Voile et Electronique : Christian Couderc

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Introduction
Produire et économiser l'eau
Principe du dessalinisateur
Le cas sur Itzamma
Erreur de montage fatale
Mécanique ou électrique
Complet ou kit
Conclusion
Liens

Maj : 14/05/06

Abstract :
Cruising in tropical waters create the need for great quantities of water, so we must have a solution on board.
Changing salted water in fresh and drinkable by the magic power or reverse osmosis is the great mystery of the watermaker. We don’t know an other solution.

Résumé :
La croisière dans les eaux tropicales crée le besoin de grandes quantités d'eau, aussi nous devons trouver une solution à bord. Changer l'eau salée en fraîche et buvable par le pouvoir magique est le grand mystère du dessalinisateur. Nous ne connaissons pas d'autre solution.

De l'eau, mais pour quoi faire ? En croisière sur nos cotes européennes, l'eau n'est jamais un gros problème, il y a beaucoup de ports et une prise d'eau est toujours à portée de tuyau. En grande croisière ou dans les îles tropicales, la situation n'est en rien comparable. Il peut se passer des semaines ou des mois sans trouver un petit filet d'eau qui glougloute dans las cuves. J'en connais qui partent du principe que le rhum est très avantageux et l'eau minérale très chère et qui ont décidé de réduire ainsi très fortement leurs besoins en eau.
Pour ne pas finir alcooliques nous ne tomberons pas dans ce travers et considèrerons que nos besoins en eau à bord sont en moyenne de 10 litres par jour et par personne.
Cela comprend la boisson, la cuisine et les douches. C'est une moyenne, évidemment il y a de grosses différences entre des marins expérimentés et de touristes qui laissent couler le robinet comme à la maison.

Tout devra être fait pour économiser l'eau, tout d'abord en motivant l'équipage.
Ensuite évidemment, les débits des robinets seront réduits et celui des douches très réduits ! Même si le bateau a de l'eau chaude en abondance, par le moteur ou le groupe électrogène, cette eau sera réservée à la vaisselle et en aucun cas reliée aux douches, avec l'eau froide la consommation est bien plus faible.
Certains skippers perfides tirent bien l'eau chaude sur le mitigeur des douches, mais cachent une vanne au départ de ballon d'eau chaude et prétendent que seul le robinet de l'évier est raccordé, se réservant la douche chaude en l'absence de l'équipage. Que cela est vil (mais efficace) !

Malgré les précautions prises, suivant l'occupation du bateau, il faut donc jusqu'à une centaine de litres d'eau par jour. Nous devrons produire cette eau en toute autonomie.
Les moyens à notre disposition sont très limités. Sur les paquebots et grands navires les bouilleurs permettent de distiller d'énormes volumes d'eau. C'est impossible sur nos petits bateaux, le dessalinisateur à osmose inversée est le seul système connu pour cracher dans la cuve un filet d'eau à prix d'or.

C’est un autre sujet, mais complémentaire du précèdent, le besoin d’eau étant un problème permanent à bord. Dans les eaux tropicales, mais seulement pendant la saison humide, de grandes quantités d’eau s’abattent sur le bateau pendant les grains. Il est possible, sinon facile, par l’intermédiaire de bâches, de remplir ses cuves. Il faut séparer la première eau qui doit d’abord rincer voiles et bâches, et une fois le circuit propre, essayer de canaliser le flux, souvent bref et violent. C’est de l’eau très pure du ciel, la perfection ?
Certainement pas, la pollution automobile et industrielle est tellement importante dans le monde que cette eau bénie qui tombe du ciel, même dans un coin d’océan totalement isolé, contient en suspension et en dissolution une masse de polluants physico chimiques que l’analyse montre impropre à une consommation permanente.
C’est parfait pour la lessive, comme survie et palliatif, mais il faut éviter de la mélanger à l’eau propre des cuves pour la boisson.
Ces moments de pluie sont rares sur l'année, cet apport exceptionnel ne peut donc être considéré comme un moyen de produire de l'eau.

Le dessalinisateur est un matériel d’une grande simplicité dans son principe.
Une membrane semi-perméable est alimentée d’un coté par de l’eau de mer à haute pression. Les pores sont très fins, pour bloquer les molécules de NaCl mais laisser migrer les molécules de H₂O plus petites. L’eau de mer est renouvelée en permanence pour éviter une augmentation de la salinité sur la membrane. L’autre face baigne dans l’eau douce. Par pression osmotique, l’eau migre du coté salé haute pression vers le coté eau douce basse pression.
Il y a donc deux éléments principaux, une membrane spéciale et une pompe haute pression.

Ces deux éléments ne sont pas sans problèmes.
La pompe haute pression est un matériel qui semble très banal, mais la fiabilité et le rendement ne sont pas souvent au rendez-vous.
La membrane est le cœur du dispositif, extrêmement fragile, elle ne supporte pas les pollutions par hydrocarbures.
C’est un élément qui demande beaucoup d’attention, en particulier en cas d’arrêt prolongé, il faut mettre le matériel en stand-by pour éliminer l’eau de mer du circuit en rinçant à l’eau douce. La membrane doit baigner totalement dans l’eau douce, si elle sèche un peu, elle est à jeter.

Il faut ajouter des pré filtres classiques à nettoyer, au moins un filtre à grille en entrée (deux seraient mieux), ensuite un 60 microns lavable, ensuite un 5 microns jetable. En améliorant le plus possible le dispositif de filtrage, la vie des pompes et de membranes en sera fortement augmentée. Meilleur est le filtrage préalable, plus tard interviendra la pollution par colonisation bactérienne qui demandera un gros nettoyage. Pour des questions de coût, le kit de base ne comporte pas les pré filtres suffisants.
L’entretien des filtres est très important, le plancton les bouche très vite et la prolifération bactérienne est à surveiller avant qu’elle n’empoisonne le circuit. Au changement de filtre, vous constaterez cette prolifération par une odeur putride qui impose de tout bien nettoyer en amont, mais jamais à l’eau de Javel interdite dans le circuit, les matériaux du dessalinisateur sont incompatibles au chlore.

L'installation est complétée par de nombreux petits accessoires indispensables:
Divers débitmètres visualisent les écoulements.
Un compteur d'eau produite est indispensable pour déterminer les maintenances et faire ses statistiques.
Des clapets de décharge évitent l'éclatement des circuits en cas de fausse manœuvre de vannes.
Diverses sécurités électriques et thermiques protègent les circuits.
Tout cela est relié par une tuyauterie basse, moyenne et haute pression et de nombreux raccords.
Le montage pratique s'avère moins simple qu'il ne semble pour le béotien.

Ce dessalinisateur. Sea recovery à 2 membranes, à pompe entraînée mécaniquement absorbe entre 3 et 5 CV pour 120 à 150 litre*heure d’eau fournie.
Prenons en moyenne 3000 W soit environ 4 CV , nous sommes autour de 25 VAh par litre d'eau.
Cela semble curieux, la puissance absorbée s'avère très supérieure à celle annoncée par le constructeur. Cette puissance se mesure en attelant provisoirement un moteur électrique pour tourner à la vitesse de service, puis en remplaçant la charge par un frein de Prony (on mesure aussi le rendement du moteur dans cette opération en lisant la puissance absorbée.).
J'aimerai discuter de ces écarts de puissances avec d'autres utilisateurs qui ont fait de bonnes mesures.
C’est un bon matériel mais qui revient assez cher à l’usage, il faut changer les filtres papier à $10 par semaine.
En consultant les caractéristiques des autres constructeurs, nous constatons que certains annoncent des consommations ou puissances très inférieures (rapportées au volume produit), il faudra étudier et vérifier avec soin ces données souvent très optimistes.

Un inconvénient est rapidement apparu à l’usage. Le catamaran étant très rapide, la prise d’eau cavite au-delà de 10 nœuds rendant l’utilisation impossible en route normale. Cela produit des à-coups dans les pompes avec bulles d’air et détériore les filtres. Cela semble curieux, mais ce problème de désamorçage de la prise d'eau existe sur beaucoup d'autres bateaux, pourtant bien moins rapides, à tel point que les navigateurs en ont pris leur parti et se sont fait à l'idée de n'utiliser le dessalinisateur qu'au mouillage.
C'est une totale aberration, car l'eau est parfois sale et le bruit trouble le calme du mouillage.

Il faut absolument résoudre ce problème idiot au moment de la construction. La prise d'eau doit être toujours immergée, quelle que soit l'allure, mais cela ne suffit pas à cause de la cavitation.
La solution est de passer par un réservoir intermédiaire alimenté par une écope (comme sur les Canadairs) pour réaliser un tampon de débullage, mais cela est lourd et complexe et n’a pas été pris en compte à la construction.
Il faut donc mettre au point une mécanique d'écope qui doit pouvoir être escamotée quand le matériel n'est pas utilisé.
Il faut rajouter une pompe type pompe de cale derrière l'écope qui maintiendra le tampon en légère suppression, cela indépendamment de la pompe de gavage.
À la partie haute du tampon, un flotteur clapet évacuera l'air. La pompe sera commandée par un contact manométrique (comme le circuit d'eau douce), avec une réserve de pression pour éviter les cycles très courts.
Avec ce système la pompe de gavage n'absorbera jamais d'air, donc la pompe haute pression ne transmettra pas de chocs de pressions fatals aux membranes.

Dans le cas de l'entraînement mécanique, la consommation de la pompe de gavage à 2 bars n’est pas comptée dans le bilan énergétique, car elle n’est actionnée que quand le moteur tourne, donc avec une énergie surabondante. Il faudrait évidemment la prendre en compte pour une solution électrique.

Il est possible de se passer de cette pompe en utilisant une astuce simple.
Elle consiste à monter le préfiltre sous la flottaison, avec un réservoir de taille suffisante et d’installer en son point haut une prise reliée par un petit tuyau à une mise à l’air libre. Cela permet de débuller simplement l’entrée de la pompe.

Attention au choix de la pompe. Un modèles spécifique compact, avec la pompe électrique solidaire du corps de filtration hp est une très mauvaise idée. En cas de panne, ce matériel exotique sera introuvable. Une pompe industrielle séparée sera bien plus simple à remplacer, même si le modèle trouvé dans la boutique du coin n'a rien à voir avec l'ancien. Seuls comptent débit et pression. Il suffit de laisser de l'espace autour de la pompe et des tuyaux assez longs pour s'adapter au matériel du moment.
Il reste toujours possible de remplacer une pompe entraînée mécaniquement par une pompe électrique. Il ne semble pas très astucieux de prévoir une vanne aiguillage pour commuter mécanique ou électrique bien que cela puisse constituer une solution de secours

Il en est de même pour les corps de filtrages osmotiques, il faut prévoir la place pour d'éventuels corps beaucoup plus longs ou gros sans avoir à ré aménager toute la cale si celui d'origine casse.

Panne de la pompe primaire
La pompe primaire est très sollicitée et chauffe beaucoup en eaux tropicales. C’est une cause de pannes majeure.
Il ne fait pas hésiter à la dimensionner largement et prendre un modèle de qualité. Un ventilateur en parallèle sur le moteur est indispensable pour brasser l’air très chaud du compartiment moteur et refroidir la pompe du mieux possible.

Comme pour le Frigoboat, la pompe haute pression entraînée mécaniquement n’accepte pas de surrégimes, le passage en vitesse de croisière serait fatal. Il n’y a aucune sécurité. Cette épée de Damoclès s’est avéré être une contrainte pénible, en cas d’urgence, il faut aller dans le compartiment moteur pour enclencher la procédure d’arrêt, il faut toujours se préparer suffisamment tôt. .
Il faut estimer aux Antilles que la consommation d’eau par jour et par personne est de 20 à 30 litres suivant que les équipiers sont amarinés ou non.

Pour choisir un dessalinisateur, il faut d’abord décider si l’on préfère une solution attelée ou électrique.
Nous avons vu les limitations de la solution attelée. Si l’on choisit la solution électrique, il faudra évidement dimensionner en conséquence l’alternateur et les batteries car pour un débit identique, la pompe tirera quelques CV, soit quelques kVA, autour de la centaine d’Ampères sous 24 volts, ce qui n’est pas négligeable !
1 CV (cheval vapeur) = 736 W (watts) soit 736 VA, donc environ 60 Ampères sous 12 Volts et 30 Ampères sous 24 Volts.
Il ne peut y avoir de magie, les matériels annonçant des consommations de pompes très faibles ont aussi un débit réel très faible.
L’offre est abondante en dessalinisateurs, soit montés, soit en kit, mais les frustrations sont souvent grande. Beaucoup ne prennent que le bloc échangeur à membrane, trouvant le prix de la pompe inacceptable et bricolent un système avec des pompes à bas prix qui s’avèrent désastreuses.
Le choix du dessalinisateur n’est donc pas simple, chaque solution a ses inconvénients, et le litre d’eau produit coûte cher. La solution électrique reste toujours beaucoup plus souple, mais plus lourde et plus chère.
Attention, l’eau dessalinisée est très pauvre en sels minéraux et sa consommation sur de longues durées produirait des carences. Consultez un médecin spécialiste avant le grand départ qui prescrira les compléments nécessaires.

Le dessalinisateur présente un autre inconvénient, si l’on est dans un mouillage fermé sans l’eau du quai disponible et sans ravitaillement par bateau citerne. L’eau du port est très sale, contient des résidus fécaux et des hydrocarbures qui seraient fatals pour les pompes. Il est donc impossible d’utiliser le dessalinisateur sans appareiller pour trouver des eaux claires.

Le corps de filtrage qui comprend la fameuse membrane osmotique est le cœur du système. C'est un élément fragile et très cher. Sa durée de vie dépend de la qualité des filtres en amont et de l'entretien du circuit, incluant les procédures de rinçage et de mise en arrêt. Il se dégradera peu à peu, en se bouchant, il faudra alors augmenter la pression pour conserver le débit, mais la salinité de l'eau produite augmentera. Il faudra se fixer une limite raisonnable pour décider de le changer. Il finira par se crever, ce qui enlèvera alors toute incertitude sur le moment de changer. Ce n'est pas comme le spi, il ne se répare pas avec une bande autocollante et une couture. Le constructeur vous annoncera des quantités d'eau produites que vous n'atteindrez jamais.

C’est une excellente solution en tout électrique en bi ou triphasé, si le bateau dispose d’un gros groupe électrogène bien insonorisé et beaucoup d’autres matériels gourmands, compresseur de plongée, four micro-ondes, …
Attention de ne pas vous tromper sur je bilan énergétique. La pompe haute pression absorbe de l’ordre d’un CV (cheval vapeur), 736 watts, mais au démarrage en charge, c’est un court circuit et le courant est cinq fois le nominal.
Si donc votre petit groupe ne fait que 2 kVA (soit 2 kW sans déphasage du courant), il sera largement assez puissant (facteur de presque trois) pour tourner en charge, mais calera au démarrage !
L’astuce est de monter un lanceur (débrayable) alimenté en continu ou un débrayage de la charge sur la pompe qui évitera le pic de puissance fatal au démarrage.

Si le groupe arrive presque à lancer avant de caler, il manque un peu de puissance, une électronique de régulation du courant peut permettre de passer le cap en évitant le blocage fatal.

Nous avons vu que le cœur de l'installation est le membrane avec son dispositif de montage.
C'est évidemment un élément qui ne se bricole pas, il faut dans tous les cas choisir un modèle qui déterminera le débit d'eau produit.
Cela peut être un corps simple élément ou à plusieurs éléments pour multiplier le débit.

Le deuxième élément est plus courant dans l'industrie, c'est la pompe à haute pression.
Ces caractéristiques sont déterminées par la documentation technique de la membrane précédente.
Le matériel est complété par divers filtres, manomètres, débitmètres, pompe de gavage, tuyauteries que le navigateur bricoleur n'aura pas de peine à assembler.
Vous avez donc le choix du kit complet (c'est vite dit) ou l'assemblage par morceaux.

Ne croyez surtout pas que le montage d'un dessalinisateur soit une chose triviale qui s'improvise. Les erreurs se payeront rapidement par des pannes qui peuvent mettre l'installation hors service très longtemps pendant un périple lointain, quand le besoin sera le plus grand.

L'eau produite à bord coûtera cher et pour que l'installation soit durable il faudra soigner tous les détails du montage d'un matériel bien choisi.

Attention au choix du matériel. Il y a maintenant de très nombreux modèles proposés allant du pire au meilleur avec des écarts de prix importants.
Je ne peux pas dans ces pages ou en réponse à des mails indiquer les pires et les meilleurs et citer les nombreux problèmes connus. Lisez très soigneusement les documents des constructeurs et réfléchissez bien, c’est un des matériels les plus difficiles à choisir dans l’équipement du bord.

Sur Itzamma, ce choix de matériel entraîné mécanique ne s'est pas avéré pertinent, une solution électrique aurait été beaucoup plus souple, comme cela est développé dans la page sur le bilan énergétique d'Itzamma

La pratique de la navigation à l'année montre que cette contrainte de lancement des moteurs bi quotidien est insupportable et crée une nuisance qui gâche le plaisir d'un beau mouillage tranquille.
Ne commettez pas cette erreur stupide, faites le choix de l'électrique avec la possibilité de pomper bateau en route.

Cherchez sur Google : " desalinator " , " watermaker " , " reverse osmosis " et pour les recharges " marine consumables "

Livol annonce 30 l*h pour 100 VA. Cette valeur de 3.3 VAh le litre d'eau est à vèrifier car elle est considérablement plus faible que celle obtenues sur Itzamma, à confirmer par des utilisateurs : livol.net/france