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12 mars 2024

La production d’eau douce à bord d’un navire est un aspect critique pour garantir une expérience confortable et sécurisée à bord des navires de croisière. Avec le vaste océan qui les entoure, les navires de croisière ont mis au point des méthodes ingénieuses pour transformer l’eau de mer en eau potable adaptée à divers usages à bord.

Deux principales techniques utilisées à cette fin sont l’osmose inverse et les évaporateurs. Ces technologies jouent un rôle essentiel pour répondre à l’énorme demande en eau douce nécessaire à la consommation, à la cuisine, au nettoyage et à d’autres fonctions essentielles pendant le voyage. Dans cette introduction, nous explorerons en détail les complexités de l’osmose inverse et des évaporateurs, en examinant leurs processus, leurs capacités et leur importance pour soutenir la vie à bord de ces villes flottantes sur la mer.

Dans le processus d’osmose inverse, l’eau de mer est pressurisée et poussée à travers une membrane semi-perméable, produisant de l’eau pure qui traverse la membrane tandis que la plupart des impuretés sont laissées derrière. En revanche, dans le processus d’évaporation, l’eau de mer est chauffée, et le condensat résultant est traité en conséquence.

Après la désalinisation, l’eau subit des processus supplémentaires de minéralisation, de désinfection et de stockage avant d’être distribuée dans tout le navire. Diverses méthodes telles que la chloration, l’ozonation et la radiation UV sont utilisées pour la désinfection. Outre ces deux principales méthodes, d’autres, comme le bunkering, ont été envisagées pour l’approvisionnement en eau des navires de croisière, mais l’osmose inverse reste dominante en raison de son efficacité.

Évaporateurs

Les évaporateurs à flash (ou évaporateurs partiels) sont des composants indispensables à bord des navires de croisière, avec leurs dimensions et positions soigneusement considérées pour un fonctionnement optimal. Traditionnellement, ils occupent un espace significatif, s’étendant longitudinalement sur toute la longueur de l’espace qu’ils occupent.

Principalement, placer les évaporateurs à flash dans les équipements moteurs maximise l’utilisation de la chaleur générée par l’eau de refroidissement à haute température des moteurs. Cette disposition garantit que la chaleur, qui serait autrement dissipée inutilement, soit utilisée de manière efficace dans le processus de distillation de l’eau. De plus, la proximité de l’appareil moteur réduit la charge de travail pour les pompes à haute température et minimise les pertes de pression dans le système, améliorant ainsi l’efficacité globale de la circulation. Cette circulation optimisée est essentielle pour maintenir le fonctionnement constant des évaporateurs à flash, cruciaux pour répondre aux besoins en eau douce du navire.

Le processus d’évaporation à flash lui-même est complexe et repose sur une série d’étapes soigneusement orchestrées. Il commence par le préchauffage de l’eau de mer à l’aide de l’eau de refroidissement à haute température des moteurs du navire. L’eau de mer préchauffée entre ensuite dans le premier réservoir flash, maintenu en conditions de vide. Dans cet environnement, l’eau de mer s’évapore rapidement, éliminant efficacement les sels et les impuretés. La vapeur résultante est ensuite dirigée à travers un dénebuliseur et condensée à nouveau en eau distillée, aidée par l’effet de refroidissement de l’eau de mer, qui absorbe l’excès de chaleur. En même temps, l’eau non évaporée, maintenant concentrée en sels, passe au deuxième réservoir flash, où le processus est répété, purifiant davantage l’eau. Cette approche en plusieurs étapes garantit une distillation et une purification approfondies de l’eau de mer, produisant une eau distillée de haute qualité adaptée à la consommation. L’eau distillée est collectée et stockée, sa qualité étant régulièrement surveillée à l’aide d’outils spécialisés tels que les salinomètres pour garantir le respect des normes de sécurité et de qualité.

Bien que le processus décrit ici offre un aperçu simplifié, les systèmes modernes à bord intègrent souvent des étapes supplémentaires et des technologies avancées pour optimiser l’efficacité et le rendement. Ces améliorations permettent aux évaporateurs à flash de produire de l’eau douce à une vitesse de 20 à 25 m3/heure, soumise à des variations de la température de l’eau de mer et des charges des moteurs.

En substance, les évaporateurs à flash sont des ressources indispensables dans l’industrie maritime, jouant un rôle crucial en fournissant une offre constante et fiable d’eau douce pour les divers besoins des passagers et de l’équipage à bord des navires de croisière. Leur intégration dans l’infrastructure du navire souligne leur importance pour garantir le confort et la durabilité des opérations maritimes.

Osmose Inverse

L’osmose inverse (RO) est une méthode courante pour produire de l’eau douce à partir de l’eau de mer sur les navires de croisière. Typiquement, une installation RO à bord est compacte, avec une empreinte plus petite par rapport à un évaporateur à flash, et a une capacité de 12 à 15 m3/heure en fonction de la qualité de l’eau de mer et des conditions des filtres. Les navires de croisière peuvent avoir une ou deux installations RO en fonction de leurs besoins.

Le processus de l’installation RO commence avec l’eau de mer fournie par une pompe d’alimentation à basse pression à travers un filtre à mailles grossières pour éliminer les impuretés de taille moyenne. L’eau passe ensuite à travers des filtres à sable pour une purification supplémentaire, éliminant les particules solides et les micro-organismes. Le contre-lavage des filtres à sable est nécessaire quotidiennement pour maintenir l’efficacité de l’installation. Ensuite, l’eau est traitée avec un produit chimique pour inhiber la formation de dépôts sur les surfaces des membranes RO. La filtration fine suit dans le filtre à cartouche, éliminant les impuretés plus fines avant que l’eau n’atteigne les membranes. Les pompes à haute pression fournissent ensuite de l’eau aux membranes, fonctionnant à des pressions de 50 à 70 bars pour séparer les sels dissous. Les membranes, organisées en 3 à 4 groupes, produisent de l’eau douce propre comme perméat et rejettent une solution de sels séparés. Le perméat se combine à la sortie de l’eau propre, tandis que le produit rejeté est soumis à un traitement supplémentaire avant d’être déversé en mer.

Comparaison entre les méthodes

Chaque méthode a ses avantages, limitations et applications spécifiques, les rendant complémentaires pour répondre aux divers besoins en eau des passagers et de l’équipage. Ci-dessous, nous comparons ces deux systèmes sur différents aspects clés :

1. Efficacité:

– Osmose inverse: Les systèmes RO sont hautement efficaces pour éliminer les sels et les impuretés de l’eau de mer, produisant de l’eau douce de haute qualité adaptée à la consommation et à divers usages à bord. Ils peuvent atteindre des taux de récupération de l’eau douce jusqu’à 50-60%.

– Évaporateurs: Les évaporateurs utilisent la chaleur pour évaporer l’eau de mer, laissant derrière eux les sels et les impuretés. Bien qu’efficaces, ils sont moins efficaces que les systèmes RO, atteignant généralement des taux de récupération de l’eau douce d’environ 25-30%.

2. Consommation d’énergie:

– Osmose inverse: Les systèmes RO nécessitent une entrée d’énergie notable pour faire fonctionner les pompes haute pression nécessaires pour pousser l’eau de mer à travers les membranes. Cependant, les progrès dans la technologie des pompes ont amélioré l’efficacité énergétique ces dernières années. Les pompes haute pression utilisées dans les systèmes RO consomment une part substantielle de cette énergie, généralement de 3 à 6 kWh par mètre cube d’eau douce produite. De plus, les équipements auxiliaires tels que les filtres à sable, les filtres à cartouche et les minéraliseurs contribuent également à la consommation totale d’énergie des centrales RO.

– Évaporateurs: Les évaporateurs consomment moins d’énergie que les systèmes RO car ils dépendent principalement de la chaleur pour l’évaporation de l’eau. Cependant, ils nécessitent toujours de l’énergie pour chauffer l’eau de mer et faire fonctionner l’équipement auxiliaire. La consommation d’énergie des évaporateurs est principalement déterminée par l’énergie nécessaire pour générer et maintenir la source de chaleur. Bien que la consommation spécifique d’énergie varie en fonction du type et de la taille de l’évaporateur, ainsi que des facteurs environnementaux tels que la température de l’eau de mer, la consommation d’énergie typique varie de 8 à 12 kWh par mètre cube d’eau douce produite. De plus, les évaporateurs peuvent également nécessiter de l’énergie pour l’équipement auxiliaire tel que les pompes et les condensateurs.

3. Maintenance:

– Osmose inverse: Les systèmes RO impliquent des processus de filtration membranaire complexes qui nécessitent une maintenance régulière pour garantir des performances optimales. Le nettoyage des membranes, le remplacement et la surveillance des paramètres du système sont des tâches essentielles.

– Évaporateurs: Les évaporateurs sont relativement plus simples en termes de conception et de maintenance par rapport aux systèmes RO. Un nettoyage régulier des échangeurs de chaleur et la surveillance des performances du système sont généralement suffisants pour maintenir le fonctionnement de l’installation.

4. Espace et installation:

– Osmose inverse: Les systèmes RO ont une empreinte compacte, les rendant adaptés à l’installation à bord des navires de croisière avec un espace limité. Ils peuvent être intégrés à l’infrastructure existante avec des modifications minimales.

– Évaporateurs: Les évaporateurs nécessitent plus d’espace que les systèmes RO en raison de la nécessité d’échangeurs de chaleur et de chambres d’évaporation. L’installation peut nécessiter une rénovation significative ou l’allocation d’un espace dédié.

5. Qualité de l’eau:

– Osmose inverse: Les systèmes RO produisent de l’eau douce de haute qualité avec une faible salinité et des impuretés minimales, respectant des normes strictes d’eau potable. L’eau est adaptée à la consommation, à la cuisson et à d’autres utilisations à bord.

– Évaporateurs: Bien que les évaporateurs éliminent efficacement les sels et les impuretés de l’eau de mer, la qualité de l’eau douce produite peut varier en fonction de la conception et de la maintenance du système. Un traitement supplémentaire pourrait être nécessaire pour répondre aux normes d’eau potable.

Gestion et utilisation de l’eau

La gestion de l’eau douce est un aspect critique pour assurer une expérience confortable et sûre aux passagers à bord des navires de croisière. Du boire au lavage et à l’hygiène, l’accès à une eau propre et potable est essentiel. Un des composants clés de ce processus est la distribution de l’eau douce depuis les réservoirs d’eau potable vers les cabines individuelles, un parcours qui implique plusieurs étapes pour maintenir la qualité et l’efficacité.

Au cœur du système de distribution d’eau douce sur les navires de croisière se trouvent les réservoirs d’eau potable. Ces réservoirs, généralement fabriqués dans des matériaux résistants à la corrosion tels que l’acier inoxydable, sont soigneusement surveillés et entretenus pour respecter des normes strictes de santé et de sécurité. Avant d’entreprendre un voyage, les réservoirs sont remplis d’eau traitée provenant de structures à terre ou produite à bord grâce à des systèmes avancés de désalinisation ou de purification. Avant d’entrer dans les réservoirs d’eau potable et indépendamment du système utilisé, l’eau produite nécessite un traitement supplémentaire pour la consommation.

Les minéralisateurs remplis de minéraux tels que la calcite régulent le goût, le pH et la dureté, rendant l’eau sûre pour la consommation. Le dioxyde de carbone est souvent ajouté pour contrôler le pH pendant la re-minéralisation. Le chlore est dosé pour désinfecter l’eau, sa concentration étant régulièrement surveillée pour répondre aux normes de l’USPHS (l’organisme de contrôle de la santé publique des États-Unis). Certaines navires peuvent utiliser des dosages acides pour le contrôle du pH. Après la minéralisation, la chlorination et le traitement du pH, l’eau est stockée dans les réservoirs d’eau potable, assurant la stabilité du navire. La consommation à partir des réservoirs suit un ordre spécifique pour permettre au chlore de se déposer, avec la concentration résiduelle de chlore contrôlée avant l’utilisation. L’eau destinée à la consommation doit également répondre aux normes de chloration, dépassant généralement les exigences de l’USPHS pour assurer la conformité.

Une fois que le navire prend le large, l’eau de ces réservoirs devient la principale source d’eau douce pour les passagers et l’équipage. Pour garantir que cette eau reste sûre pour la consommation, elle est soumise à des procédures régulières de tests et de traitement. Cela inclut la filtration pour éliminer les impuretés, la désinfection pour tuer les bactéries et les virus nuisibles, et l’ajustement du pH pour maintenir une qualité optimale. Lorsqu’un passager ouvre le robinet dans sa cabine, commence le voyage de l’eau douce depuis les réservoirs. L’eau est pompée à travers un réseau de tuyauterie qui traverse l’ensemble du navire, la distribuant à divers points tels que les lavabos, les douches et les toilettes. Tout au long du parcours, des régulateurs de pression et des vannes aident à contrôler le flux et la distribution de l’eau aux différentes parties du navire.

Pour améliorer davantage l’efficacité hydrique et la conservation, les navires de croisière modernes sont équipés de technologies avancées telles que des robinets et des douches à faible débit, ainsi que des systèmes basés sur des capteurs qui interrompent automatiquement la distribution d’eau lorsqu’elle n’est pas utilisée. Ces mesures contribuent non seulement à réduire la consommation d’eau, mais également aux objectifs de durabilité des compagnies de croisière.

En conclusion, tant l’osmose inverse que les évaporateurs jouent des rôles vitaux dans la production d’eau douce à bord des navires de croisière, offrant des avantages et des défis distincts. Alors que les systèmes RO excellent en efficacité et en qualité de l’eau, les évaporateurs fournissent une alternative fiable avec une consommation d’énergie moindre. Le choix entre ces technologies dépend de facteurs tels que la disponibilité d’espace, les objectifs d’efficacité énergétique et les exigences de qualité de l’eau. L’installation d’eau potable, quant à elle, constitue l’un des systèmes les plus complexes et délicats en raison de la nécessité de fournir de l’eau à plus d’un millier de cabines, potentiellement simultanément, en eau chaude et froide. Une conception correcte, mais surtout une gestion correcte du système, sont donc fondamentales pour garantir qu’il reste toujours efficace et opérationnel.

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Luca Paglia

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