thumb|Usine de dessalement par osmose inverse à Barcelone en Espagne. Le dessalement de l'eau ou désalinisation est un processus qui permet d'obtenir de l'eau douce (potable ou, plus rarement en raison de son coût, utilisable pour l'irrigation) à partir d'une eau saumâtre ou salée (eau de mer notamment).
Très généralement, il est plus simple et plus économique de rechercher des sources d'eau douce à traiter (eaux de surface, telles que lac et cours d'eau, ou eau souterraine), que de dessaler l'eau de mer. Cependant, dans de nombreuses régions du monde, les sources d'eau douce sont inexistantes ou deviennent insuffisantes au regard de la croissance démographique ou de la production industrielle.
D'autre part, il est souvent rentable de combiner la production d'eau douce avec une autre activité (notamment la production d'énergie, car la vapeur disponible à la sortie des turbines, et perdue dans une usine classique, est réutilisable dans une station de dessalement dite thermique ou fonctionnant sur le principe de l'évaporation).
L'eau de mer a une salinité d'environ , avec des variations régionales significatives ( dans le golfe Persique). Pour séparer le sel, il faut, d'un point de vue purement théorique et sans perte d'énergie (dessalement isentropique), environ .
Les systèmes de dessalement se caractérisent par leur rendement et le taux de sel résiduel (saumure).
Dans le monde, on produit chaque jour de mètres cubes d’eau douce en 2018, rejetant par jour de saumure, dont l'impact sur les zones de rejet inquiète les experts scientifiques de l'ONU.
Histoire
Le philosophe grec ancien Aristote observe dans son ouvrage Météorologiques que , et qu'un fin récipient en cire peut contenir de l'eau potable après avoir été plongé suffisamment longtemps dans l'eau de mer, agissant comme une membrane pour filtrer le selAristote avec E.W. Webster, trad., Meteorologica, dans : Ross, W. D., éd., The Works of Aristotle, vol. 3, (Oxford, Angleterre : Clarendon Press, 1931), Livre III, §358 : 16–18 et §359 : 1–5..
Simultanément, la désalinisation de l'eau de mer est documentée en Chine. Le Classique des montagnes et des mers de la période des Royaumes combattants et la Théorie de la même année dans la dynastie Han (de 206 à 220 apr.) mentionnent que les populations ont découvert que les nattes de bambou utilisées pour cuire le riz formaient une fine couche extérieure après une utilisation prolongée. Cette fine pellicule formée avait des fonctions d'adsorption et d'échange ionique, capables d'adsorber le sel.
De nombreux exemples d'expérimentations en matière de désalinisation apparaissent tout au long de l'Antiquité et du Moyen ÂgeVoir : Joseph Needham, Ho Ping-Yu, Lu Gwei-Djen, Nathan Sivin, Science and Civilisation in China: Volume 5, Chemistry and Chemical Technology (Cambridge, Angleterre : Cambridge University Press, 1980), p. 60. Alexandre d'Aphrodise (vers 200 après J.-C.) écrit dans son commentaire sur la Météorologie d'Aristote que si un couvercle est placé sur un pot d'eau de mer en ébullition, de l'eau douce se condense sur le couvercle. Dans son Hexaemeron, Homélie IV, § 7, Saint Basile de Césarée (c. 329–379 après J.-C.) mentionne que les marins produisaient de l'eau douce par distillation. Saint Basile avec sœur Agnes Clare Way, trad., Saint Basil Exegetic Homilies (Washington, DC : The Catholic University of America Press, 1963), p. 65. P. 65 : "Il est aussi possible de voir l'eau de la mer bouillie par les marins, qui, attrapant la vapeur dans des éponges, étanchent leur soif assez bien en période de besoin.", mais la désalinisation devient transposable à grande échelle seulement à l'époque moderne. Un bon exemple de cette expérimentation provient de Léonard de Vinci (Florence, 1452), qui réalise que de l'eau distillée peut être produite à faible coût en grande quantité en adaptant un alambic à une cuisinièreJ. R. Partington, History of Chemistry, Vol. 2–3, Macmillan, Londres, 1962..
Pendant le Moyen Âge, ailleurs en Europe centrale, des travaux se poursuivent sur le raffinement de la distillation, bien que pas nécessairement orientés vers la désalinisation.
La première grande usine de désalinisation terrestre pourrait avoir été installée en situation d'urgence sur une île au large des côtes de Tunisie en 1560. On pense qu'une garnison de 700 soldats espagnols était assiégée par l'armée turque et que, pendant le siège, le capitaine en charge a fabriqué un alambic capable de produire 40 barils d'eau douce par jour, bien que les détails de l'appareil n'aient pas été rapportés.
Avant la révolution industrielle, la désalinisation concernait principalement les navires en mer, qui avaient besoin de conserver des réserves d'eau douce à bord. Sir Richard Hawkins (1562–1622), qui effectua de nombreux voyages dans les mers du Sud, rapporte qu'il a pu fournir de l'eau douce à son équipage grâce à la distillation à bord du navire. De plus, au début des années 1600, plusieurs personnalités de l'époque telles que Francis Bacon et Walter Raleigh publient des rapports sur la désalinisation. Ces rapports et d'autres, créent un climat favorable à la première dispute de brevet concernant des appareils de désalinisation. Les deux premiers brevets relatifs à la désalinisation de l'eau ont été approuvés en 1675 et 1683 (brevets n° 184W. Walcot, Purifying Water, Britain No. 184, 1675 et n° 226R. Fitzgerald et al., Purifying Salt Water, Britain No. 226, 1683., publiés respectivement par William Walcot et Robert Fitzgerald, ainsi que d'autres). Cependant, aucune des deux inventions n'a été mise en service en raison de difficultés à l'adopter en grandeur nature. Aucune amélioration significative du processus de distillation de l'eau de mer de base n'a été réalisée durant les 150 années entre le milieu du XVIIe siècle et 1800.
Lorsque la frégate Protector fut vendue au Danemark dans les années 1780 (sous le nom de Hussaren), elle fut étudiée et enregistrée en détail.. Aux États-Unis, Thomas Jefferson a catalogué les méthodes basées sur la chaleur remontant au siècle, et a formulé des conseils pratiques qui furent publiés pour tous les navires américains au verso des permis de navigation.
À partir de 1800, l’apparition du machine à vapeur impulsa de nouveaux travaux dans le domaine du dessalement. La connaissance de la thermodynamique des procédés à vapeur et le besoin d'une source d'eau pure pour son utilisation dans les chaudières ont eu un effet positif sur les systèmes de distillation. De plus, la propagation du colonialisme européen fit apparaître un nouveau besoin en eau douce dans des régions éloignées du monde, établissant ainsi un climat favorable à l'élaboration de nouveaux procédés de dessalement de l'eau.
Parallèlement au développement et à l'amélioration des systèmes utilisant la vapeur (évaporateur à effets multiples), ces types de dispositifs démontrèrent rapidement leur potentiel de dessalement. En 1852, Alphonse René le Mire de Normandy se vit délivrer un brevet britannique pour une unité de distillation d'eau de mer à tube vertical qui, grâce à sa simplicité de conception et à sa facilité de construction, devint populaire pour une utilisation à bord des navires. Les unités terrestres n'apparurent de manière significative qu'à la fin du XIXe siècle. Dans les années 1860, l'armée des États-Unis acheta trois évaporateurs de Normandy, chacun ayant une capacité de 7000 gallons/jour, et les installa sur les îles de Key West et Dry Tortugas. Une autre usine terrestre fut installée à Suakin dans les années 1880, fournissant de l'eau douce aux troupes britanniques sur place. Elle consistait en des distillateurs à six effets avec une capacité de 350 000 litres/jour.
Après la Seconde Guerre mondiale, de nombreuses technologies furent développées ou améliorées, telles que la dessalinisation Multi Effect Flash (MEF) et la Multi Stage Flash (MSF). Une autre technologie notable est la dessalinisation par congélation-dégel. La dessalinisation par congélation-dégel (cryo-dessalinisation ou FD) exclut les minéraux dissous de l'eau salée par cristallisation.
Le Bureau de l'eau salée fut créé au sein du département de l'Intérieur des États-Unis en 1955, conformément à la loi de conversion de l'eau salée de 1952... Cette loi fut motivée par une pénurie d'eau en Californie et dans l'ouest intérieur des États-Unis. Le département de l'Intérieur alloua des ressources, y compris des subventions de recherche, des experts, des données de brevets et des terrains pour mener à bien les expérimentations et favoriser les avancées.
Les résultats de ces efforts incluent la construction de plus de 200 usines d'électrodialyse et de distillation à l'échelle mondiale, des recherches sur l'osmose inverse, et la coopération internationale (par exemple, le Premier Symposium et Exposition international de dessalinisation de l'eau en 1965). Le Bureau de l'eau salée fusionna avec le Bureau de la recherche sur les ressources en eau en 1974.
La première usine industrielle de dessalement aux États-Unis ouvrit à Freeport au Texas, en 1961 après une décennie de sécheresse régionale.
À la fin des années 1960 et au début des années 1970, l'osmose inverse commença à montrer des résultats prometteurs pour remplacer les unités traditionnelles de dessalement thermique. Des recherches eurent lieu dans des universités d'État en Californie, ainsi qu'à Dow Chemical Company et DuPont.. De nombreuses études se concentrent sur des moyens d'optimiser les systèmes de dessalement. La première usine commerciale utilisant l'osmose inverse, la station de dessalement de Coalinga, fut inaugurée en Californie en 1965 pour de l'eau saumâtre. Le Dr , en collaboration avec le personnel de l'université de Californie à Los Angeles (UCLA), conçut une grande centrale pilote pour recueillir des données sur les procédés d'osmose inverse, qui réussit suffisamment pour fournir de l'eau douce aux résidents de Coalinga. Ce fut une étape majeure dans la technologie du dessalement, car elle prouva la faisabilité de l'osmose inverse et ses avantages par rapport aux technologies existantes (efficacité, absence de changement de phase nécessaire, fonctionnement à température ambiante, évolutivité et facilité de normalisation). Quelques années plus tard, en 1975, la première centrale de dessalement par osmose inverse, alimentée en eau de mer, entra en fonctionnement.
En 2000, plus de 2 000 usines étaient en opération. Les plus grandes se trouvent en Arabie saoudite, en Israël et aux Émirats arabes unis ; et la plus grande centrale, avec un volume de 1 401 000 m³/j, se trouve à en Arabie saoudite.
En 2021, 22 000 usines étaient en fonctionnement. En 2024, le gouvernement de Catalogne en Espagne a installé une unité flottante de dessalement offshore près du port de Barcelone et a acheté 12 unités mobiles de dessalement pour la région nord de la Costa Brava afin de lutter contre la grave sécheresse..
En 2012, le coût moyen était de 0,75 $ par mètre cube. En 2022, ce coût avait chuté jusqu'à 0,41 $ avant l'inflation. Les fournitures d'eau dessalée croissent à un taux composé de plus de 10 %, doublant en abondance tous les sept ans.
Différents systèmes de dessalement thumb|Principe de l'osmose inverse Les systèmes de dessalement se caractérisent par leur rendement et le taux de sel résiduel (saumure).
Les systèmes utilisés sont : Osmose inverse : cette technique « membranaire » repose sur une ultrafiltration sous pression au travers de membranes dont les pores sont des « trous » si petits que même les sels sont retenus. Cette technique, en plein essor (coût énergétique moyen (≈ ) Black & Veatch-Designed Desalination Plant Wins Global Water Distinction) est un système éprouvé ayant montré sa fiabilité. thumb|Dispositif de distillation