Matériels et appareils utilisés au laboratoire

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Notions du prétraitement

L’intérêt principal d’un prétraitement est de s’assurer que l’échantillon ou la matière première à traiter n’est pas préalablement contaminée. Parmi les espèces présentes dans l’eau de mer (voir annexe 7.3), certaines sont dangereuses à la santé au-delà d’un seuil limite de concentration ; le plomb par exemple [52]. Dans le cas de notre étude et en vertu du cadre de master (défini comme une initiation à la recherche), nous avons travaillé sur treize éléments de potabilité parmi les 60 cités dans l’annexe 9. Ces treize paramètres étudiés sont regroupés en trois catégories :
o paramètres physiques : conductivité, pH, salinité et turbidité. Cette dernière peut nous conduire à étudier les matières en suspension.
o Paramètres chimiques : chlorure, fluorure, nitrates, nitrites, phosphate et sulfate.
o Paramètres toxiques : plomb et cadmium.

Quelques techniques du prétraitement.

Après la caractérisation des paramètres polluants cités précédemment, certaines techniques de prétraitement peuvent être éventuellement nécessaires avant la production proprement dite. Cette éventualité est étroitement relative à la concentration de chaque paramètre conformément à sa teneur limite acceptable précisée dans le tableau de l’annexe 9.
Dans le cas de notre contexte, les échantillons sont destinés à subir une évaporation thermique qui peut éliminer certains polluants non thermorésistants. Ainsi, les procédés de prétraitement préalables d’être entamées sont :
 Filtrage des échantillons pour réduire la turbidité après mesure de MES;
 Elimination du Plomb par adsorption à partir du charbon actif [64].

Dangers liés à la santé des espèces étudiées

A partir des certains seuils limites des concentrations, l’excès des éléments analysés peut entraîner chez l’homme des conséquences indésirables parfois mortelles. Le danger de chaque paramètre analysé fait l’objet du tableau suivant (tableau 2).

Notions du traitement ou de la production.

Le traitement industriel d’une matière première est l’opération après laquelle les produits envisagés (sel est eau) seront obtenus. Dans le contexte de ce travail, les produits sont les résultants de la combinaison cristallisation-distillation.

La cristallisation de l’eau de mer

Basée sur la nucléation ou germination suivie de la croissance des cristaux réguliers et organisés, la cristallisation est l’opération de purification conduisant à l’extraction des solutés au sein du mélange liquide [26]. Celle-ci se réalise grâce au changement de l’état liquide à l’état solide d’un des constituants d’un mélange liquide [35].

Théorie de la cristallisation

Pour les vapeurs et les solutions, cette théorie est régit par les travaux de Tammann sur les substances fondus. Selon Tammann [26] : « pour une même espèce cristalline, dans des conditions bien déterminées, pouvoir de germination et vitesse de croissance des cristaux sont des processus qui varient indépendamment l’un de l’autre en fonction de l’état de sursaturation ». On distingue alors la cristallisation à partir des fluides et la cristallisation à partir des substances fondues.

Cristallisation à partir des fluides.

Les travaux de M.Volmer en 1939 nous ont permis d’affirmer que ni la formation des noyaux ni leur développement en cristaux ne peuvent se produire si l’énergie libre dans l’état final (cristal) n’est pas inférieure à la potentielle thermodynamique de la substance dans l’état initial [46 ; 26]. La variation de cette énergie libre ∆ résulte le bilan de deux termes :

• −∆ . ∆ 1 énergie correspondant à la formation d’embryons cristallins où −∆ 1 est l’énergie de transformation par unité de volume V [26].

• ∆ . ∆ 2 correspond à l’énergie libre de surface où ∆ 2 désigne l’énergie libre par unité de surface S [26].

Donc ∆ = ∆ . ∆ 2 − ∆ . ∆ 1 (I.1)

Si est le nombre d’atomes constituant le germe sphérique de volume ∆ , son volume croit comme et sa surface comme 3.

Ceci résulte qu’au départ ∆ croit avec l’embryon, puis décroit à partir d’un nombre d’atomes des cristaux à taille critique. La valeur maximale de ∆ représente alors une barrière énergétique qui doit être franchie pour que les noyaux se forment et se développent en cristaux.

Cristallisation à partir d’un corps fondu.

Dans la pratique, le mécanisme de cette cristallisation est loin d’être éclairci. Un corps fondu doit former ses noyaux par soustraction de chaleur à partir d’un groupe moléculaire de dimensions critiques [41]. Cette formation exige l’élimination de la chaleur latente de fusion sur le corps fondu « sur refroidi » et sur les particules étrangères présentes.

Formation des germes ou germination.

Le milieu où siège le phénomène de cristallisation peut être dans un état d’équilibre métastable ; on parle alors des substances surfondues, des solutions et des vapeurs sursaturées. Certaines de ces substances fondues peuvent être refroidies au-dessous de la température de fusion sans passer par l’état solide [26]. De même, des solutions et vapeurs peuvent être refroidies au-dessous de la température de sursaturation sans provoquer l’apparition des cristaux.

Ces états de surfusion et de sursaturation peuvent être exprimés par :0= − 1 (I.2)

Où : tension de la vapeur saturante

0 : tension à l’équilibre de la phase condensée

La nucléation est favorisée par l’introduction des petites particules solides de même nature que les cristaux à obtenir et par la réduction de la durée de refroidissement.

La distillation de l’eau de mer.

La distillation, basée sur la thermodynamique chimique des équilibres liquide-gaz est une méthode de séparation par voie physique des divers constituants d’un mélange liquéfiable ou fusible [39]. Ayant des températures de vaporisation non identiques, les éléments d’un mélange liquide sont dissociés par distillation en les portant à une température d’ébullition de l’un des constituants.

Afin de pouvoir déterminer, dans le cas des mélanges binaires, les paramètres physico-chimiques de chaque constituant, la loi de Raoult est incontestablement utilisable [26]. Cette loi nous servira d’évaluer à une température donnée, la vitesse de dissociation du solvant avec le soluté.

Enoncé de la loi de Raoult.

« La pression de vapeur saturante d’un constituant dans un mélange gazeux est égale au produit de sa fraction molaire dans le liquide par sa pression de vapeur saturante à l’état pur, à une température donnée. ».

L’expression mathématique de la loi de Raoult, pour un mélange à n composants s’écrit sous la forme suivante : = . = . (I.5).

La pression totale du mélange est égale à la somme des pressions partielles : = ∑ (I.6).

Notions sur le post-traitement des produits.

Le post-traitement est le mécanisme industriel conduisant à valoriser et/ou à rendre directement utilisables les produits issus d’une production. Pour le cas de notre travaille, il s’agit de la revitalisation de l’eau distillée, de l’iodation et de la fluoration du sel après lavage.

L’iodation et la fluoration du sel.

L’iodation et la fluoration se traduisent par l’addition dans le sel récolté de l’iodure et du fluorure en quantité bien précise. Pour l’iode, la quantité à ajouter doit se situer entre 40 à 60 ppm selon un décret du ministère de la santé publique [25]. Quant au fluor (de température d’évaporation égale à – 188,14°C [8]), une dose de 250 ppm dans le sel est exigée [59].

Revitalisation de l’eau distillée

La revitalisation (ou la redynamisation), basée sur la science bio-photonique permet de rendre à une eau déminéralisée ses fonctionnalités originaires [15]. On dit alors qu’on « ressuscite l’eau considérée morte ». L’allemand Fritz Albert Popp disait : « Un jour, la science arrivera à reconnaitre que : ce n’est pas la détérioration de la vie qui diminue la qualité et la quantité de bio-photon … mais bien au contraire, c’est lorsque la qualité et la quantité de bio-photon diminuent que la vie se détériore [56] ».

Capteurs des bio-photons.

Les minéraux sont les principaux capteurs de cette énergie / lumière qui va servir à devenir des bio-photons pour tous les organismes vivants. L’eau est un excellent capteur de bio-photons surtout lorsqu’elle est minéralisée [45 ; 56]. Raison pour laquelle, une eau déminéralisée (distillée ou osmosée) doit être revitalisé des minéraux pour pouvoir capter les bio-photons.

Les principaux produits utilisés pour revitaliser les eaux mortes sont : le DIA-Aquakaline 777, les Sels Joyeux , le Harmony Love et le jus de citron (très riche en minéraux [67]).

Chaque élément minéral possède sa propre ‘‘Ligne de Forme’’ qui agit comme une antenne pour capter l’Énergie Cosmique Universelle (ECU). Cette luminosité est exprimée par la science moderne en unité par seconde par centimètre carré (u/sec/cm²). L’ajout des substances hautement minéralisées provoque une augmentation importante des bio-photons.

L’eau revitalisée structurée.

Une molécule d’eau n’est pas seulement un groupe de molécules H2O qui flottent dans un verre indépendantes les unes des autres. Elles s’associent et forment une structure particulière et identifiable. Les molécules d’eau se lient entre elles grâce à la liaison d’hydrogène [56]. La charge positive de l’hydrogène est attirée par la charge négative de l’oxygène.

Cette attraction des molécules entraine le regroupement le plus stable et le plus générateur de vie. Il s’agit du groupement en 6 ; six molécules d’eaux se lient en formant ensemble un anneau hexagonal. Lorsque la liaison hydrogène entre les molécules est forte, la structure et la tension de surface seront élevées et vis-versa [56]. Ces trois paramètres vont de pair. La définition même de l’eau structurée traduit une augmentation de la tension de surface. Ce qui contredit certaines théories communément acceptées sur la structure de l’eau et la tension de surface.

On distingue alors trois formes de structures d’eau [56] :

o Une structure simple avec une ou deux formes hexagonales prédominantes dans les couches externes de la molécule d’eau ;

o Une structure complexe qui fait étalage, de multiples et de variation de la formehexagonale ;

o Une structure hautement complexe formant étalage de multiple hexagone et étoiles entrelacées à l’intérieure et qui produisent un miroir au centre de la goûte.

Ainsi, la liaison hydrogène se fait à travers plusieurs couches de molécules d’eau. Chaque couche augmente non seulement la complexité de la structure mais aussi l’effet de capillarité. Ce dernier constitue une importance vitale pour tous les organismes vivants. Ainsi, lorsque le niveau de structure hexagonale est élevé, l’hydratation et le transport des nutriments par effet de capillarité seront forts et efficace.

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Table des matières

Introduction générale
Prémière partie : sunyhèse bibliographique
I.1. Généralités sur le traitement de l’eau de mer.
I.1.1. Notions sur la production de sel
I.1.2. Atouts et contraintes de cette production
I.1.3. Notions sur la production d’eau douce à partir de la mer.
I.1.4. Avantages et inconvénients du dessalement.
I.1.5. Choix du procédé.
I.2. Généralités sur l’évaporation thermique
I.2.1. Notions du prétraitement.
I.2.1.1. Quelques techniques du prétraitement
I.2.1.2. Dangers liés à la santé des espèces étudiées
I.2.2. Notions du traitement ou de la production.
I.2.2.1. La cristallisation de l’eau de mer
I.2.2.1.1. Théorie de la cristallisation
I.2.2.1.2. Cristallisation à partir des fluides.
I.2.2.1.3. Cristallisation à partir d’un corps fondu.
I.2.2.1.4. Formation des germes ou germination.
I.2.2.1.5. La croissance des germes
I.2.2.1.6. La concentration.
I.2.2.1.7. La sursaturation.
I.2.2.2. La distillation de l’eau de mer.
I.2.2.2.1. Enoncé de la loi de Raoult
I.2.2.2.2. Lentille d’équilibre liquide-vapeur
I.2.3. Notions sur le post-traitement des produits.
I.2.3.1. L’iodation et la fluoration du sel.
I.2.3.2. Revitalisation de l’eau distillée
I.2.3.2.1. Capteurs des bio-photons
I.2.3.2.2. L’eau revitalisée structurée
I.2.3.2.3. Structure de l’eau et tension de surface.
I.3. Présentation du projet
I.3.1. Présentation des Comores
I.3.1.1. Données historiques et géographiques des Comores.
I.3.1.2. Economie des Comores
I.3.1.3. Détermination de la zone d’implantation
I.3.2. Statut juridique du projet
I.3.3. Ressources humaines
I.3.3.1. Organigramme et fonctions des associés
I.3.3.2. Profil et rémunération des différents postes.
I.3.4. Les intérêts socio-économiques du projet
I.3.5. Investissement initial.
Deuxième partie: Matériels et méthodes des différents procédés
II.1.. Description des équipements et des procédés
II.1.1. Matériels et appareils utilisés au laboratoire.
II.1.2. Appareils à utiliser à grande échelle
II.1.2.1. Principe de fonctionnement du distillateur
II.1.3. Identification et choix des échantillons.
II.2. Procédés de prétraitement
II.2.1. Méthode de prétraitement physique
II.2.1.1. Mesure de la conductivité et de la salinité.
II.2.1.2. Mesure des matières en suspension (MES)
II.2.1.3. Mesure du pH.
II.2.1.4.Mesure de la turbidité.
II.2.2. Méthode d’élimination de MES pour E2
II.2.3. Méthode de prétraitement toxique : le plomb et le cadmium.
II.2.4. Méthode de prétraitement chimique.
II.2.4.1. Mesure des concentrations des anions
II.3. Procédé de traitement ou de production.
II.3.1. Méthode de la cristallisation des échantillons.
II.3.2. Méthode de la distillation des échantillons
II.3.3. Méthode de réduction du temps de refroidissement du sel
II.3.4. Méthode de calcul du rendement
II.3.4.1. Méthode de calcul du rendement en sel.
II.3.4.2. Méthode de calcul du rendement en eau distillée
II.4. Procédé de valorisation des produits obtenus
II.4.1. Valorisation du sel.
II.4.1.1. Méthode du lavage du sel
II.4.1.2. Méthode de la fluoration du sel
II.4.1.3. Méthode de l’iodation du sel.
II.4.2. Valorisation des eaux distillées.
II.4.2.1. Méthode de revitalisation des eaux distillées.
Troisième partie: Résultats et discussion
III.1. Résultats du prétraitement
III.1.1. Résultats des paramètres physiques des E1, E2 et E3
III.1.1.1. Résultats de la mesure de MES pour E2.
III.1.1.2. Résultats du filtrage de E2.
III.1.1.3. Résultats des paramètres physiques de E2 filtré.
III.1.2. Résultats des paramètres toxiques des échantillons.
III.1.3. Résultats des paramètres chimiques des échantillons.
III.2. Résultat de l’évaporation de E1,E3 et E2 non filtré
III.2.1. Quantité des produits obtenus.
III.2.2. Durée de la distillation.
III.2.3. Durée de refroidissement
III.2.4. Calcul du rendement de l’évaporation de E1, E2 non filtré et deE3.
III.3. Résultat de l’évaporation de E2 filtré.
III.3.1. Quantité des produits obtenus à partir de E2 filtré
III.3.2. Durée de distillation de E2 filtré.
III.3.3. Durée de refroidissement de E2 filtré
III.3.4. Calcul du rendement de l’évaporation de E2 filtré
III.4. Résultat de la réduction du temps de refroidissement
III.5. Résultat de la valorisation du sel
III.6. Résultat de la valorisation des eaux distillées
III.6.1. Résultats des paramètres physiques des eaux distillées.
III.6.2. Résultat des paramètres chimique des eaux distillées.
III.6.3. Résultat des paramètres physiques des eaux revitalisées.
III.6.4. Résultats des paramètres chimiques des eaux revitalisées.
III.7. L’étude de la préfaisabilité financière
III.7.1. Evaluation quantitative de la production.
III.7.1.1.Quantité de production nécessaire.
III.7.1.2. Evaluation des charges variables liées à la production.
III.7.1.3. Quantité et prix unitaire de vente
III.7.2. Evaluation économique du projet.
III.7.2.1. Le seuil de rentabilité (SR).
III.7.1.4. Flux nets de trésorerie (FNT)
III.7.2.2. Valeur Actuelle Nette (VAN).
III.7.2.2.1. Calcul de la VAN
III.7.2.3. Délai de Récupération des Capitaux Investis(DRCI).
III.7.2.3.1. Calcul de DRCI
III.7.2.4. Taux de Rentabilité Interne (TRI)
III.7.2.4.1. Calcul du TRI
Conclusion générale et perspectives
Références bibliographiques