llustration d’ une installation industrielle.

L'installation comprend:

- une centrale nucléaire en bordure de mer.  

- des tours de refroidissements,

- des réservoirs de dessalement,

- des chambres d'électrolyse,

- une unité de fabrication de batteries.

- des batteries sodium-ion de stockage d’électricité

- des lignes haute tension de liaison,

 

1. Source de saumure : Les usines de dessalement

 Les usines de dessalement d'eau de mer produisent d'un côté de l'eau douce et de l'autre une saumure concentrée en sels (NaCl, MgCl₂, CaSO₄, etc.).

 Plutôt que de rejeter cette saumure en mer (ce qui pose des problèmes environnementaux), elle est récupérée pour l’extraction des matériaux valorisables.

2. Extraction du Sodium et des Autres Éléments

 Électrolyse du Chlorure de Sodium (NaCl) : En utilisant un procédé électrochimique, on peut extraire du sodium métallique ainsi que du chlore gazeux (Cl₂), qui peut être valorisé dans l'industrie chimique.

 Récupération des Minéraux : Le magnésium, le lithium et d'autres éléments contenus dans la saumure peuvent aussi être extraits et utilisés dans divers secteurs (batteries, engrais, industrie pharmaceutique…).

3. Fabrication de Batteries Sodium-Ion

 Contrairement aux batteries lithium-ion, les batteries sodium-ion utilisent du sodium comme électrolyte.

 Ce type de batterie est moins coûteux à produire que les batteries lithium-ion et ne dépend pas de ressources rares comme le cobalt ou le nickel.

 Idéal pour le stockage d’énergie renouvelable (solaire, éolien) et pour les véhicules électriques.

4. Boucle de Valorisation et Réduction des Déchets

 L’eau douce produite par le dessalement alimente les populations et l’industrie.

 Le sodium et les autres minéraux extraits sont transformés en produits utiles (batteries, produits chimiques, etc.).

 Le chlore issu de l’électrolyse peut être utilisé pour traiter l’eau ou dans d'autres applications industrielles.

 On minimise ainsi l’impact environnemental du dessalement et on crée une économie circulaire durable.

Avantages de ce Système

✅ Réduction de l’impact environnemental des usines de dessalement (moins de rejets de saumure).
✅ Valorisation des ressources locales (extraction du sodium, production de batteries).
✅ Alternative aux batteries lithium-ion, avec un approvisionnement plus stable.
✅ Stockage d’énergie renouvelable pour une transition énergétique plus verte.
✅ Création d’emplois locaux liés à l’exploitation des minéraux et à la fabrication des batteries.

Défis à Surmonter:

⚠ Rentabilité économique : Les batteries sodium-ion doivent encore s’améliorer pour concurrencer celles au lithium.
⚠ Efficacité de l’extraction : L’extraction du sodium et d'autres éléments doit être optimisée pour être économiquement viable.
⚠ Besoins énergétiques : L’électrolyse demande beaucoup d’énergie, donc il faut privilégier des sources renouvelables.

⚠ Investissements initiaux élevés : Infrastructure de dessalement + électrolyse + batteries.
⚠ Gestion des rejets : Même si la saumure est valorisée, il peut rester des résidus nécessitant un traitement.

Conclusion:

Ce système vertueux s’inscrit parfaitement dans une logique d’économie circulaire et de transition énergétique. Il nécessite toutefois un soutien en recherche et développement, ainsi que des investissements pour optimiser les technologies d’extraction et de stockage d’énergie.

1. Synergie avec les Centrales Nucléaires.

✅ Utilisation de l'électricité en heures creuses :

 Les réacteurs nucléaires produisent une puissance constante, mais la demande baisse la nuit.

 Plutôt que de perdre cette énergie, elle peut alimenter l'électrolyse du sodium extrait des saumures.

✅ Chaleur fatale des centrales :

 La chaleur résiduelle des centrales peut être utilisée pour optimiser l'évaporation et la cristallisation des minéraux dans la saumure.

 Cela réduit l'énergie nécessaire à l'extraction des sels précieux.

✅ Production de batteries pour le stockage :

 Les batteries sodium-ion produites localement pourraient stocker l’énergie excédentaire pour la réinjecter dans le réseau aux heures de pointe.

 Ce stockage peut aussi stabiliser l’intermittence des énergies renouvelables.

Conclusion:

Un tel projet pourrait transformer l’industrie énergétique et chimique française, en couplant énergie nucléaire et production de batteries sodium-ion. Avec le bon soutien en recherche et innovation, cela pourrait devenir un modèle pour la transition énergétique et l’autonomie stratégique.

Proposition intégrée:

Ce système s’appuie sur des technologies existantes et des innovations récentes, combinant efficacité énergétique et économie circulaire.

1. Concentration et Prétraitement de la Saumure.

 

- Technologie de Concentration :  

 Utiliser des systèmes d’osmose inverse à contre-courant (CFRO) pour extraire jusqu’à 50 % d’eau douce supplémentaire de la saumure, augmentant ainsi la concentration en sels résiduels .  

  - Exemple : La technologie CFRO déployée par Gradient en Arabie Saoudite permet de réduire le volume de saumure tout en récupérant de l’eau .  

  - Compléter par des évaporateurs sous vide résistants à la corrosion pour concentrer davantage la saumure, comme développé dans le projet SEA4VALUE .  

Séparation des Minéraux:  

Appliquer des techniques modulaires de nanofiltration et électrodialyse avec membranes bipolaires pour isoler sélectivement les ions sodium (Na⁺) des autres éléments (magnésium, calcium, etc.) .

2. Extraction du Sodium.

Procédé Électrochimique :

S’inspirer de la méthode développée par l’Université de Stanford pour séparer électrochimiquement la saumure en ions sodium (Na⁺) et chlorure (Cl⁻).

Les ions sodium sont recombinés pour former de l’hydroxyde de sodium (NaOH) ou du sodium métallique (Na) .  

 

  - Le sodium métallique peut être purifié via électrolyse pour obtenir une qualité adaptée aux batteries .  

Cristallisation Sélective :

 Dans un système zéro rejet liquide (ZLD), cristalliser le chlorure de sodium (NaCl) à partir de la saumure concentrée, puis le transformer en sodium via réduction électrolytique .  

3. Fabrication de batteries Sodium-Ion sur site

 

- Transformation du Sodium en Composants de Batterie :  

  - Le sodium extrait est utilisé pour fabriquer des anodes en sodium métallique ou des composés comme le NaNiO₂ (oxyde de nickel-sodium), couramment utilisés dans les batteries sodium-ion .  

  - Intégrer des partenariats industriels pour produire des électrolytes à base de sels de sodium (ex : NaClO₄) et des cathodes adaptées.  

- Avantages des Batteries Sodium-Ion :  

  - Coût réduit par rapport au lithium (abondance du sodium).  

  - Compatibilité avec les infrastructures existantes de production énergétique .  

4. Boucle Énergétique Durable.  

- Récupération d’Énergie :  

Intégrer des échangeurs de pression isobares (PX) pour réduire de 60 % la consommation énergétique du dessalement, libérant de l’énergie pour l’extraction électrochimique .  

- Énergies Renouvelables :  

 Alimenter le système avec des panneaux solaires ou des éoliennes, en exploitant les régions côtières ensoleillées où se trouvent souvent les usines de dessalement .  

5. Bénéfices Environnementaux et Économiques

 

- Réduction des Rejets de Saumure:  

  Limiter l’impact sur les écosystèmes marins en évitant le rejet direct, comme observé à Carlsbad où la salinité dépasse les normes .  

- Économie Circulaire :  

  Recycler 90 % des minéraux de la saumure (SEA4VALUE) et réutiliser l’eau douce produite .  

- Création de Revenus:  

 Vendre les sous-produits (hydrogène, chlore) et les batteries sodium-ion pour compenser les coûts opérationnels .  

Exemple de Mise en Œuvre.  

1. Usine Pilote en Arabie Saoudite:

- Combiner la technologie CFRO de Gradiant  avec les procédés électrochimiques de Stanford .  

- Partenariat avec des fabricants de batteries pour intégrer la production sur site.

 

2. Monitoring environnemental :

- Utiliser des diffuseurs sous-marins pour diluer les rejets résiduels, comme recommandé pour Carlsbad .  

Défis et solutions

- Coûts Initiaux :  

 Subventions gouvernementales ou investissements privés pour les technologies ZLD et électrochimiques.  

- Pureté du Sodium :  

Optimiser les membranes de nanofiltration pour atteindre une pureté de 95 % .  

Ce système transforme un déchet environnemental en ressource stratégique, aligné avec les objectifs d’économie circulaire et de transition énergétique.

Pour approfondir, consultez les projets SEA4VALUE , Gradiant , et les brevets ZLD

CONCEPTION & REALISATION

Janvier 2025

 

Philippe Géraudel.

Multi-entrepreneurs.

ESSEC, Boston Consulting Group.

geraudel@hotmail.com

Rappelons que le sodium est présent dans l’eau de mer à raison de 10 g par litre, ce qui en fait une ressource quasi inépuisable à l’échelle nationale. Cette abondance confère à la filière du sodium un avantage stratégique majeur, notamment face au lithium, dont l’approvisionnement repose sur des importations.