CLUB FRANCAIS DES MEMBRANES

Club Français des Membranes
(CFM – M2P2)
Europole de l’Arbois,
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l'ultrafiltration de l'eau par fibre creuse une aventure toulousaine

MemPro 5
Thèses    
Thèses 2013

  Thèses 2013
 

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10 Janvier 2013
Mélisa HATAT-FRAILE, IEM, Montpellier
ETUDE DES METHODES D’ELABORATION ET DE LA MISE EN OEUVRE DE PHOTOCATALYSEURS POUR LE TRAITEMENT DE LA MICRO-POLLUTION BIO-REFRACTAIRE DANS L’EAU

Ce travail de thèse est consacré à l’élaboration de membrane photocatalytique à partir de nanoparticules de TiO2 obtenues par voie sol-gel (système TTIP-eau). Les sols sont préparés dans un réacteur à micro-mélange rapide (turbulent). L’effet de l’hydrodynamique au sein de différents mélangeurs (T simple, T chicanes, T rétrécissement) sur la morphologie et l’activité photocatalytique de nanoparticules déposées sur des plaques d’α-alumine a été étudié. Les dépôts de TiO2 ont été réalisés durant la période d’induction de la réaction sol-gel. Le mélange des réactifs a été simulé en utilisant un logiciel de modélisation numérique (modèle k-ε), Les différences hydrodynamiques au sein du micro-mélange a seulement un impact significatif sur le temps de stabilité des particules (période d’induction). Des couches minces et des membranes photo-actives ont été réalisées en vue du couplage membrane et réaction photocatalytique. Ces membranes ont été caractérisées et testées en photocatalyse. Elles ont montrées de bonnes photo-activités. Des tests de couplage direct séparation/photodégradation ont été réalisés sur des solutions aqueuses d’acide orange 7. Ce dispositif expérimental a permis de mettre en évidence une augmentation de flux de perméation significative avec de l’eau et en présence de colorant en solution. L’effet de la concentration et du pH de la solution a été évalué sur les flux de perméat et sur la photodégradation.

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28 Janvier 2013
Mikael DUMORTIER, IEM, Montpellier
MODELISATION NUMERIQUE DES TRANSFERTS DE MATIERE, DE CHALEUR ET ELECTROCHIMIQUES AU SEIN D’UN ELECTROLYSEUR HAUTE TEMPERATURE

L’électrolyse haute température de l’eau à l’aide de membranes en céramique conductrice de protons est un processus intéressant pour la production d’hydrogène. Ce processus, qui peut être effectué sans catalyseurs nobles, produit de l’hydrogène pur et nécessite moins d’électricité que l’électrolyse classique à basse température. Le développement futur de ces réacteurs à membrane nécessite des efforts accrus sur la simulation numérique afin d’optimiser la chaleur et les transferts de masse ainsi que la conception de cellules d’électrolyse. Ce travail présente un ensemble d’équations sélectionnées dans la littérature et des démonstrations mathématiques rigoureuses permettant la description des phénomènes de transport dans la cellule et en particulier dans les électrodes qui sont composées de cermets. A partir de ce modèle, une étude paramétrique est conduite de façon à caractériser l’influence des différents paramètres opératoires sur ces phénomènes. Les différentes observations de cette étude permettent de dresser un ensemble d’hypothèses pour le développement de méthodes destinées à la simplification du modèle et à la réduction du temps de résolution. Ces modèles simplifiés permettent la détermination analytique des grandeurs dans l’électrode et ont conduit à la construction de nombres adimensionnels et de longueur caractéristiques du dispositif.

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5 Avril 2013
Jordan SEIRA, LGC, Université Paul Sabatier, Toulouse
ROLE DE LA SORPTION ET DE LA BIODEGRADATION DANS L’ELIMINATION DE MICROPOLLUANTS PAR DES PROCEDES D’EPURATION BIOLOGIQUE : APPLICATION AUX MOLECULES ANTICANCEREUSES TRAITEES PAR BIOREACTEUR A MEMBRANE

Les travaux de recherche effectués dans le cadre de ce travail de thèse ont eu pour objectif de caractériser le rôle joué par les mécanismes de sorption et de biodégradation dans l’élimination de micropolluants organiques par les boues biologiques, et notamment celles de bioréacteur à membrane. La première étape a consisté en la mise au point d’une méthode d’analyse de molécules anticancéreuses depuis les phases aqueuse et solide des boues. L’extraction des molécules contenues dans la phase aqueuse a été réalisée par une combinaison de cartouches SPE permettant la récupération sélective d’espèces acides, neutres et basiques. L’extraction depuis la phase solide a été rendue possible grâce l’utilisation de la technique sous solvant pressurisé et à chaud PLE, suivie par une étape de purification directement inspirée de la méthode développée pour la phase aqueuse. Une procédure originale de préparation d’échantillons de boues a été proposée pour estimer rigoureusement le phénomène de sorption. Le modèle de Freundlich est celui qui a donné les corrélations les plus satisfaisantes et a été sélectionné. La détermination des paramètres du modèle a mis en évidence des comportements de sorption différents pour les molécules ciblées, mais toujours caractérisés par des aptitudes de sorption faibles. La mise en relation des propriétés physico-chimiques des molécules, des boues et des paramètres de sorption n’a pas révélé de corrélations évidentes entre ces différents paramètres et ne permet pas de proposer de modèle capable de prédire la sorption en fonction des caractéristiques des boues et des polluants. La caractérisation du comportement d’un cocktail d’anticancéreux lors du traitement par un pilote de bioréacteur à membrane externe a révélé que le principal mécanisme à l’origine de leur élimination était la biodégradation. Les interactions entre les microorganismes et les micropolluants ciblés sont liées au cométabolisme. Une étude poussée du mécanisme a révélé que ces mêmes interactions étaient à l’origine d’une limitation de la biodégradation et doivent être intensifiées pour améliorer les performances de traitement sur ce point.

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10 Avril 2013
Sami SAIDI, IEM, Montpellier, UNiversité de Safx
VALORISATION DES CO-PRODUITS ISSUS DES INDUSTRIES DE LA PECHE PAR HYDROLYSE ENZYMATIQUE COUPLEE AU FRACTIONNEMENT PAR DES PROCEDES MEMBRANAIRES : APPLICATION AUX CO-PRODUITS DU THON

Ce travail de recherche s’inscrit dans la cadre de la valorisation des co-produits issus des industries de transformations des produis de la mer. La thèse a donc eu pour objectif la mise en place de procédés innovants d’extraction et de récupération de fractions peptidiques grâce au couplage d’un procédé d’hydrolyse enzymatique et de techniques de séparation sur membrane. Après avoir sélectionné la préparation enzymatique susceptible de répondre aux objectifs de l’étude, les conditions de réaction ont été optimisées à petite échelle (erlen 100 mL) puis des hydrolyses ont été conduites à plus grande échelle (reacteur de 5L) afin de produire l’hydrolysat de protéines de thon nécessaires à la suite de l’étude. La deuxième partie du travail a été consacrée à la mise au point du procédé fractionnement sur membrane. Pour répondre à l’objectif à savoir récupérer 3 fractions différentes : une fraction riche en composés protéiques de MM supérieures à 4 kDa, une fraction riche en peptide de MM comprises entre 1 et 4 kDa et une fraction ne renfermant que des composés de MM inférieure à 1 kDa, il a été décidé de mettre en œuvre deux étapes de filtration successives : une étape d’UF et une étape de NF. Apres avoir identifié les membranes à utiliser et optimisé les conditions opératoires grâce à une étude conduite sur solution modèle, des essais ont été réalisés selon 3 modes opératoires différents, avec l’hydrolysat préparé. Il a ainsi été possible de valider le procédé et de déterminer le mode opératoire le plus efficace.

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25 Juin 2013
Camille REGULA, LM2P2-EPM, Marseille
ETUDE DU VIEILLISSEMENT DES MEMBRANES DANS LE DOMAINE DE L’AGROALIMENTAIRE :PRODUCTION D’EAU POTABLE ET FILTRATION DU LAIT

Quel que soit le domaine d’application, les membranes doivent fréquemment subir des procédures de nettoyage et/ou de désinfection afin d’éliminer le colmatage qui découle de la filtration. Ces nettoyages sont responsables d’une accélération du vieillissement des matériaux qui impacte directement les performances techniques et économiques des procédés membranaires. La pérennité de ces derniers passe par l’identification des principaux facteurs responsables du vieillissement et par la compréhension des mécanismes qui le régissent. Le vieillissement statique de membranes d’ultrafiltration spiralée en polyethersulfone et fibres creuses en polysulfone respectivement utilisées pour la filtration du lait et pour la production d’eau potable a été étudié. Ce vieillissement a été mis en place selon la méthodologie des plans d’expériences qui a permis l’étude simultanée de la concentration, de la température et du temps de contact membrane/détergents et ce, pour différents détergents formulés couramment utilisés sur les sites de production (alcalin, acide, enzymatiques, oxydant chloré et oxydant non chloré). Un protocole de vieillissement a été développé démontrant la non pertinence des vieillissements accélérés généralement utilisés. Les résultats ont permis de modéliser statistiquement les modifications membranaires induites par chaque détergent. Ces modifications ont été suivies aussi bien à l’échelle microscopique que macroscopique afin d’appréhender le phénomène de vieillissement dans sa globalité : propriétés de transport, propriétés mécaniques, propriétés de surface, ainsi que les modifications de la composition chimique du polymère constitutif de la membrane. Des préconisations d’utilisation des différents produits sont proposées : véritable carnet de bord les industriels.

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- 13 Juillet 2013
Berenice BERNAL, IEM, Montpellier, UNiversité de Murcia
ENZYME TECHNOLOGY FOR SACCHARIFICATION OF PLANT BIOMASS IN NEOTERIC SOLVENTS

La production de biocarburants de deuxième génération élaborés à partir de ressources végétales non alimentaires telles que la cellulose est un des enjeux majeurs de la société pour les prochaines décennies. Le procédé comprend trois étapes importantes, le prétraitement de la cellulose destiné à faciliter sa dégradation, l’hydrolyse conduisant à la libération d’unités glucose et enfin l’étape de fermentation conduisant à la production d’éthanol. Dans le cadre de cette thèse, seule les 2 premières étapes ont été étudiées. Dans un premier temps, un procédé original basé sur les concepts de la chimie verte et mettant en œuvre des liquides ioniques a été développé pour augmenter la solubilité de la cellulose et facilité sa dégradation par voie enzymatique. Un tel traitement a permis de d’atteindre des rendements d’hydrolyse proche de 100%. La durabilité du procédé a été assurée grâce à la mise au point d’une méthode de récupération et de de recyclage du liquide ionique. Dans un second temps, toujours dans l’objectif de garantir la faisabilité industrielle du procédé, le réacteur enzymatique a été associé à une unité de filtration sur membrane, ce couplage permettant de confiner les enzymes au sein du milieu réactionnel autorisant ainsi leur réutilisation. Deux configurations de réacteur membranaire (semi continu et continu) ont été étudiées. Bien que permettant toutes les deux des rendements optimaux d’hydrolyse, la productivité observée avec le réacteur continu s’est avérée supérieure.

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- 9 Septembre 2013
Thanh Duong DAO, LISBP, INSA Toulouse
PROCEDES MEMBRANAIRES POUR L’ELIMINATION DES METAUX LOURDS : APPLICATION DE LA DISTILLATION MEMBRANAIRE A L’ELIMINATION DE L’ARSENIC CONTENU DANS LES EAUX SAUMATRES

Cette thèse de doctorat concerne l’étude de la distillation membranaire sous vide pour l’élimination de l’arsenic contenu dans les eaux souterraines. En effet, la contamination des nappes phréatiques par l’arsenic est une problématique majeure dans de nombreux pays, et en particulier au Vietnam. Dans ce pays, choisi comme cas d’étude pour ce travail, environ 13% de la population est empoisonnée par des eaux souterraines contaminées par l’arsenic. De plus, ces eaux souterraines présentent des salinités élevées (5-10 g.L-1) dues à des infiltrations d’eau de mer dans les nappes. Ce travail de thèse a permis de démontrer la faisabilité de la distillation membranaire sous vide (DMV) pour éliminer l’arsenic contenu dans ces eaux et réduire leur salinité afin de les rendre propres à la consommation humaine. Les concentrations en As(III) dans le perméat de DMV sont toujours inférieures aux limites de la norme en eau potable (10 µg.L-1), même pour de très fortes concentrations en As(III) dans l’alimentation (jusqu’à 2000 µg.L-1). La DMV ne nécessite pas de pré-oxydation de l’As(III) en As(V), étape nécessaire dans de nombreux procédés conventionnels de traitement. De plus, un couplage entre l’osmose inverse (OI) et la DMV a été étudié : l’étape d’OI permet une pré-concentration en NaCl et As(III), puis ce rétentat est alors sur-concentré grâce à la DMV. La DMV a montré de très bonnes performances pour traiter un concentrat contenant de très fortes concentrations en As(III) (7000 µg.L-1). La DMV permet toujours de limiter les teneurs en arsenic dans le perméat à des valeurs en-dessous de la norme. Enfin, une simulation d’un procédé global, incluant OI et DMV, et fonctionnant à un taux de conversion global de 96%, a été effectuée. Ce couplage ouvre la voie vers un traitement global de l’arsenic permettant de générer de très faibles quantités de rejet final.

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- 13 Septembre 2013
Sana GASSARA, IEM, Montpellier, Université de Sfax
PRÉPARATION DES MEMBRANES À BASE DE POLY(ÉTHERIMIDE) FONCTIONNALISÉES ET À TAILLE DE PORES CONTRÔLÉE : APPLICATION À LA SÉPARATION SÉLECTIVE DES IONS ET DES ACIDES AMINÉS

Des gammes de membranes en poly(étherimide) (PEI) fonctionnalisées avec des tailles de pores contrôlées ont été préparées en deux étapes successives : élaboration des membranes UF de seuil de coupure (MWCO) de 120 ± 10 kDa par la technique inversion de phase induite par la coagulation dans l’eau suivie d’un traitement de surface par une solution aqueuse contenant des oligomères aminés. Une modification avec un dérivé monoaminé commercial, le Jeffamine M-2070, a donné des membranes recouvertes de brosses de courtes chaines de poly(éthylèneglycol) (PEG-PEI) qui ont rendu la membrane plus hydrophile et plus résistante au colmatage par le BSA avec un taux de récupération de flux à l’eau de l’ordre de 80 à 93 % (traitement de 1 à 3 h). Le MWCO des membranes PEG-PEI traitées plus que 3 h augmente progressivement pour atteindre 500 kDa après 5 h de traitement. D’autre part, une réaction avec des oligomères de poly(éthylèneimine) a donné des membranes chargées positivement (Cat-PEI) en rétrécissant la taille des pores pour atteindre une gamme de membranes d’UF serrée et de NF. Des membranes Cat-PEI de NF de MWCO de l’ordre de 300-500 Da sont adaptées au dessalement avec par un ordre décroissant de rétention pour les sels simples de CaCl2 > NaCl > MgSO4 > Na2SO4. La forte rétention des ions Ca2+ (plus que 90 %) rend ces membranes très efficaces pour l’adoucissement d’eau (diminution de la dureté d’une eau du robinet de 37 à 7°F). Les membranes Cat-PEI ont montré aussi, une bonne rétention des acides aminés basiques (plus que 80 % pour l’Arginine et la Lysine) à un pH entre 3 et 6. Ainsi une sélectivité expérimentale arginine/acide glutamique de l’ordre de 30 a été obtenue pour des mélanges de ces deux acides aminés avec des membranes de MWCO entre 500 et 750 Da.

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- 27 Septembre 2013
Wendy GARCIA-VASQUEZ, ICMPE
ETUDE DU COMPORTEMENT A LONG TERME DES MEMBRANES ECHANGEUSES D’IONS UTILISEES EN ELECTRODIALYSE

Lors de ce travail de thèse nous avons étudié la durabilité de différentes membranes échangeuses d’anions et membranes échangeuses de cations utilisées en électrodialyse conventionnelle pour l’industrie agroalimentaire. Certaines de ces membranes sont du type homogène et d’autres du type hétérogène. La méthodologie suivie tout au long de ce travail est basée sur la comparaison de nombreuses propriétés physico-chimiques, structurales et mécaniques d’échantillons neufs et d’autres vieillis dans un module d’électrodialyse industriel (in-situ) ou selon des protocoles que nous avons mis au point en laboratoire (ex-situ). L’étude du vieillissement in-situ des différentes membranes échangeuses d’ions utilisées dans le traitement des acides organiques et dans la déminéralisation du lactosérum nous a permis de confirmer que les membranes échangeuse d’anions sont beaucoup plus sensibles au vieillissement que les membranes échangeuses de cations. Par ailleurs, nous avons démontré que les changements dans les propriétés de transport, et donc dans les performances des membranes, dépendent en grande partie des modifications survenues sur leur microstructure. Nous avons apporté des améliorations au modèle microhétérogène pour permettre d’interpréter et de quantifier les conséquences du vieillissement des membranes échangeuses d’ions. L’effet des opérations de nettoyage sur le comportement à long terme des membranes échangeuse d’ions utilisées dans les opérations d’électrodialyse en agroalimentaire a fait l’objet de notre étude ex-situ. Ce vieillissement est effectué par des solutions acides, alcalines ou par cycles alternant les deux solutions, ou également par des solutions oxydantes de type eau de Javel. Nous avons démontré, entre autres, que les cycles de nettoyage acide-base effectués lors des opérations d’électrodialyse en agroalimentaire engendrent d’importantes dégradations sur les membranes échangeuses d’anions et que ce nettoyage est la cause essentielle du vieillissement des membranes échangeuses d’anions homogènes utilisées en électrodialyse pour la déminéralisation du lactosérum. Une confrontation entre les résultats obtenus par les vieillissements ex-situ et in-situ nous permet de confirmer leur similarité. Ainsi, nous pouvons proposer que, sous des conditions opératoires bien choisies, les études ex-situ sont bien adaptées pour la réalisation d’un vieillissement artificiel contrôlé

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- 2 Octobre 2013
Zhoahuan, MAI, ECP, Paris
MEMBRANE PROCESSES FOR WATER AND WASTEWATER TREATMENT : STUDY AND MODELING OF INTERACTIONS BETWEEN MEMBRANE AND ORGANIC MATTER

L’objectif de cette thèse est de mettre en évidence le comportement à l’échelle microscopique des composés organiques au cours des procédés de traitement de mélanges complexes, en particulier les procédés membranaires. Pour cela des outils expérimentaux et de modélisation ont été mis au point. Les méthodes de caractérisation expérimentale des mélanges complexes et de l’état de surface des solides utilisés sont entre autres la construction d’isothermes d’adsorption et la mesure des tensions interfaciales par la méthode de la goutte posée. Le cas étudié ici est celui de la filtration de solutions modèles de tensioactifs par osmose inverse. Nous avons montré que le comportement des composés organiques (tensioactifs) influence la performance du procédé membranaire et les propriétés de membranes. L’outil de simulation du comportement des composés en phase liquide et à l’interface liquide-solide permettant une description à une échelle plus fine que celle atteignable expérimentalement est la DPD (Dissipative Particle Dynamics). Une première étape a permis de simuler l’agrégation des tensioactifs en solution et de retrouver les valeurs expérimentales des concentrations micellaires critiques et nombres d’agrégation de tensioactifs anioniques. L’étude de l’adsorption des tensioactifs sur une membrane d’osmose inverse a été initiée, avec pour objectif de mettre en évidence l’organisation des composés à l’échelle locale. L’apport des outils développés a été démontré et leur utilisation pourra être approfondie dans des travaux ultérieurs

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- 23 Octobre 2013
Séverine PLANTIER, Laboratoire GEPEA, St Nazaire
PROCEDE DE PRETRAITEMENT D’EAU DE MER AVANT OSMOSE INVERSE EN PRESENCE D’EFFLORESCENCES ALGALES

Dans les usines de dessalement d’eau de mer par osmose inverse (OI), l’apparition d’efflorescences algales entraîne des dysfonctionnements des prétraitements et notamment de l’ultrafiltration (UF) : colmatage rapide des membranes et détérioration de la qualité du perméat. L’objectif de ce travail de thèse est dans un premier temps de comprendre les mécanismes de colmatage et de rétention des membranes d’UF pour ensuite proposer une filière de prétraitement lors d’efflorescences algales. Une unité d’UF frontale, équipée de membranes fibres creuses en PVDF a été utilisée à flux constant et en mode externe-interne. Trois eaux de mer spécifiquement préparées pour l’étude ont été ultrafiltrées, une sans micro-algues, une enrichie en culture d’H.triquetra et une enrichie en surnageant de culture d’H.triquetra. Les deux dernières eaux entrainent un sévère colmatage de la membrane d’UF. Pour limiter ce colmatage, deux filtres à sable (FAS), monocouche et bicouche, ont été placés en amont de l’UF. Il ressort que la filtration granulaire bicouche améliore légèrement les performances de l’UF. Les mécanismes de rétention dans les filtres granulaires ont aussi été étudiés. La teneur en matières organiques dissoutes reste importante dans toutes les eaux produites (2,3-5,7 mgC/L). Enfin, l’étude préliminaire d’une étape de nanofiltration comme post-traitement de l’UF et en remplacement d’un 1er étage d’OI a permis à la fois d’abattre 99% de la matière organique mais aussi de dessaler partiellement l’eau de mer (60%). La filière de prétraitement d’eau de mer proposée, associant FAS–UF–NF, devrait, dans des conditions optimales, faire face efficacement aux efflorescences algales.

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- 31 Octobre 2013
Thi Dong Phuong NGUYEN, GEPEA, St Nazaire
RÉCOLTE DE BIOMASSE MICROALGALE PAR FLOCULATION NATURELLE ET PROCÉDÉS MEMBRANAIRES

La récolte de microalgues contribue pour une part non négligeable au coût total du procédé d’exploitation. Identifier et caractériser des procédés peu énergivores pour remplacer totalement ou partiellement le procédé de référence qu’est la centrifugation représente un enjeu majeur. Ce travail s’intéresse à la floculation naturelle et aux procédés membranaires. Il a montré que la floculation naturelle permettait, par précipitation de composés de phosphates de calcium ou de magnésium lors de la remontée naturelle du pH, de préconcentrer les cellules jusqu’à 30 gMS.L-1. Ce processus, relativement long, doit être maîtrisé en adaptant la composition ionique des milieux de culture (nitrate comme source d’azote, concentrations en ions Ca2+, PO43-, Mg2+). Cette solution ne semble envisageable que pour les souches microalgales marines dont les milieux sont riches en ces composés. Vu les concentrations modérées atteintes, cette floculation peut être considérée comme une technique de préconcentration qui nécessitera une étape supplémentaire de concentration. Le travail a également investigué les procédés membranaires monoétagés sans gestion des flux de perméation (rétrolavage, augmentation des taux de cisaillement…), qui ont permis de (pré)concentrer les cellules microalgales jusqu’à 100 gMS.L-1 avec des flux de perméation faibles (<30 L.h-1.m-2). L’emploi de la filtration dynamique, qui limite le colmatage, a autorisé l’obtention de flux de filtration plus élevés (40

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- 13 Novembre 2013
Guillaume COUTURE, IEM, Montpellier
NOUVEAUX COPOLYMERES FLUORES POUR PILE A COMBUSTIBLE ALCALINE A CŒUR SOLIDE
La synthèse de membranes polymères pour pile à combustible alcaline à cœur solide constitue l’objectif de ce travail. Ces membranes doivent présenter une conductivité des ions hydroxydes élevée, une haute stabilité thermique, une résistance chimique en particulier à la réaction d’élimination d’Hofmann, une insolubilité dans l’eau et une résistance mécanique suffisante pour permettre leur mise en forme et la réalisation d’assemblages membrane-électrode. Pour remplir ces critères, l’utilisation de copolymères alternés poly(chlorotrifluoroéthylène-alt-éther vinylique) (poly(CTFE-alt-EV)) porteurs de groupements ammonium quaternaire a été considérée. Dans un premier temps, différents éthers vinyliques fonctionnels ou fonctionnalisables ont été obtenus par transéthérification catalysée par le palladium avec des taux de conversion supérieurs à 80 %. La copolymérisation de ces monomères avec le CTFE a permis d’obtenir des copolymères dont l’alternance a été vérifiée par analyse élémentaire et spectroscopie RMN, et dont les propriétés physico-chimiques ont été étudiées par des techniques variées. Différentes méthodes de fonctionnalisation ont été mises en place et ont permis d’obtenir plusieurs copolymères poly(CTFE-alt-EV) originaux porteurs de groupements ammonium quaternaire non sensibles à la dégradation d’Hofmann et présentant une stabilité thermique satisfaisante pour un usage en pile à combustible. Dans l’optique d’améliorer les propriétés mécaniques de ce type de matériau, une autre stratégie a été mise en place : la synthèse de terpolymères contenant un pourcentage variable de vinyloxy-1H,1H,2H,2H-perfluorodécane, un éther vinylique fluoré. Ce dernier a permis l’augmentation de la masse molaire des terpolymères, la diminution de leur température de transition vitreuse et l’amélioration de leurs propriétés mécaniques.

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- 12 décembre 2013
Thibault NEVEUX, LRGP, Nancy
MODELISATION ET OPTIMISATION DES PROCEDES DE CAPTAGE DE CO2 PAR ABSORPTION CHIMIQUE
- Les procédés de captage de CO2 par absorption chimique engendrent une importante pénalité énergétique sur la production électrique des centrales à charbon, constituant un des principaux verrous technologiques au déploiement de cette filière. L’objectif de cette thèse est de développer et valider une méthodologie à même d’évaluer précisément le potentiel d’un procédé de captage aux amines donné. La phénoménologie de l’absorption chimique a été étudiée en profondeur et représentée par des modèles à l’état de l’art. Le modèle e-UNIQUAC a été utilisé pour décrire les équilibres chimiques et de phases des solutions électrolytiques et les paramètres du modèle ont été régressés pour quatre solvants. Un modèle hors-équilibre a été utilisé pour représenter le transfert couplé de matière et de chaleur, accéléré par les réactions chimiques. Les modèles de colonnes d’absorption et de strippage ont été validés avec succès sur des données expérimentales d’un pilote industriel et d’un pilote de laboratoire. L’influence des différents phénomènes sur les efficacités de séparation a été explicitée afin d’isoler les phénomènes les plus limitants. Une méthodologie a alors été proposée pour évaluer la pénalité énergétique, incluant les consommations thermiques et électriques, liée à l’implémentation d’un procédé de captage et de compression de CO2 sur une centrale à charbon supercritique à l’état de l’art. Une méthode d’estimation du coût de l’électricité est proposée pour quantifier les dépenses opératoires et d’investissement liées à l’implémentation d’un tel procédé. L’environnement de simulation et d’évaluation de procédés obtenu a ensuite été couplé à une méthode d’optimisation non-linéaire afin de déterminer les paramètres opératoires et les dimensions des équipements maximisant les performances énergétiques et économiques. Cette méthodologie a alors été appliquée à l’optimisation de cinq architectures de procédés opérant avec de la MEA 30% : le procédé conventionnel à deux colonnes et quatre modifications de ce procédé. La comparaison des performances montre que les modifications utilisant un effet de pompe à chaleur ont montré les meilleurs gains. L’utilisation de l’analyse technico-économique en tant que critère d’évaluation de la performance d’un procédé, couplée à un algorithme d’optimisation systématique, a prouvé sa capacité à déterminer les valeurs des nombreux paramètres opératoires et de dimensionnement, optimales à la fois énergétiquement et économiquement. Cette méthodologie pourrait être étendue pour traiter d’autres systèmes industriels pour lesquels les compromis technico-économiques entre investissement et performance sont critiques.

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20 Décembre 2013
Nan WU LM2P2-EPM, Aix Marseille Université
FILTRATION DE NANOPARTICULES PAR PROCEDES MEMBRANAIRES

Les nombreuses applications des nanomatériaux manufacturés (ENMs) entraînent inévitablement leur rejet dans les eaux, et conduisent ainsi à l’exposition des organismes vivants. Dans cette thèse, la filtration membranaire de nanoparticules est étudiée. La première partie concerne la compréhension du colmatage des membranes par des nanoparticules. Par le développement d’une méthodologie innovante utilisant la microscopie confocale à balayage laser (CSLM) pour localiser des quantum dots (QDs) fluorescentes dans différentes profondeurs des membranes colmatées. Avec l’aide de la CLSM et des logiciels d’analyse d’images, des informations qualitatives et quantitatives sur la distribution des QDs dans les membranes sont obtenues. La deuxième partie décrit la séparation de nanoparticules/colloïdes naturels présents dans une rivière en aval et en amont d’une plateforme industrielle de microélectronique. La filtration membranaire par étapes est utilisée pour séparer la fraction colloïdale/nanoparticules etd’autres fractions de taille (grandes particules, particules, et les fractions véritablement dissoutes) dans l’eau de rivière et dans des effluents de STEP. L’influence des sources anthropologiques (effluent de la STEP et de la zone industrielle) sur les concentrations et partitionnement d’éléments dans l’eau de rivière est étudiée. L’impact des modes de filtration (frontale et tangentielle) sur le processus de fractionnement est également discuté.