Serre à eau de mer

La serre à eau de mer est une technologie qui permet la croissance des cultures dans les zones arides, en utilisant un serre, l'eau de mer et de l'énergie solaire. La technique implique le pompage de l'eau de mer (ou son débit par gravitation quand on est sous le niveau de la mer) dans un endroit aride et à l'utiliser pour refroidir et humidifier l'air. L'eau produite par le chauffage solaire de vapeur est alors condensée pour produire de l'eau. Enfin, l'air humidifié restant est expulsé de la serre et utilisés pour améliorer les conditions de croissance pour les plantes a l'extérieur. La technologie a été introduite par l'inventeur britannique Charlie Paton au début des années 90 et a été développé par sa compagnie en Angleterre, Seawater Greenhouse Ltd. L'eau salée plus concentrée peut être encore évaporée pour produire du sel et d'autres éléments, ou rejetées à la mer.

Application

La technique est applicable à des sites situés dans les régions arides près de la mer. La distance et la hauteur de la mer doit être évaluée en tenant compte de l'énergie nécessaire pour pomper l'eau sur le site. Il ya beaucoup d'endroits appropriés sur la côte, d'autres sont en dessous du niveau de la mer, comme la mer Morte et la dépression de Qattara, ou le canal de la mer Rouge à la mer Morte^[1],[2].

Histoire

Les émissions du projet à l'eau de mer remonte à 1991 lorsque le concept a été étudié et développé par la société de Charlie Paton Light Works Ltd, maintenant l'eau de mer à effet de serre Ltd

Le premier projet pilote a commencé en 1992 avec la recherche d'un site pilote qui a finalement été identifié sur l'île de Tenerife en Canaries^[3].

Le projet pilote initial a ensuite été développé dans une solution plus économique avec un acier léger semblable à polytunnel, conçus pour répondre aux besoins locaux.

Une seconde serre de mer a été construite sur l'île d'Al-Aryam, Abu Dhabi aux Émirats arabes unis en 2000. Une troisième serre expérimentale a été achevée en 2004 près de Muscat en Oman. Réalisé en collaboration avec l'université Sultan-Qaboos, dans le but de développer un secteur horticole durable sur la côte de Batinah.

Ces projets ont permis la validation d'un model de simulation thermodynamique qui, fournissent les données météorologiques appropriées, prédit et quantifie précisément l'opération de la serre dans d'autres parties du monde^[4].

En 2010 Seawater Greenhouse a construit une nouvelle serre commerciale en Australie. La société est désormais fonctionnant indépendamment comme Sundrop Farms Pty Ltd^[5],[6].

Le procédé

La serre utilise l'eau de mer, le soleil et l'atmosphère pour produire l'eau douce et rafraîchir l'air. Le procès recrée le cycle naturel de l'eau dans un environnement contrôlé. Le mur au début de la serre est un évaporateur. Il est constitué d'un treillis en nid d'abeille et est exposée à la direction des vents dominants. En ventilateur contrôle le mouvement d'air. L'eau de mer circule à travers le panneau alvéolaire, en provocant le refroidissement et l'humidification de l'air, qui passe sur la végétation.

La lumière du soleil est filtrée à travers un toit spécialement construit. Le toit absorbe la chaleur, mais consent le passage de la lumière visible pour permettre la photosynthèse. Cela crée des conditions optimales de croissance - fraîche et humide, avec une forte intensité lumineuse. De l'eau de mer chauffée sur le toit passe par un deuxième évaporateur, en créant de l'air chaud saturé qui est ensuite dirigé vers le condensateur.

Le condenseur est refroidi par eau de mer froide. La différence de température permet la condensation de l'humidité sur le condenseur. Le volume d'eau douce produite est déterminé par la température de l'air, l'humidité relative, le rayonnement solaire et le flux d'air. Ces conditions peuvent être modélisées en fournissant des données météorologiques du lieu considéré et permettant l'optimisation du processus de fonctionnement.

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Figure 1. À l'intérieur de la serre - évaporation : l'eau de mer est pompée a travers le panneau d’évaporation

Figure 2. À l'intérieur l'effet de serre - condensation : la vapeur d'eau est produite en utilisant l'eau de mer supplémentaires chauffée par le soleil et ensuite condensée sur les tubes contenant l'eau de mer froide

Dans la serre s'évapore beaucoup plus d'eau que peut être condensée en eau douce. Cet air humide est «perdu» en raison de taux élevés de ventilation afin de maintenir les cultures fraîches et arroser de CO₂. L'air d'échappement saturé d'humidité permet la culture de plantes résistantes aux conditions arides à l'extérieur de la serre.

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Figure 3. La zone autour de la serre, peu après l'installation

Figure 4. La même zone deux ans plus tard

Cela pourrait permettre la croissance des cultures de biocarburants ou d'autres plantes dans la zone autour de la serre.

D'autres avantages

L'eau de mer ne produit pas de CO₂ pendant son fonctionnement. L'électricité nécessaire pour activer les pompes et les ventilateurs sont produites efficacement avec des panneaux solaires, étant la demande d'énergie est proportionnelle à la lumière du soleil.

L'utilisation de pesticides et réduit ou éliminé parce que les évaporateurs d'eau ont un effet biocide sur l'air qui circule à travers.

Production de combustibles

La serre produit de résidus biologique. Cette biomasse peut être utilisé pour aider à créer et à enrichir le sol environnant, ou bien peut 'être utilisé pour produire du méthane avec la biodigestion.

Projets dérivés

Le Sahara Forest Project^[7],[8],[9] est un programme qui vise à fournir de l'eau potable, nourriture et énergie renouvelable dans les régions chaudes et sèches ainsi que la revégétalisation des zones désert inhabités. Cette proposition combine la technologie de la serre d'eau de mer avec des miroirs solaires (CSP, une forme de énergie renouvelable, qui produit de l'électricité du soleil en utilisant l'énergie thermique nécessaire pour faire fonctionner une turbine à vapeur conventionnelle).

L'équipe du Sahara Forest Project est composé d'experts de Seawater Greenhouse Ltd, Exploration Architecture, Max Fordham Consulting Engineers et de la Bellona Foundation. L'échelle du système proposé est telle que de grandes quantités d'eau de mer sera évaporée. En utilisant les positions en dessous du niveau de la mer, les coûts de pompage seraient éliminés. Parmi les activités prévues sont un projet pilote en Jourdain et un en Qatar^{[10],[11],[12],[13]}.

Bibliographie

• “Development of an integrated reverse osmosis-greenhouse system driven by solar photovoltaic generators”, P. A. Davies et A. K. Hossain, Desalination and Water Treatment, 22, 1-13 (2010)
• “Properties of seawater bitterns with regard to liquid-desiccant cooling”, G. Lychnos, J. Fletcher et P. A. Davies, Desalination, 250, 172-178 (2010)
• “Stand-alone groundwater desalination system using reverse osmosis combined with a cooled greenhouse for use in arid and semi-arid zones of India, Desalination and Water Treatment”, P. A. Davies, A. K. Hossain and P. Vasudevan, Desalination and Water Treatment, pp. 223-234, (2009)
• “The Sahara Forest Project – a new source of fresh water, food and energy”, Paton, Fourth World Conference on the Future of Science “Food and Water for Life” – Venice, September 24-27, (2008)
• “A Solar Powered Liquid-Desiccant Cooling System for Greenhouses, ISHS International Workshop on Greenhouse Environmental Control. and Crop Production in Semi-Arid Regions”, G. Lychnos and P. A. Davies, Tucson (October 2008) Acta Horticulturae, 797, 339–346 (2008).
• “Energy saving and solar electricity in fan-ventilated greenhouses, ISHS International Workshop on Greenhouse Environmental Control. and Crop Production in Semi-Arid Regions”, P. A. Davies, A. K. Hossain, G. Lychnos and C. Paton, Tucson (October 2008) Acta Horticulturae, 797, 95–101 (2008).
• “Seawater bitterns as a source of liquid desiccant for use in solar-cooled greenhouses”, Davies, Knowles, Elsevier Desalination 196 266–279, (2006)
• “Cooling of greenhouses using seawater: a solar driven liquid-desiccant cycle for greenhouse cooling in hot climates”, Davies, Harris et Knowles, International Symposium on Greenhouse Cooling, Almería (2006)
• “A solar cooling system for greenhouse food production in hot climates”, Davies, Elsevier Solar Energy 79 (2005) 661–668, (2005)
• “The Seawater Greenhouse in the United Arab Emirates: thermal modeling and evaluation of design options”, P. A. Davies et C. Paton, Desalination 173, 2, 103–111 (2005)
• “The Seawater Greenhouse and the watermaker condenser”, Davies et Paton, International Conference on Heat Powered Cycles Cyprus (2004)
• “Potential of the Seawater Greenhouse in Middle Eastern climates”, Davies, Turner et Paton, International Engineering Conference Mutah (2004)
• “The Seawater Greenhouse and the Watermaker Condenser”, P. A. Davies et C. Paton, 3rd Int. Heat Powered Cycles Conference, Larnaca, Chypre (2004)
• “Potential of the Seawater Greenhouse in Middle Eastern climates”, P. A. Davies, K. Turner and C. Paton, International Engineering Conference Mutah, Jordan, 523–540 (2004)
• “Solar energy desalination for arid coastal regions: Development of a humidification-dehumidification seawater greenhouse”, Goosen, M.F.A., S.S. Sablani, C. Paton, J. Perret, A. Al-Nuaimi, I. Haffar, H. Al-Hinai, et W.H. Shayya, Solar Energy Journal 75:413-419 (2003)
• “Seawater Greenhouse Development for Oman: Thermodynamic Modelling and Economic Analysis”, Charlie Paton, MEDRC Series of R&D Reports, MEDRC Project: 97-AS-005b (2001)
• “Thermodynamic and economic considerations in solar desalination”, Goosen, M.F.A., S. Sablani, W.H. Shayya, C. Paton, et H. Al-Hinai. Desalination 129(1):63-89 (2000)
• “The Seawater Greenhouse: a case study based on Morocco”, P. A. Davies et C. Paton, Sustainable Development International, 2^e édition, 99-103. ICG Publishing Ltd (2000)
• “Performance aspects of a seawater greenhouse”, A. Raoueche and B.J. Bailey, 23rd WEDC Conference Durban, Afrique du Sud (1997)
• “Sensitivity analysis of the seawater greenhouse”, A. Raoueche, B. Bailey et B. Stenning, 22nd WEDC Conference, New Delhi, India (1996)
• “The Seawater Greenhouse for Arid Lands”, C. Paton et P. A. Davies, Mediterranean Conference on Renewable Energy Sources for Water Production, Santorin, 163–166 (1996)

Notes

Liens externes

• (en) Videos YouTube sur la serra a' l'eau de mer

La technologie a remporté nombreux prix, dont:

• (en) Clinton Global Initiative 2010 Commitment, the Bellona Foundation commits to implement the first realization of the Sahara Forest Project (2010)
• (en) The Buckminster Fuller Challenge Finalist - Sahara Forest, The Buckminster Fuller Challenge, (2009)
• (en) “Power Generation & Water Solutions Innovation Award”, 2009 Power Generation and Water Solutions awards, Dubai (2009)
• (en) St Andrews Prize for the Environment, University of St Andrews and ConocoPhillips, (2007)
• (en) The Tech Award, Technology for the benefit of Mankind, Tech Museum of Innovation, San Jose CA, (2006)
• (en) Global annual Institute of Engineering and Technology (IET) award for Sustainability, Institution of Engineering and Technology, (2006)
• (en) A special environmental award was made for the Seawater Greenhouse, which (distils) seawater for use (in agriculture) in arid climates, Galvanizer association, (2001)
• (en) Design Museum Sense Award for best practice in sustainable industrial design and architecture, Design Museum, (1999)

Articles :

• (en) “Growing vegetables in the desert is a cinch with the help of a giant solar still that turns water from the sea into fresh water and cool air. Fred Pearce steps inside the seawater greenhouse”, NewScientist, (2002)
• (en) “Engineers race to steal nature's secrets. Giant wind turbines based on a seed, and desalination plant that mimics a beetle”, The Guardian (2006)

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