Soutenance mémoire
CLASSIFICATION DES TECHNIQUES A MEMBRANES
Il n’est pas aisé de faire une classification des procédés à membrane destinés aux traitements des solutions. Néanmoins, deux types de classifications peuvent être dégagés :
♦ composés qui passent à travers la membrane : soluté et solvant
♦ types de membranes et d’énergie mise en jeu, pour assurer le transfert du solvant et/ou des solutés .
Cas de transfert de soluté ou de solvant
Lorsqu’on veut séparer les composés d’une solution, on peut choisir de faire passer les solutés, moins concentrés, à travers la membrane plutôt que la grande masse de solvant. Les solutés qui traversent plus ou moins sélectivement la membrane permettent leur séparation ; c’est ce que l’on appelle dialyse et qui est la plus ancienne des techniques à membranes. Des années 60 aux années 70, on est donc passé de membranes assurant un transfert sélectif des solutés, sans transfert de solvants, à des membranes assurant le transfert de solvants, avec rétention sélective des solutés. Ces dernières techniques ont pris un essort considérable durant les années 70 en particulier dans les industries agro-alimentaires : laiteries (ultrafiltration) et pour le dessalement des eaux saumâtres (osmose inverse). Les cas de transfert de solvant à travers la membrane, en entraînant sélectivement les solutés, constituent des techniques plus récentes appelées osmose, osmose inverse, micro, ultra et nanofiltration . Pour ces dernières, le transfert du solvant est proportionnel à la pression et inversement proportionnel à l’épaisseur de la membrane. Or pour que la membrane puisse résister à la pression, il était nécessaire d’augmenter son épaisseur. Cette difficulté fût résolue grâce à la création de membranes « asymétriques » constituées d’une fine couche active sélective sur un support macro poreux dont l’intérêt est d’améliorer la résistance mécanique de la membrane[25]. Avec de telles conditions, il est tout à fait possible de travailler à des pressions élevées en maintenant une forte perméabilité et donc augmenter considérablement les débits de solvant. Ce qui explique que les techniques de solvotransfert soient de loin les plus développées dans le milieu industriel. On peut donc faire un premier type de classification qui distingue d’une part les dialyses où ce sont les solutés qui passent sélectivement à travers la membrane et d’autre part la technique de solvotransfert où c’est le solvant qui traverse la membrane avec entraînement sélectif des solutés(osmose, ultrafiltration). Le développement de la deuxième catégorie, où c’est le solvant qui passe à travers la membrane, n’a pu se faire de façon rentable, qu’après l’apparition, des membranes asymétriques. En effet seules ces dernières permettent un débit de solvant suffisant, par unité de surface de membrane. Ceci étant, les techniques avec transfert de solvant, sous l’action de la pression, se sont développées beaucoup plus rapidement et sont actuellement celles qui sont le plus utilisées. Pratiquement toutes les membranes industrielles sont des membranes asymétriques.
Cas du type de membrane et de l’énergie de transfert
Les membranes tiennent leurs caractéristiques de « barrière » essentiellement de leurs propriétés structurales et de leurs compositions. Toute membrane doit répondre à plusieurs exigences difficilement compatibles :
– réaliser la séparation, ce qui implique une structure relativement fermée,
– posséder une bonne résistance mécanique, ce qui implique une épaisseur suffisante,
– permettre un débit de perméation élevé, ce qui implique à la fois une structure relativement ouverte et une faible épaisseur.
La recherche de compromis satisfaisant amène les constructeurs à jouer simultanément sur quatre caractéristiques que sont la nature du matériau, la texture, la structure et la polarisation électrique de la membrane. Chacun de ces choix détermine un type de membrane. Les membranes sont principalement divisées en trois grandes familles :
• les membranes microporeuses caractérisées par leur diamètre de pores ou par leur « seuil de coupure » ; c’est à dire la masse molaire au dessus de la quelle les molécules sont retenues par la membrane,
• les membranes denses, sans porosité apparente ou dont le diamètre des pores est de l’ordre de grandeur des molécules qui la composent.
On peut les considérer comme des milieux hydro-organiques car elles sont gonflées à l’eau et à l’échelle macroscopique,
• les membranes ioniques. Elles sont denses, comportent des groupements fonctionnels chargés et sont analogues aux résines échangeuses d’ions : d’anions, de cations ou amphotères ou encore bipolaire (anion sur une face, cation sur l’autre). Le transfert sélectif à travers ces membranes se fait dans tous les cas grâce à une différence de potentiel chimique de part et d’autre de la membrane. Ce transfert est provoqué par l’action de trois principales sources d’énergie :
♦ une différence de concentration
♦une différence de potentiel électrochimique,
♦une différence de pression.
À partir des trois types de membranes et des trois sources d’énergie énoncées, on peut établir neuf principales techniques à membranes .
|
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
I. ETAT DE L’ART
I.1. Procédés Chimiques
I.2. Procédés Physico-chimiques ou à Membranes
I.3. Conclusion et Choix du Procédé
II. TECHNIQUES MEMBRANAIRES
II.1 Classification des Techniques à membrane
II.2.Polarisation et Colmatage
II.3.Facteurs réduisant le colmatage et Nettoyage
II.4.Limitation des Techniques à membrane
II.5.Intérêts des Techniques à membrane
II.6.Applications
II.6.5 Filtration Frontale ou Tangentielle à gradient de pression
II.7.Définitions principales en procédés membranaires
II.8.Conclusion
III. NANOFILTRATION ET MECANISMES DE TRANSFERT DE MATIÈRE
III.1. Cœfficient de transfert global
III.2. Énergie de solvatation et d’hydratation
III.3. Modèle de Spiegler, Kedem et Katchalsky
IV. RESULTATS ET DISCUSSIONS
IV.1. Principe du pilote
IV.2. Membranes utilisées
IV.3. Eau du réseau d’ANJOU RECHERCHE
IV.4. Filtration d’une eau de boisson fluorurée de VIELMUR-TOULOUSE
IV.5. Filtration d’eaux de boisson fluorurées du SENEGAL
IV.6. Transfert de Masse et modèlisation pour une élimination sélective des ions fluorure
IV.7. Influence des sels de Chlorure, Nitrate et/ou de sulfate sur la rétention de Fluorure à partir de solutions synthétiques
V. ÉTUDE DE CONDITIONS MICELLAIRES DE TENSIOACTIFS DÉRIVÉS DE LA DIÉTHYLÈNE TRIAMINE
V.1.Matériels utilisés
V.2.Théorie sur la Méthode
V.3.Résultats et discussions sur différents Tensioactifs
V.4.Conclusion
VI. ULTRAFILTRATION
VI.1. Place de l’Ultrafiltration parmi les différents procédés de filtration
VI.2. Résultats d’Ultrafiltration
CONCLUSION GENERALE
