Pollution marine - E

INTRODUCTION :
La nécessité de dessaler l’eau de mer se fait de plus en plus pressante dans de
nombreuses parties du monde. Au cours des années 1950 – 1990, la consommation
mondiale d’eau a triplé, tandis que la population de la planète augmentait de 2,3 milliards
d’habitants.
En Méditerranée, les besoins en eau présents et futurs accusent une croissance
effective. On estime que, d’ici à 2010, les demandes en eau augmenteront de 32% au moins
pour les pays du sud et de l’est. Il va de soi que des besoins d’une telle ampleur ne peuvent
être uniquement couverts et satisfaits que si l’on a recours à des ressources en eau non
conventionnelles, comme le recyclage et le dessalement de l’eau.
Le dessalement est depuis longtemps une source d’eau importante dans certaines
parties de la Méditerranée. Les usines de dessalement se trouvent dans les régions ayant un
climat chaud, une pluviométrie relativement faible et imprévisible et où les ressources en eau
ne peuvent répondre aux demandes de pointe de la période touristique.
Le dessalement de l’eau de mer est, dans les pays méditerranéens, une industrie en
essor constant. Cette forme de ressource en eau pratiquement illimitée consomme de
l’énergie et elle a des impacts sur l’environnement. Ces impacts proviennent principalement
du concentré (saumure) produit au cours du dessalement, mais aussi des rejets de produits
chimiques utilisés dans les procédés de dessalement.
Bien que le nombre de publications scientifiques consacrées à la question soient
restreint, le rejet de concentré dans la mer appelle une vigilance particulière
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Et une évaluation scientifique des impacts possibles sur le milieu marin.
Il ne fait aucun doute que les pays méditerranéens qui utilisent le dessalement pour
couvrir leurs besoins en eau douce devraient appliquer des lignes directrices ou des
procédés appropriés pour l’élimination de la saumure
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Pollution marine :
La pollution marine résulte de tous les produits rejetés dans les mers et les océans en
conséquence de l'activité humaine. Cette pollution arrive dans le milieu marin par le vecteur
des voies fluviales, des vents, de l'air en basse altitude ou est directement rejetée à la mer.
les particularités du milieu marin :
Généralités :
La terre et les océans :
La surface de la terre est composée d'océans (376 millions de kilomètres carrés) et de
continents (135 millions de kilomètres carrés). L'océan Pacifique a une surface supérieure à la
totalité de la superficie des continents (180 millions de kilomètres carrés).
Il n’y a pas pollution d’un milieu sans souillure et dégradation de celui-ci. Qui dit pollution
marine pense obligatoirement à une altération de la qualité du milieu marin, le plus vaste
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des écosystèmes de la biosphère (1,4 milliard de km3) dont la profondeur atteint en moyenne
3800m.
La qualité du milieu marin est menacée parce que l’Océan, ce vaste réservoir de protéines
(15% des apports), loin d’être inépuisable et inaltérable, sert d’exutoire mondial à l’ensemble
des déchets produits par les activités humaines, qu’ils proviennent de l’urbanisation, de
l’agriculture ou de l’industrialisation.
En fait, il n’y a pas une mais des pollutions marines comme il y a plusieurs types de
pollutions terrestres ou de pollutions limniques, ceci suivant :
Le type de polluant majeur : pollution par la matière organique, pollution microbienne
pollutions chimiques par les métaux lourds, les TBT ou les pesticides, pollutions spécifiques
par les déchets radioactifs et les hydrocarbures , pollution minérale , pollution par les
matières solides, pollution thermique…
La nature du milieu récepteur : pollutions marines liées à la pollution atmosphérique .
La source de pollution : pollution industrielle, agricole ou urbaine.
Les subdivisions du milieu marin : pollutions côtière, océanique, lagunaire, portuaire.
En fait, les altéragènes du milieu marin ne deviennent véritablement polluants que si ceux-ci
portent atteinte aux organismes marins et par voie de conséquence à l’espèce humaine qui
exploite les ressources marines.
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Pollution marine par les rejets des saumures dans
le dessalement
Le dessalement :
Le dessalement de l’eau est un moyen d’obtenir de l’eau potable qui est de plus en plus
utilisée à l’échelle planétaire. Celui-ci permet de répondre au besoin des populations de
certaines régions ou l’eau douce est rare ou inexistante. Déjà les impacts associés aux
procédés répandus que sont l’osmose inverse et la distillation sont bien connus. Il est
clair que ces technologies comportent un lot d’impacts environnementaux mais que les
bénéfices du dessalement l’emportent sur ceux-ci.
Les recherches dans le domaine des nanotechnologies ont permis de créer une
membrane à base de nanotubes de carbone qui faciliterait le dessalement de l’eau.
Cette alternative prometteuse permettrait selon ceux qui l’ont mise au point de réduire la
consommation d’énergie nécessaire au dessalement et éliminerait en partie les
contraintes des membranes conventionnelles. Étant donné le côté innovateur des
nanotechnologies et l’inconnu qui entoure celles-ci, il importe de réaliser une analyse
minutieuse des impacts associés à tout produit qui en est issu tout en faisant preuve de
précaution. Le procédé intégrant la nanomembrane est donc comparé aux technologies
actuelles de dessalement pour déterminer s’il constituerait une alternative valable.
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La description des technologies disponibles, l’identification et la pondération des critères
d’analyse ont permis de déterminer qu’il était encore tôt pour établir si une
nanomembrane à base de nanotubes de carbone pouvait révolutionner le monde du
dessalement. En effet, les données concernant cette nanotechnologie sont encore
insuffisantes. Du point de vue toxicologique, les impacts des nanotubes de carbone sont
encore peu connus. De plus, la faisabilité, du procédé, sur une grande échelle n’a pas
encore été prouvée.
Il existe cependant d’autres moyens de réduire les impacts du dessalement sur
l’environnement qui sont disponibles dès maintenant. L’utilisation d’énergies
renouvelables et le recours à la valorisation de la saumure avant son rejet font partie de
ceux-ci et ils correspondent mieux au principe de développement durable. C’est donc,
vers ceux-ci que l’industrie du dessalement devrait s’orienter en attendant d’avoir les
réponses aux questions soulevées concernant les nanomembranes et les nanotubes de
carbone.
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Osmose inverse (OI) :
Le procédé OI consiste à séparer les substances dissoutes d’une solution salée
pressurisée en la faisant diffuser à travers une membrane. En pratique, l’eau d'alimentation
est pompée dans une cuve étanche où elle pressurée contre la membrane. À mesure qu’une
fraction de l’eau diffuse à travers la membrane, la teneur en sels de la fraction restante
augmente. Dans le même temps, une partie de cette eau d’alimentation est rejetée, sans
diffuser à travers la membrane.
Sans ce rejet régulateur, l’eau d’alimentation pressurisée continuerait à accroître sa
concentration en sels, ce qui engendrerait des problèmes tels que la précipitation des sels
sursaturés et une pression osmotique accrue à travers la membrane.
Un système OI se compose des éléments de base suivants :
· Pré-traitement
· Pompes à haute pression
· Bloc membrane et
· Post-traitement
Les éléments ci-dessus sont illustrés en détail auer le schéma de fonctionnement
d’une unité OI .
Les dix dernières années ont été marquées par l’essor du procédé OI. Bien que le
concept de ce dernier n’ait pas fondamentalement changé, il a donné lieu à des
améliorations constantes en ce qui concerne l’efficacité des membranes, la récupération
d’énergie .
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le contrôle des opérations sur membrane et les enseignements tirés de
l’exploitation, ce qui a permis une réduction globale du coût de l’eau produite par ce procédé.
Distillation par détente à étages multiples (Distillation «Multistages Flash »
( MSF):
Dans le procédé MSF, l’eau de mer est chauffée dans une chaudière. Cela est
généralement fait en condensant la vapeur sur un faisceau de tuyaux véhiculant de l’eau de
mer qui passe à travers la chaudière. Cette eau de mer chauffée coule alors dans une autre
cuve correspondant à un autre étage où la pression ambiante est plus basse, si bien que
l’eau commence aussitôt à bouillir. L’introduction soudaine de l’eau chauffée à chaque étage
déclenche une détente et son évaporation instantanée («flash»). En général, seule une
petite fraction de cette eau est convertie en vapeur, en fonction de la pression maintenue à
l’étage, étant donné que l’ébullition continuera jusqu’à ce que l’eau retombe au point
d’ébullition.
Le concept de distillation de l’eau dans des étages successifs dont chacun est
maintenu à la pression inférieure à la pression saturante correspondant à la température de
l’eau dans l’étage n’est pas nouveau et est appliqué depuis plus d’un siècle. Dans les
années 1950, une unité MSF qui comportait des étages en série maintenus à des pressions
de plus en plus basses a été mise en place. Dans cette unité, l’eau d’alimentation circule
d’un étage à l’autre et est portée à ébullition à plusieurs reprises sans que l’on augmente la
chaleur. Habituellement, une usine MSF comporte 15 à 25 étages.
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Les constituants présents dans ces eaux résiduaires rejetées par les usines de
dessalement dépendent dans une large mesure de la qualité de l’eau d’alimentation, de la
qualité de l’eau douce produite et de la technique de dessalement adoptée. Cependant, les
rejets des usines de dessalement ne comprennent pas seulement l’effluent de saumure
concentrée, les désinfectants et les agents antisalissures (antifouling)
mais également des eaux chaudes et des effluents aqueux tels que les distillats et
condensats d’éjecteur.
L’autre trait marquant des procédés de dessalement est qu’ils nécessitent un apport
d’énergie thermique ou mécanique afin de réaliser la séparation de l’eau douce et de l’eau
salée d’alimentation. Cet apport d’énergie se traduit par une hausse de la température de la
saumure éliminée et par des rejets thermiques
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Rejets chimiques :
Toutes les usines de dessalement utilisent des produits chimiques pour le
prétraitement de l’eau d’alimentation ainsi que le post-traitement de l’eau produite. La plupart
des produits sont utilisés avant tout comme agents biocides, antitartre, antisalissures et
antimousse, et ils finissent par modifier la composition de la saumure concentrée. La
présence de certains métaux, qui sont des produits de la corrosion du circuit, influent aussi
sur la composition de la saumure concentrée.
Ces produits chimiques ne sont pas les mêmes pour les principaux procédés de
dessalement, à savoir MSF et l’osmose inverse. Les phases de pré- et de post-traitement
Les produits chimiques rejetés dans le milieu marin se répartissent entre les
catégories suivantes:
Produits de la corrosion :
Les usines de dessalement à procédé thermique rejettent du cuivre, du nickel, du fer,
du chrome, du zinc et d’autres métaux lourds en fonction des alliages présents dans la filière
de production,
Agents antitartre :
Les dépôts de tartre se forment sur les surfaces du matériel de dessalement
industriel. La présence de tartre entraîne immanquablement des difficultés d’exploitation
et/ou une perte de rendement. Dans le procédé par distillation, le tartre réduit le taux de
transfert de la chaleur à travers les parois atteintes et réduit le débit de liquide dans les
tuyaux
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Agents antisalissures :
Les salissures («fouling») constituent un processus à phases multiples dans lequel
interviennent de nombreux groupes d’organismes. Elles commencent par l’adsorption de
substances polymères de l’eau non traitée sur les surfaces solides, ce qui permet la
formation d’un film précurseur pour la colonisation par des bactéries. À ce premier biofilm
adhèrent des périphytes, puis des microalgues, des protozoaires et des champignons, et
enfin des débris, détritus et particules inorganiques.
Agents antimousse :
La mousse produite par l’eau de mer aux étages du procédé de distillation multiflash est
imprévisible mais a tendance à poser un problème plus grave quand les séparateurs sont
proches de la surface du courant de saumure, ce qui ne permet de séparer qu’un volume
réduit en phase aqueuse et phase vapeur.
La saumure concentrée :
Les usines de dessalement rejettent en fait la même charge de constituants de l’eau
de mer que celle qu’elles ont reçue, mais dans un volume d’eau moindre
Impacts sur l’environnement :
Les divers types de polluants résultant des différents procédés appliqués dans les
usines de dessalement (distillation et osmose inverse) ont déjà été identifiés
Une grille présentant les impacts néfastes sur l’environnement associés aux
procédés de dessalement S, les impacts les plus prononcés sont dus aux produits chimiques
qui favorisent les phénomènes d’eutrophisation dans les eaux réceptrices ainsi qu’aux
désinfectants.
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Ces stations utilisent aussi des substances polluantes :
les autres problèmes en jeu, le WWF/Adena met aussi en garde contre le rejet de saumure [de
l’eau très concentrée en sel] par ces stations dans les eaux littorales. Ces rejets peuvent
endommager les herbiers de posidonies, une plante sous-marine, des écosystèmes essentiels à
la vie aquatique. Jusqu’alors, les réseaux sous-marins qui évacuent la saumure à 5 kilomètres
des côtes ont permis de résoudre ce problème, comme c’est le cas dans le bassin de la Segura,
mais ces dispositifs sont coûteux.
Diffusion des saumures :
Le rejet des saumures résultant du dessalement dans le milieu marin, du fait de leur forte
concentration en sel, est considéré comme le principal risque du procédé pour
l’environnement et les écosystèmes marins sensibles.
Degrémont met tout en oeuvre, dans la conception des installations et dans l’exploitation des
usines, pour contrôler et minimiser la perturbation des écosystèmes. La solution apportée par
Degrémont s’appuie sur les systèmes plus performants en la matière.
En premier lieu, l’emplacement du rejet est soigneusement choisi en fonction des flux marins,
afin d’éviter les zones biologiques sensibles et de favoriser la dispersion des saumures.
L’utilisation de modèles de courants et la cartographie des écosystèmes les plus sensibles
permettent de choisir judicieusement ces emplacements. Localement, des études de
bathymétrie sont réalisées afin de déterminer la meilleure localisation pour les rejets, par
exemple dans un courant fort, permettant ainsi un mélange rapide. L’énergie envoyée aux
diffuseurs peut accélérer ce mélange.
Afin d’éviter la perturbation du milieu par une concentration en sel trop élevée, les saumures
sont rejetées à travers un système de diffuseurs, qui permettent de diluer rapidement la salinité
et de retrouver les concentrations du milieu natuLà encore, concernant les rejets de
eaux rejetées sont à la même température que les eaux du milieu, évitant la perturbation de
l’équilibre aquatique et l’invasion d’espèces indésirables. Ceci constitue un des avantages de
la solution par osmose inverse par rapport au procédé thermique, qui rejette de très gros débits
avec un écart de température
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Dispersion et diffusion des polluants dans le milieu marin :
Le long voyage des polluants :
les activités industrielles peuvent entrainer des ecoulements des polluants qui finissent dans
l'océan. Les courants et les vents transportent ces polluants sur des milliers de kilomètres.
L'Antarctique est ainsi touché par des polluants venus de l'autre bout du monde. Des quantités
anormalement élevées de certains de ces produits chimiques auraient même été retrouvées
dans le corps d'Inuits, dont l'alimentation est riche en graisses d'animaux marins, là où
s'accumulent les polluants
Hydrodynamisme :
Qu’est qu’un courant marin :
Un courant marin est un déplacement d'eau de mer caractérisé par sa direction, sa vitesse et
son débit. On distingue deux types de courants. La Terre reçoit de façon inégale l'énergie
solaire : elle n'est pas la même selon que l'on se trouve au pôle (car les rayons arrivent de
manière très inclinée) ou à l'équateur. La zone intertropicale reçoit ainsi autant d'énergie que
le reste de la planète. Ce déséquilibre met en mouvement l'atmosphère et les océans qui vont
rééquilibrer thermiquement l'ensemble. Il génère aussi des vents qui sont les facteurs
principaux des courants de surface. Ces mouvements sont influencés par une force due à la
rotation de la Terre, appelée force de Coriolis. Ce déséquilibre entraîne également des
différences de température suivant la latitude. Cette différence de température entraîne une
différence de salinité de l'eau et donc de densité, créant ainsi les courants de profondeur.

Si les mouvements de l’océan contribuent largement à la régénération des eaux
marines et aux déplacements des organismes, ils influent aussi sur les activités humaines
littorales (notamment sur les activités de pêche) ; ils peuvent également participer à la
dispersion horizontale et verticale des polluants, à la remise en suspension des contaminants
chimiques piégés dans les sédiments superficiels des zones polluées ainsi qu’à la
contamination des sites vierges. Des forces cosmiques ou atmosphériques sont à l’origine de
l’hydrodynamisme océanique, tantôt cyclique, tantôt apériodique.
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Tous les mouvements marins sont influencés par la force de Coriolis (accélération due à la
rotation de la terre). Ils comprennent :
Les courants généraux :
Les courants généraux ou planétaires sont très importants car ils déplacent des millions de
mètres cubes d'eau à la seconde.
Véritables fleuves marins d'eau chaude ou froide, il sillonnent les océans. Exemple, le GULF
STREAM qui naît dans la mer des Antilles et se déplace vers l'Atlantique Nord, vers le Pôle.
Ces courants sont mit en mouvement par les vents, puis leur direction est influencée par la
rotation de la Terre. Ainsi se forment plusieurs tourbillons dans chaque océan.
Ces courants correspondants sont généralement faibles (vitesse inférieure au nœud)
Les marées :
ces mouvements cycliques, déterminés par l’attraction simultanée de la lune et du soleil ainsi
que par le mouvement rotationnel de la terre provoquent une élévation de l’hydrosphère.
Leurs effets sont variables selon la province (amplitude faible de quelques centimètres en
haute mer), la région océanique (amplitude importante dans les régions tempérées) et le profil
des côtes (amplitude forte de plusieurs mètres quand se produit le phénomène de résonance
comme sur certaines côtes Atlantiques). La rythmicité des marées affecte essentiellement les
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zones côtières. Les ondes et les courants de marée, notamment dans les zones estuariennes,
dispersent horizontalement les apports terrigènes et tendent à diluer les polluants.
La houle :
phénomène ondulatoire de surface à l’origine de la formation de vagues, est engendrée par le
frottement des vents à la surface de l’océan ; la houle dépend de la vitesse (Voir tableau cidessous) et de la durée des vents ainsi que de l’étendue de la surface océanique sur laquelle ils
s’exercent. La houle génératrice d’énergie participe au modelage du rivage en se brisant
dessus, au brassage des eaux superficielles et à leur auto- épuration mais non à une véritable
dispersion des polluants.
Vitesse du vent telle qu'estimée par l'échelle de Beaufort
Hauteur
Beaufort
Vitesse
(nœuds *)
probable
Effet
des
vagues
(en m)
1
1- 3
Très légère brise
2
4- 6
Légère brise
3
7-10
Petite brise
4
11-16
Jolie brise
5
17-21
Bonne brise
6
22-27
Vent frais
4
7
28-33
Grand frais
5,5
8
34-40
Coup de vent
9
41-47
Fort coup de vent
17
0,1
1,5
10
10
48-55
Tempête
11
56-63
Violente tempête
12
> 64
Ouragan
12,5
*un nœud = un mille marin/ heure =1852 m/h
Les courants marins qui correspondent à des déplacements permanents des masses d’eaux sur
de longues distances exercent une influence primordiale dans la dispersion des polluants et/ou
leur relargage ; ce sont :
les courants de marées, locaux et superficiels, qui résultent des marées;
les courants de vents qui intéressent les couches superficielles de l’océan et qui sont
plus importants dans les zones océaniques chaudes à plus grande viscosité.
Courants de surface dans l'Atlantique nord au mois de février et mars
(tiré de H.Lacombe, Cours d'océanographie physique, Paris : Gauthiers-Villars, 1965)
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Ceux qui sont engendrés par les vents alizés dominants provoquent de grands mouvements
giratoires des masses océaniques à faible vitesse ; les courants océaniques sont de grands
régulateurs des climats, certains étant chauds comme le Gulf Stream et d’autres froids comme
le courant du Labrador. Les zones où deux courants se rencontrent constituent des zones très
productives, appelées zones de convergence.
Tiré de: Tchernia, Paul, Cours d'océanographie générale (1969). Service
hydrographique de la marine, Ministère des armées, Paris.Vol. 1 & 2.
Convergence équatoriale
Convergence équatoriale suite à la présence des alizés en février
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les courants de densités ou courants thermo-halins qui résultent de différences de
densité entre deux masses d’eaux océaniques qui s’affrontent. Celles-ci sont consécutives à
l’existence, selon la latitude et le profil sous-marin de l’océan, de gradients thermique et halin.
Ces courants peuvent provoquer la remontée des eaux profondes en surface et au contraire la
descente en profondeur des eaux de surface au niveau de zones très productives, appelées
zones de convergence, comme par exemple celle de l’Antarctique.
Tiré de: Tchernia, Paul, Cours d'océanographie générale (1969)
des courants verticaux qui assurent un brassage vertical des eaux. En bordure des continents
constituant une barrière, les vents dominants sont déviés ; il s’en suit la naissance de deux
courants de sens opposés (courants d’impulsion et de compensation) à l’origine d’une
descente les eaux superficielles en profondeur et d’une remontée en surface des eaux
profondes riches en sels nutritifs (zone d’upwelling).
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Ces zones (côtes de Californie, du Pérou, de Mauritanie) sont très productives. les courants de
pressions barométriques qui dépendent de la topographie du relief sous-marin
Les courants côtiers ou de débris
Ils ont pour origine les vagues, les vents, les inégalités du sol.
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Conclusion
L’évaluation de l’impact de rejets de substances polluantes en milieu marin, que ce soit en
situation normale ou accidentelle est un enjeu essentiel de l’aménagement littoral.
Les modèles hydrodynamiques permettent de simuler la dispersion de substances solubles.
Le déplacement et la dilution de substances chimiques en solution dans l’eau de mer. Un des
intérêts majeurs de tels modèles est d’autoriser des comparaisons directes entre des
concentrations de substances solubles obtenues par des simulations, avec des résultats de
mesures, les données de terrain résultant généralement du transport des substances dans l’eau
de mer sur des distances de plusieurs dizaines ou centaines de kilomètres, durant des semaines
et des mois
Pour cela il faut lutter contre les polluants à ses origines et mobiliser tout les moyens
possibles pour une intervention rapide efficace pour inclure cette pollution avant sa
dispersion.
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Références bibliographiques
www.multimania.com
www.ns.ec.gc.ca
Tchernia, Paul, Cours d'océanographie générale (1969). Service hydrographique de la
marine, Ministère des armées, Paris.Vol. 1 & 2.
H.Lacombe, Cours d'océanographie physique, Paris : Gauthiers-Villars, 1965
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