La distillation

I. La distillation en général.

             La distillation est une technique qui consiste à séparer, dans un liquide, les différentes espèces chimiques présentes grâce à leur température d'ébullition différente. 

             Placées à une température T° donnée, seules les espèces de la solution dont la température d'ébullition est inférieure ou égale à T° s'évaporeront, laissant derrière elles les autres espèces dont la température d'ébullition est supérieure à T°. Les espèces passées à l'état gazeux sont ensuite refroidies par l'intermédiaire d'un réfrigérant pour revenir à l'état liquide et ainsi être recueillies. Nous avons alors séparé les espèces chimiques de la solution initiale.

             En ce qui nous concerne, notre but est de séparer l'eau du sel. Pour ce faire, la solution est placée à une température autour de 100°C (température d'ébullition de l'eau) pour que seule l'eau puisse s'évaporer, laissant le sel et toutes les autres espèces dans la solution. 

             Les vapeurs d'eau sont ensuite liquéfiées dans un système réfrigérant. Revenue à l'état liquide, cette eau peut alors être recueillie à la sortie du système réfrigérant. 

             L'eau obtenue est en théorie parfaitement pure, étant donné que seules les molécules d'eau sont censées quitter la solution initiale, mais en réalité, il y a toujours quelques autres espèces qui ont été emportées avec l'eau. Néanmoins, l'eau obtenue possède une pureté tout à fait satisfaisante et même excellente.

             Par ailleurs, la distillation est le procédé de dessalement le plus ancien, à titre d'exemple, les marins grecs l'utilisaient déjà au IIIème siècle avant J.-C. sur leurs bateaux.

II. Les autres techniques de distillation.

             La distillation telle qu'elle est présentée ci-dessus possède un coût très élevé et une efficacité limitée, c'est pourquoi à l'échelle industrielle nous utilisons quelques variantes de la distillation que nous allons vous présenter brièvement : 

             - la distillation multiflash : l'eau est chauffée, puis pompée dans des réservoirs à faible pression où elle se vaporise brutalement, c'est cette vaporisation brutale qui est appelée "flash". Après plusieurs flashs successifs, la vapeur liquéfiée est récupérée, fournissant de l’eau dessalée. L'avantage de cette technique est sa rapidité et son efficacité, mais son inconvénient majeur reste une grande consommation d'énergie (≈ 15 kWh/m³). Néanmoins, cette technique de dessalement est à ce jour la plus répendue.

             - la distillation à multiples effets : pour cette technique, des évaporateurs, appelés effets, sont placés en série et forment le distillateur. Cette technique est caractérisée par une utilisation en boucle de la chaleur qui accompagne les vapeurs d'eau. En effet, les vapeurs chauffées du premier effet servent à évaporer l'eau contenue dans le second, puis les vapeurs chauffées issues du second effet servent à évaporer l'eau du troisième, et ainsi de suite. La vapeur du dernier effet sert à réchauffer l’eau d’alimentation du premier effet. Cependant les vapeurs ne pourront pas être éternellement recyclées du fait des pertes calorifiques, le nombre d'effets est donc limité. Son avantage majeur est un coût énergétique faible (≈ 10 kWh/m³), et ses inconvénients sont la fragilité et l'entretien difficile du matériel.

             - la compression mécanique de vapeurs : comme pour la technique précédente, les vapeurs sont utilisées comme source de chaleur. Ces vapeurs sont compressées puis injectées dans l'eau à dessaler, faisant s'évaporer ce dernier. Les vapeurs (issues de l'eau de mer) sont ensuite recueillies dans des tubes placées à l'intérieur de la chambre de distillation pour s'y condenser et produire de l'eau douce. Le point positif de cette technique est la très faible consommation d'énergie (≈ 5 kWh/m³), mais le point négatif est qu'il nécessite des investissements importants, notamment dans le matériel nécessaire.

III. Notre propre expérience :

Protocole de la distillation

Objectif : dessaler de l’eau de mer en calculant la quantité d’énergie nécessaire à la production de 100 ml d’eau dessalée

1) Fabrication de l’eau de mer

L’eau de mer a une concentration moyenne de 35g/L.

A l’aide d’une balance, nous dissolvons du sel pour obtenir une solution de 250 mL de concentration 35g/L.

2) Distillation

Nous versons tout d’abord 100 mL de la solution fabriquée dans un ballon de 250 mL.

Puis nous le plaçons dans le montage de la distillation et le faisons chauffer.

Durant l’expérience, nous comptons le nombre de tour du compteur électrique.

Enfin nous récupérons le distillat.

3) Interprétation

a) Consommation d’énergie

Nombre de tours : 42

Or un tour correspond à 4Wh soit 14000 joules

En conclusion, pour produire 100 mL d’eau dessalé à l’aide de la distillation, il faut 5,9.10⁵J.

Cela équivaut à 16,8 KWh pour 10 L d’eau dessalée ce qui coûtera 1,35 euros, en sachant qu’un kWh coûte en moyenne 8 centimes d’euro.

b) Test de flamme

Avant l'expérience :                            Après l'expérience :

Un clou, trempé dans un tube à essai contenant un peu d'eau salée, est chauffé au bec bunsen, une flamme orange a été observée donc il y a bien présence d’ions sodium (Na⁺) dans cette eau.

Après l'expérience, un autre clou, trempé dans un tube à essai contenant un peu de distillat, est chauffé au bec bunsen, aucun changement de couleur n'a été observé donc il y a une absence d’ions sodium (Na⁺) dans le distillat.

c) Test du nitrate d’argent

Avant l'expérience :                            Après l'expérience :

Nous versons un peu de nitrate d’argent dans un tube à essai contenant un peu d'eau salée et nous observons un précipité blanc (qui noircit à la lumière) donc il y a bien des ions chlorure (Cl^-).

Après l'expérience, nous versons un peu de nitrate d’argent dans un autre tube à essai contenant un peu de distillat et nous observons une absence de précipité blanc donc il n’y a pas d’ions chlorure (Cl^-).

d) Test de conductivité

Avant l'expérience :                            Après l'expérience :

A l’aide d'un ampèremètre nous mesurons l'intensité du courant traversant l'eau salée, nous observons une intensité de 34,3 mA, donc il s'agit bien d'une solution ionique.

Après l'expérience, nous mesurons l'intensité du courant traversant le distillat. Nous observons une intensité de 0,2 mA. Nous savons qu’une solution ionique conduit fortement le courant, or l'intensité relevée est quasiment nul, donc il y a très peu d'ions dans le distillat.

Conclusion : le distillat n’est plus une solution de chlorure de sodium, nous avons donc bien obtenu de l’eau dessalée.

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