Eaux de process : la percée des techniques membranaires

« Ces technologies se sont "démocratisées", avec des coûts en baisse, grâce, notamment, à une production plus importante, et des consommables désormais facilement disponibles à des prix concurrentiels » affirme par exemple Christophe le Coq, gérant d’HydroBios. Frank Bourdon, directeur technique d’OTV (France, Belgique, Suisse), constate aussi une augmentation “tous azimuts” du recours aux techniques membranaires, aussi bien en eaux municipales qu’en eaux industrielles. « Le marché est en train de basculer. Depuis les cinq dernières années, de plus en plus de consultations mentionnent directement les technologies membranaires. Ce sont aujourd’hui des technologies matures, avec une gamme très large de produits, un marché, des spécialistes, une concurrence… » confirme Salvador Perez, président et directeur technique de Chemdoc Water.

Bien entendu, la fabrication des membranes elles-mêmes, à base de polymères, reste le domaine de spécialistes bien connus comme Suez (par le rachat de GE Water & Process Technologies), Dupont Water Solutions, Hydranautics, Lanxess, Koch Membrane Systems, Orelis, Pentair, Polymem, Toray Membrane, Ultratec… même si l’on observe l’arrivée de nouveaux acteurs comme Vontron (Chine) ou Membranium (Russie). Les accords transversaux se développent également. « Pour les membranes d’osmose, que nous ne fabriquons pas, nous travaillons exclusivement avec un nouveau venu sur le marché : l’Allemand Lanxess » précise ainsi Isabelle Duchemin, responsable marketing et commercial export chez Polymem. Lanxess, acteur bien connu en matière de résines échangeuses d’ions, s’est en effet lancé sur le marché des membranes. La complémentarité de l’ultrafiltration en prétraitement de l’osmose est en effet avérée et permet de réduire le nombre de membranes d’osmose de 30 % en moyenne ainsi que de réduire la fréquence de remplacement.

Ces fabricants de membranes ne proposent, en général, pas directement leurs produits aux industriels : ils fournissent des équipementiers qui se chargent de développer des solutions adaptées aux demandes et aux besoins de leurs clients, qu’ils soient industriels ou bureaux d’études. C’est le terrain de chasse de sociétés bien connues des industriels telles que BWT, Chemdoc Water, Elmatec, Hytec Industrie, John Cockerill Proserpol, Hydrobios, Nalco Water ou TIA, sans oublier les majors français tels que Suez ou OTV DBI pour Veolia ou Saur… Les bureaux d’études de ces trois grands opérateurs développent et installent en effet leurs propres solutions membranaires. A noter la position particulière de Suez, qui a fait le choix d’intégrer des fabricants dans le groupe, et travaille donc avec des membranes “maison”.

Conjuguer besoins standards et exigences spécifiques

Les eaux “de process”, qui participent directement à la production, répondent à des cahiers de charges variés propres à chaque branche.

« Le développement de membranes spécifiques utilisées au niveau du process agroalimentaire, principalement lors de la concentration du lait et du lactosérum a ouvert de réelles opportunités de réutilisation des eaux issues du lait (ou eau de concentration), explique Patrice Hervé, Sr Marketing Manager chez Nalco Water. Cette approche est fortement développée au niveau du Benelux et des Pays Nordiques, où les eaux issues du lait traitées par osmose peuvent être réutilisées au niveau des utilités ou du process ».

Une démarche que partagent la plupart des autres fournisseurs.

Coté systèmes, Polymem fait bénéficier à ses clients traiteurs d’eau et équipementiers qui le souhaitent du savoir-faire du fabricant de membranes pour la conception et/ou la fabrication de systèmes ergonomiques, économiques et spécifiques pour s’adapter aux contraintes des différentes industries.

Des techniques matures associées à de nouveaux développements

Polymem propose pour cette application la fourniture de cartouches d’ultrafiltration Neophil®, les membranes en polymères fluorés de nouvelle génération avec une durabilité de performance unique. Ces membranes sont mises en œuvre dans des carters réutilisables pour des coûts de remplacement inégalés.

La nanofiltration, qui fonctionne à une pression bien moindre, est parfois préférée à l’osmose inverse lorsque les exigences ne sont pas aussi élevées. « Elle retient les ions divalents. C’est un bon procédé pour adoucir les eaux à moindre coût énergétique. Le résultat est proche de celui d’une décarbonatation par échange d’ions… mais sans devoir gérer des acides pour régénérer les résines. Elle règle, en une seule passe, les questions de minéralisation et de substances indésirables (pesticides, traces de chloration, polysaccharides, acides humiques, etc.). Elle a donc une place à prendre, et nous luttons pour ça avec notre procédé Nanoselect® » affirme ainsi Salvador Perez chez Chemdoc.

En plus de ces technologies désormais bien établies, de nouveaux développements commencent à se faire une place. Ils interviennent souvent en traitement de finition, après l’osmose.

Autre développement, nettement plus utilisé : l’électro-déionisation (EDI). L'EDI est un traitement qui combine des membranes échangeuses d'ions et des résines. La séparation s'effectue grâce aux membranes et la résine n'est présente que pour faciliter la migration des ions. Outre Chemdoc Water, Suez est également très présent sur ces technologies, et sur l’électroséparation en général. « L'EDI remplace de plus en plus les résines pour la production d'eau ultrapure. C’est une évolution que nous constatons » constate Samuel Morelle.

Agroalimentaire : les spécificités de l’eau ingrédient

Les usines s’alimentent au réseau collectif lorsque c’est possible, ou potabilisent une eau brute, via une station de traitement agréée auprès de l’ARS. « Nous intervenons ensuite, avec nos solutions d’ultrafiltration, pour la clarification et la désinfection. Et éventuellement pour la déminéralisation ou l’élimination de polluants spécifiques par osmose inverse, avec les produits Lanxess en ce qui nous concerne », précise Isabelle Duchemin chez Polymem.

Ce schéma d’ultrafiltration suivie d’osmose inverse à basse pression, voire de nanofiltration, est à la base de la plupart des systèmes fournis par les différents équipementiers. « L’osmoseur s’est déplacé dans l’usine : il est passé de la chaufferie au process, et est désormais physiquement présent dans le local même du process, ce qui implique de nouvelles exigences : construction en inox, nettoyabilité. Les industriels demandent que les matériaux en contact avec l’eau ingrédient soient conformes à la réglementation CE 1935-2004 », précise Mickael Tournaux chez BWT.

Chemdoc Water, en collaboration avec Utilities Performance, a pour sa part équipé une usine à Meyzieu (69) pour Suntory, un groupe japonais détenant Orangina en France. Fournissant 60 m³/h d’eau déminéralisée, la chaîne conçue autour d’un osmoseur est entièrement réalisée en inox. « Pour de l’eau destinées aux “utilités”, nous aurions proposé un rack en matière plastique, avec la même membrane. Ce ne sont pas les mêmes budgets : en agroalimentaire, la tuyauterie est un poste lourd, alors qu’en production d’énergie c’est plutôt l’instrumentation », précise Salvador Perez. Hydrobios exploite pour sa part les potentialités d’un nouveau marché pour de “petites” solutions : l’explosion du nombre de brasseries artisanales.

Une problématique que souligne également Mickael Tournaux, de BWT : « nous voyons depuis 2015 une reprise sur le marché des produits infantiles. Des usines se sont créées en France, avec un nouveau besoin qualitatif : la quasi-absence des chlorates, considérés comme des perturbateurs endocriniens. Nous avons réalisé plusieurs essais, et seule l’osmose inverse (à haute pression) est à même de garantir le niveau de qualité attendu ». Un grand groupe laitier a choisi la solution de BWT pour une usine du Nord de la France produisant des laits infantiles. Elle s’alimente en eau potable du réseau, et est donc confrontée au problème des chlorates. D’autres usines du même genre sont équipées de solutions BWT, que ce soit pour la production d’eau ingrédient ou de vapeur alimentaire en amont de générateur de vapeur.

une vapeur ultra propre

Dans le même domaine, mais pour une demande plus complexe, Chemdoc développe actuellement un procédé industriel exigeant une eau déminéralisée à partir d’une eau brute de provenance multiple. « Nous mettons en place une solution “tout membrane” de 80 m³/h. L’usine utilise trois ressources de manière aléatoire : de l’eau de pluie recyclée (avec ses problèmes de lessivage), de l’eau industrielle (fortement minéralisée) ou, en dernier recours, l’eau de la ville. Tout cela passe par le même procédé - ultrafiltration, osmose inverse et finition - pour produire une eau très déminéralisée » précise Salvador Perez.

Pharmacie et électronique : des exigences extrêmes

Bien que tous les équipementiers maîtrisent les technologies nécessaires, des spécialisations apparaissent.

Oil & gas : des débouchés qui évoluent

Dans le même domaine, Suez, au travers de sa division Water Technologies and Solutions, vient d’équiper, pour Modec, deux unités flottantes de production, stockage et déchargement (FPSO pour Floating Production Storage and Offloading), au large du Brésil. Construits autour des membranes de nanofiltration SWSR-440, ces équipements élimineront les sulfates (et bien entendu toutes les particules, bactéries, etc. en suspension) de l’eau de mer afin de réduire la corrosion dans le puits d’injection.