Brevet FR3005310A1 — publié le 20141107

DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention concerne le processus de production d'eau potable et d'eau industrielle ultrapure. Les technologies misent en jeux et les champs d'application placent l'invention dans cinq domaines techniques spécifiques : - Le dessalement des eaux de mer et des eaux saumâtres ; - Le traitement des eaux usées ; - Le traitement des eaux douces (eaux fluviales, eaux pluviales) ; - Les fluides supercritiques (F.S.C) ; - L'énergétique. Le dessalement des eaux (eau de mer, eau saumâtre) est principalement effectué par les techniques d'osmose inverse et de distillation. Il s'agit de procédés qui généralement ont une alimentation électrique conventionnelle (réseau domestique ou groupes électrogènes). Ainsi, les modes de production classiques et standards, utilisent les énergies fossiles et/ou minérales assurant ainsi l'apport final en énergie électrique aux processus de dessalement 20 des eaux. Ces procédés industriels présentent par ailleurs une caractéristique commune : le rejet en fin de cycle d'une saumure à très forte salinité. Il devient alors nécessaire pour l'opérateur de diluer ces saumures afin de réduire les 25 risques pour les écosystèmes marins. La dilution suit des protocoles divers et variés, mais toujours consommateurs d'énergie et d'eau. Produire une eau potable ou industrielle ultrapure en dessalant l'eau (eau de mer, eau saumâtre) par techniques conventionnelles génère donc des saumures à forte salinité, 30 concoure à l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre et à la production de déchets ultimes. Le traitement industriel des eaux usées et des eaux douces (fluviales, pluviales) est effectué en suivant trois grandes techniques : les procédés physico-chimiques, les procédés biologiques, les procédés (techniques) membranaires. Les procédés physico-chimiques reposent sur les techniques de coagulation-floculation, décantation-flottation, filtration et désinfection. Ces techniques ont recours à de nombreux réactifs et additifs chimiques. Les procédés biologiques vont permettre d'éliminer les composés carbonés, l'azote et le 10 phosphore soluble dans l'eau à traiter (sucres, protéines, graisses, etc.) et non éliminés par les procédés physico-chimiques. Ces procédés ont recours aux bactéries et sont réalisés en milieu aérobie ou anaérobie. Les techniques membranaires (comme l'osmose inverse) vont permettre la séparation des 15 composés de l'eau par l'influence d'un potentiel chimique (différence ou gradient de concentration), différence de potentielle électrique, ou de pression hydraulique. La membrane constituera alors une « barrière » (liquide ou solide) qui sélectionnera les espèces chimiques moléculaires ou ioniques. 20 Comme pour le dessalement des eaux (eau de mer, eau saumâtre), il s'agit là de procédés qui ont une alimentation électrique conventionnelle (réseau domestique ou groupes électrogènes). De plus, ces procédés industriels de traitement des eaux usées et douces (fluviales, pluviales) présentent une caractéristique technique particulière : la production de boue. 25 Une fois produits, ces composés doivent faire l'objet d'autres traitements avant d'être déclarés déchets ultimes. Il s'agit dorénavant de produire de l'eau potable ou de l'eau industrielle ultrapure en ayant recours à des technologies radicalement différentes qui assureront une qualité de 30 produit optimale tout en diminuant les impacts environnementaux. Le procédé nouveau (écologique) de production d'eau potable ou d'eau industrielle utilise comme source d'énergie électrique une énergie renouvelable, le solaire photovoltaïque. La matière première « eau » provient des eaux de mer, des eaux saumâtres, des eaux 5 fluviales, des eaux pluviales et/ou des eaux usées. La technique d'extraction est associée aux caractéristiques intrinsèques des fluides portés à leur état supercritique. La production d'eau potable ou d'eau industrielle ultrapure par voie écologique est un 10 système de production utilisant une source d'énergie électrique non émettrice de gaz à effet de serre, une matière première « eau » indépendante des réseaux de distribution et une technique d'extraction qui génèrera un déchet totalement sec. Ce procédé se décompose en 7 processus distincts et interdépendants (plateaux): 15 1- Plateau 1 : Production d'électricité (solaire photovoltaïque). 2- Plateau 2 : Captage d'eau. 3- Plateau 3 : Traitement de l'eau (Fluide Supercritique). 4- Plateau 4 : Stockage de l'eau (potable ou industrielle ultrapure). 20 5- Plateau 5 : Récupération et conditionnement des déchets. 6- Plateau 6 : Utilités. 7- Plateau 7 : Contrôle commande et Distribution électrique. En combinant ces processus, une production continue d'eau potable ou d'eau industrielle 25 ultrapure devient possible sans utilisation d'énergie fossile et/ou minérale, d'eau de ville et d'additif chimique. Cette technique de production, maximise les possibilités offertes par la mer, les fleuves, les rivières, la pluie, les eaux usées et s'affranchie de tous les obstades énergétiques 30 associées à la production d'eau potable ou d'eau industrielle ultrapure. Les plateaux peuvent ainsi être décrits : Plateaux 1: Production d'électricité (énergie renouvelable) L'énergie électrique utilisée pour la production d'eau potable ou d'eau industrielle ultrapure provient de ce plateau. La centrale électrique (solaire photovoltaïque) comprend des équipements de production (modules), des équipements de mise en forme des courants et tensions (onduleurs, régulateurs de charge), des équipements de distribution et de contrôle. Cette centrale électrique a une puissance crête suffisante pour alimenter tous les systèmes électriques de production. Plateaux 2 : Captage d'eau Dans le cas d'un captage d'eau de mer, d'eau saumâtre, d'eau fluviale, l'unité de captage 15 est constituée d'un puits côtier, d'une pompe hydraulique. Dans le cas d'un captage d'eau de pluie, l'unité de captage est constituée d'un système de récupération des eaux de pluie, d'une pompe hydraulique. Le dimensionnement de ces équipements assure la prise d'eau et l'acheminement vers le 20 traitement (plateau 3). Les caractéristiques techniques (débits, pressions) sont proportionnelles aux besoins des systèmes de production d'eau potable ou d'eau industrielle ultrapure (plateaux 3). Plateaux 3 : Traitement d'eau - F.S.0 25 Le traitement de l'eau débute par une mise sous pression de l'eau captée (plateau2) par une pompe. Cette eau est acheminée dans un réacteur spécifique d'où elle est portée à son état subcritique ou supercritique. La mise sous très haute pression et température de cet équipement permettra d'atteindre l'état subcritique ou supercritique de l'eau captée. 30 La sélection subcritique ou supercritique détermine alors le type de production : eau potable ou eau ultrapure. En poussant ces effluents aqueux (eaux) dans leur état supercritique ou subcritique, les 5 constituants organiques et minéraux se séparent du solvant initial. Il s'opère alors une extraction et/ou élimination des minéraux, sels, nitrates, bactéries, virus, boues, métaux lourds, gaz dissous, etc. Le traitement F.S.0 s'effectue aussi bien à partir d'eau fortement souillées, salées, 10 saumâtre, ou encore à haut pouvoir colmatant. L'eau ainsi portée à son état subcritique ou supercritique est ensuite recueillie et acheminées dans des cuves de stockage (plateau 4). 15 Plateaux 4 : Stockage de l'eau (potable ou industrielle ultrapure) Des cuves permettent le stockage différencié des productions (eau potable, eau industrielle ultrapure). Ces équipements sont associés à des pompes afin d'assurer une circulation permanente dans les circuits. 20 Plateaux 5 : Récupération et conditionnement des déchets Les déchets secs de la production d'eau potable ou d'eau ultrapure sont récupérés dans les réacteurs, contrôlés, conditionnés et prêts à être valorisés. 25 Plateaux 6 : Utilités Les utilités constituent les fluides (et équipements connexes) nécessaires au bon fonctionnement des systèmes. Il s'agit d'air comprimé L'air comprimé et les équipements connexes sont utilisés pour le refroidissement des équipements et la ventilation des espaces fermés susceptibles d'être en contact avec les 30 gaz dissous présents dans les eaux captées. Plateau 7 : Contrôle commande et Distribution électrique Tous les plateaux seront alimentés en énergie électrique. Il s'agit d'effectuer la distribution de la puissance électrique, de commander et superviser tous les dispositifs et équipements. Ces éléments de commande et de distribution concernent : - La distribution électrique : courant fort et faible ; - Le fonctionnement (ou non) des équipements moteur, le contrôle commande associé ; - La supervision de l'ensemble des plateaux ; - La remontés des alarmes ; - L'acquisition des données ; - La gestion des sécurités. Un automate assure le transfert des données auprès de (des) l'opérateur(s) et des relais électriques. La programmation de ce dispositif permet la prise en charge global et l'interconnexion des systèmes. La production et l'approvisionnement en eau est un enjeu mondial capital. Les eaux produites sont destinée aussi bien à une consommation humaine domestique, qu'à une utilisation dans les processus industriels et agricole. La production et le recyclage des eaux industrielles, font désormais face à des exigences réglementaires et des contraintes technologiques sans précédents. Le challenge industriel est de produire toujours plus, en consommant toujours moins, tout en garantissant la parfaite maîtrise du respect de l'environnement. Dans l'industrie, l'eau est couramment employée comme réfrigérant, solvant, diluant, vecteur de dispersion, ou encore pour produire de la vapeur (alimentation de turbine). Les industries concernées sont alors très nombreuses : agroalimentaire, industrie pharmaceutique, textile, traitement de surface, énergie, etc. A partir de procédés innovants la plateforme permet une production d'eau ultra pure à partir d'une eau brute soufflée, salée, ou saumâtre. Il s'agit, de porter ces eaux brutes dans leur état supercritique, provoquant instantanément une purification totale de l'eau. Tous les procédés ainsi mis en jeux, sont alimentés par une source d'énergie renouvelable, solaire photovoltaïque et/ou éolienne, réduisant par conséquent l'impact environnementale. Le système présente de grands atouts pour certaines régions. Cette mode de production alternatif offre également aux producteurs et industriels, grands consommateurs d'eau, de nouvelles perspectives de développement.25 REVENDICATIONS1. Procédé de production d'eau potable ou ultrapure à partir d'eau douce ou salée caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a. Production d'électricité (solaire photovoltaïque). b. Captage d'eau. c. Traitement de l'eau (Fluide Supercritique). d. Stockage de l'eau (potable ou ultrapure). e. Récupération et conditionnement des déchets. f. Purge des systèmes (utilités). g. Contrôle commande et Distribution électrique. 2. Dispositif de production d'eau potable ou ultrapure pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend : A. Un champ Photovoltaïque (plateau 1) ; B. Un bâtiment de conditionnement de l'électricité photovoltaïque (Plateau 1) ; C. Un bâtiment de captage d'eau salée ou douce (plateau 2) ; D. Un bâtiment accueillant : a. Une zone « F.S.0 - Traitement de l'eau » (plateau 3 et 5) ; b. Une zone de conditionnement des déchets (plateaux 5) ; c. Une zone « salle de contrôle » (plateau 7) ; E. Une zone de stockage de l'eau potable ou ultrapure (plateau 4) ; F. Une zone d'accueil des « utilités » (plateau 6) ;