les fluctuations de la qualité d’eau de mer, nous avons essayé d’orienter nos recherches vers les phénomènes marins on marquant les effets de chaque phénomène sur les paramètres physico-chimiques et bactériologiques. Dans le même sens et pour limiter l’accumulation et agir contre tout type de colmatage plusieurs techniques et produits chimiques sont recommandés comme l’adsorption par charbon active avec l’ultrafiltration, Nettoyage chimique CIP … Dans chaque étape de procède, un ensemble d’analyses physico-chimiques et bactériologiques sont effectuées pour contrôler la qualité de l’eau produite, afin d’améliorer cette qualité on a compléter ces analyses par d’autres avec une recommandation des limites qui ne doivent pas être dépasser pour certaines paramètres avant l’entrée a d’osmose inverse. L’analyse de l’eau a montré qu’il y a une forte augmentation de la turbidité et une forte teneur du Fer III après l’étape de DAF par l’ajoute du coagulant (FeCl3) et l’entrainement des particules coagulées avec l’eau clarifiée à la sortie du DAF. Durant cette étape, on remarque un abattage léger de la teneur en silice, magnésium et l’Ortho-phosphate ainsi qu’une légère augmentation de la teneur en DCO et Al, ce qui explique l’élévation de l’SDI à l’entrée de l’Ultrafiltration. Pour l’unité d’osmose inverse, et suite à une comparaison des valeurs du Température, perméabilité, N perméabilité et le rendement on a constaté que la perméabilité augmente avec l’augmentation du température et donc le rendement augmente. Dans ce sens on a recommandé d’installer un système de réchauffement utilisé où la température est minimale.

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Annexe 1 : Schéma détaillé du processus de dessalement à l’usine de dessalement de JORF LASFAR

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Annexe 2 : Modèle de reporting pour la première semaine du mois Mars

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Annexe 3 : : Modèle de reporting pour la deuxième semaine du mois Mars

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Annexe 4 : Modèle de reporting pour la troisième semaine du mois Mars

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Annexe 5 : Modèle de reporting pour la quatrième semaine du mois Mars

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