Laboratoire de « Génie des procédés, Environnement et Agroalimentaire » 

Le GEPEA, Laboratoire de « Génie des procédés, Environnement et Agroalimentaire » est une unité mixte de recherche (UMR 6144) affiliée à 4 tutelles : CNRS, Nantes Université, IMT Atlantique et Oniris.

Le GEPEA a été renouvelé par le HCERES en tant que Laboratoire d’excellence pour la période 2022-2027. Il est composé d’environ 240 personnes dont 80 chercheurs et enseignants-chercheurs et 100 doctorants et post-doctorants. Le laboratoire est structuré en 5 équipes.

Le positionnement général du projet porté par le GEPEA est de contribuer à l’essor de l’Usine du Futur et au renouveau industriel afin de répondre aux enjeux des transitions environnementales, énergétiques, et alimentaires. Il vise plus particulièrement à répondre aux enjeux liés à une gestion sobre et optimisée des (bio)ressources (approches intégrées procédés-produits, réduction d’empreinte industrielle…), et à la préservation de la qualité de vie (écotechnologies pour la qualité de l’environnement, air, eaux, procédés de co-valorisation matière-énergie de résidus ou déchets industriels, procédés d’exploitation de ressources marines et en particulier microalgues).

• Pour en savoir plus : https://www.gepea.fr/

Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers

L’Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP) est une unité mixte de recherche (UMR) multidisciplinaire de l’Université de Poitiers et du CNRS (Chimie et Terre et Univers) dans les domaines de la chimie et des géosciences de la surface (UMR 7285). Il regroupe environ 260 personnes (une centaine de chercheurs et enseignants-chercheurs et environ 50 personnels techniques permanents, et autour de 110 non permanents dont 90 doctorants). Les axes de recherches se focalisent sur les ressources (carbone, eau, molécules naturelles), leurs transformations et leurs interactions avec les milieux naturels. L’accent est mis plus particulièrement sur la notion de réactivité et en termes d’interaction avec les milieux naturels ou de synthèse.  Les activités de recherche visent une meilleure compréhension des milieux, et en particulier les milieux anthropisés (eaux, sols, milieux biologiques,…) et l’amélioration des procédés de traitement (procédés d’oxydation, adsorption, filtration membranaire). La spécificité de l’équipe réside dans son approche sur l’étude du colmatage membranaire dans les filières de traitement des eaux en focalisant sur les interactions membranes/Matières organiques et sur la prédiction du colmatage par une approche d’apprentissage machine.

• Pour en savoir plus : https://ic2mp.labo.univ-poitiers.fr/

ICMPE

Les activités de recherche sur les membranes au sein de l’ICMPE s’inscrivent dans deux des quatre thématiques prioritaires de cet institut : « Environnement et Développement Durable » et « Nanomatériaux et Matériaux Avancés ». Ces activités sont structurées autour des 5 axes suivants :

1. Caractérisation physico-chimique des membranes échangeuses d’ions (MEIs) tout au long de leur cycle de vie (durabilité, vieillissement, colmatage, décolmatage). Développement de nouvelles techniques de caractérisation in-situ et operando.
2. Développement et optimisation de nouveaux procédés membranaires pour l’environnement et le développement durable (Dialyse ionique croisée, Dialyse de neutralisation, Couplage de procédés).
3. Développement de nouvelles membranes sélectives à certains ions (Cu²⁺, Li⁺, NO₃^–…).
4. Développement de nouvelles membranes composites pour la production de l’hydrogène vert ou pour certaines piles métal/air.
5. Modélisation de la microstructure membranaire et du transport de matière à travers les MEIs.

• Pour en savoir plus : https://www.icmpe.cnrs.fr/

L’Institut Européen des Membranes

L’Institut Européen des Membranes (ENSCM, UM, CNRS UMR5635), fondé en 1994 est un laboratoire de référence au niveau international dans le domaine des matériaux et procédés membranaires. Ses objectifs de recherche s’articulent autour d’une approche pluridisciplinaire et multi-échelle de :

– l’élaboration et la caractérisation de nouveaux matériaux membranaires;

– leur mise en oeuvre au sein de procédés membranaires ayant notamment pour application le traitement des effluents, la séparation de gaz, les biotechnologies en lien avec les sciences des aliments et de la santé.

L’IEM est structuré en 3 départements scientifiques et le projet est organisé autour de 3 thèmes transverses : (1) Membranes pour l’énergie : systèmes pour génération d’énergie, purification et séparation gazeuse, stockage d’énergie ; (2) Membranes pour le traitement de l’eau : matériaux multifonctionnels, intensification des procédés, (3) Membranes pour la purification de l’air.

Ces trois axes constituent l’affichage scientifique majeur de l’IEM, au sein desquels de nouvelles stratégies de recherche sont imaginées, et contribuent aussi à inscrire clairement le laboratoire dans une démarche intégrée de recherche dite « sociétale ». Les trois départements sont : (i) Design des matériaux membranaires et systèmes multifonctionnels (DM3) ; (ii) Interfaces, Physicochimie, Polymères (IP2); (iii) Génie des procédés membranaires (GPM).

• Pour en savoir plus :
  • https://iem.umontpellier.fr

Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR) – UMR CNRS 6226

L’équipe Chimie et Ingénierie des Procédés de l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes (UMR CNRS 6226) se consacre à l’étude et au développement de procédés membranaires pour le traitement de l’eau, des fluides biologiques tels que le lait et des fluides organiques afin d’assurer une production plus durable en industrie.

Les membres de l’équipe appliquent des techniques telles que la microfiltration, l’ultrafiltration, la nanofiltration et l’osmose inverse pour éliminer divers contaminants issus de sources d’eau multiples et/ou d’effluents. Ils explorent également l’intégration de procédés dégradatifs, tels que l’ozonation et l’oxydation anodique, pour l’élimination de micropolluants émergents (pesticides, résidus pharmaceutiques, PFAS…).

Une part importante des recherches menées dans l’équipe porte sur la nanofiltration en milieu solvant organique pour l’industrie chimique. L’équipe étudie notamment l’impact de la structure chimique des solutés sur la sélectivité des membranes et les mécanismes de transfert. Les connaissances acquises orientent la conception de cascades membranaires optimisées avec recyclages internes en fonction de différents objectifs de séparation (réutilisation de catalyseurs homogènes, etc.).

Le laboratoire mène également des travaux en distillation membranaire. Ceux-ci visent à améliorer la compréhension des mécanismes de transfert de matière de composés semi-volatils afin d’optimiser la sélectivité de leur séparation.

Sur le volet de la modélisation et de la simulation, l’équipe a recours à une approche multi-échelle, allant du macroscopique au moléculaire, afin de relier les propriétés structurales des membranes à leurs performances et de mieux comprendre les mécanismes de sélectivité afin de mettre en place des simulations aussi prédictives que possible.

Par ailleurs, l’équipe s’intéresse à l’utilisation de ressources renouvelables pour la fabrication de membranes de filtration.

Enfin, l’équipe dispose d’une forte expertise en caractérisation de surface qu’elle met en œuvre à l’aide de diverses techniques (FTIR-ATR, zêtamétrie, énergie de surface, SEM, AFM, XPS, etc.) pour étudier le colmatage et le vieillissement des membranes.

• Pour en savoir plus : https://iscr.univ-rennes.fr/chemistry-and-process-engineering-cip-research-themes

UMR QualiSud

Créée en 2007, QualiSud est une unité mixte de recherche placée sous la tutelle de six organismes de recherche et d’enseignement (Cirad /Département Persyst, Institut Agro/Pôle Tropiques et Méditerranée, Université de Montpellier, Avignon Université, Université de La Réunion, IRD). L’UMR QualiSud est structurée autour de 6 équipes dont l’équipe Ingénierie des Produits et Procédés Durables (IPDD).

Technologies membranaires et autres procédés séparatifs font l’objet de différents travaux de recherche au sein de l’équipe Ingénierie des produits et procédés durables de l’UMR QualiSud. Ces procédés sont appliqués à différents milieux, e.g. jus de fruits, extraits végétaux liquides, effluents liquides issus de transformations agro-alimentaires… Les applications concernent, entre autres, des opérations de clarification, stabilisation, purification, fractionnement.

De par ses nombreux avantages (compacité, faible impact environnemental, sélectivité ciblée…), les procédés membranaires occupent une place privilégiée dans les activités de recherche de l’équipe. L’approche adoptée intègre le développement et l’optimisation du procédé par l’étude des phénomènes de transferts à la membrane, dans un objectif non seulement d’assurer la sélectivité ciblée mais également de mieux identifier et contrôler les phénomènes de colmatage.

En menant des recherches sur l’utilisation des procédés membranaires appliquées à la clarification de jus de fruits, la pasteurisation à froid, la concentration à froid, la purification et au fractionnement de composés d’intérêt fonctionnels, l’équipe Ingénierie des produits et procédés durables de l’UMR QualiSud a de nombreuses collaborations académiques et industrielles en France (IEM, SyFood, Soufflet biotechnologie ®…) et à l’étranger (Agrosavia Colombie, CITA Costa Rica, Embrapa Brésil, ESP Sénégal…).

• Pour en savoir plus :
  • https://umr-qualisud.cirad.fr/l-umr-qualisud
  • https://umr-qualisud.cirad.fr/recherche/equipes-de-recherche/ingenierie-des-produits-et-procedes-durables/contexte-et-enjeu
  • https://plateforme-technologie-agroalimentaire.cirad.fr/plateaux-techniques/separation-membranaire-et-autres-techniques-separatives

Laboratoire de Génie Chimique (LGC)

Le LGC est une unité mixte de recherche placée sous la triple tutelle du CNRS, de l’Institut National Polytechnique de Toulouse et de l’Université de Toulouse.

Nos activités de recherche visent à concevoir, conduire, optimiser et extrapoler de nouveaux procédés de transformation de produits, de matériaux ou d’objets. Elles ont vocation à répondre à des enjeux sociétaux : eau et effluents, bioraffinerie, matériaux, ingénierie pour la santé, énergie.

Un des axes de recherche concerne les matériaux et procédés membranaires.  L’objectif commun des travaux qui y sont menés est d’améliorer les performances des procédés membranaires, en particulier leur sélectivité afin d’en élargir les domaines d’application et de favoriser leur intégration dans des chaines de transformation physiques, chimiques ou biologiques. Une approche multi échelle « de la molécule au procédé » couplant des outils théoriques et expérimentaux, modélisation moléculaire, thermodynamique, mise au point de dispositifs expérimentaux et outils analytiques, est développée. Elle vise à relier les mécanismes à l’échelle moléculaire et les grandeurs de transfert permettant de caractériser les performances des procédés. Les champs d’application sont très diversifiés : valorisation de la biomasse, production de molécules biosourcées, traitement de l’eau, de fluides biologiques, captage et utilisation du CO2, chimie verte, intensification des procédés.

• Pour en savoir plus : https://lgc.cnrs.fr/

Laboratoire de Transformation Alimentaire et Procédés ÉlectroMembranaires (LTAPEM)

Le Laboratoire de Transformation Alimentaire et Procédés ÉlectroMembranaires (LTAPEM) est un laboratoire affilié de l’Université Laval sise à Québec (Canada). Les intérêts de recherche du LTAPEM portent sur l’étude des phénomènes électrodialytiques et leurs impacts sur les composés bio-alimentaires et leurs bénéfices santé. Cette programmation de recherche a pour but de concevoir, optimiser et développer de nouvelles techniques et technologies améliorant l’écoefficience des lignes de production alimentaire tout en permettant la valorisation des co-produits dans le cadre d’une économie circulaire. Le LTAPEM compte à l’heure actuelle 2 M.Sc., 11 Ph.D et 4 Post-doc dans le cadre de projets de recherche dont le budget total annuel s’élève à plus de 1.0 M$. Le LTAPEM a publié plus de 280 articles et depuis 2020, il est reconnu comme le leader mondial de l’électrodialyse avec membrane de filtration et comme faisant partie du 2% des meilleurs scientifiques au monde.

Laboratoire Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2)

Le laboratoire Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2), une unité mixte de recherche, possède une position originale avec une recherche couvrant les domaines de la Mécanique des Fluides Numérique et du Génie des Procédés. Cette activité est menée au sein de trois axes thématiques transverses et six équipes de recherche. Parmi ces équipes, l’Equipe Procédés Membranaires (EPM) consacre ses activités à des recherches appliquées qui couvrent un large spectre : depuis la conception de nouvelles membranes et modules jusqu’au développement et à l’installation de nouveaux procédés membranaires industriels. L’objectif principal de l’EPM est d’améliorer l’efficacité de ces procédés limitée par le colmatage et le coût de mise en œuvre, tout en apportant des solutions innovantes dans le traitement d’effluents spécifiques et la purification de composés de haute valeur ajoutée. Les activités de recherche de l’équipe sont réalisées, en majorité, en partenariat avec un industriel dans le cadre d’un contrat de collaboration de recherche. A partir d’une idée développée au laboratoire ou d’une problématique industrielle, il s’agit ici de travailler en partenariat dans un cadre réaliste de variables opératoires pour envisager un transfert vers le monde industriel.

Les problématiques scientifiques traitées sont complexes, multiples et abordent 7 grandes thématiques inter-agissant entre elles : Bioréacteur à membranes, Caractérisation de membranes et Eau potable, Industrialisation de procédés et CFD, Intensification de procédés, Propriétés de Transport et Métrologie, Traitement des effluents et Traitement de l’eau de mer et aquaculture.

• Pour en savoir plus :
  • https://m2p2.fr/recherche-m2p2-19/equipes-genie-des-procedes-156/procedes-membranaires-28/

UMR SayFood, Paris-Saclay Food and Bioproducts engineering

L’unité SayFood, UMR AgroParisTech/INRAE/Université Paris-Saclay, mène une recherche pluridisciplinaire et multi-échelles pour contribuer à des systèmes alimentaires plus durables, notamment via la conversion de bioressources pour des systèmes bioéconomiques circulaires. Elle comporte 5 équipes de recherche et une halle technologique (env. 110 permanents). Les séparations membranaires sont abordées dans l’équipe ProBioSSep (Procédés microBiologiques Stabilisation Séparation, 20 permanents), qui étudie la conception et l’optimisation des procédés de production/stabilisation ou de production/séparation intégrant les dimensions de qualité du produit, performances des procédés et impacts environnementaux.

Notre expertise en technologies membranaires couvre :

• La Nanofiltration (NF) et l’Osmose Inverse (OI), pour purifier des molécules d’intérêt issues de coproduits des Industries Agro-Alimentaires (IAA) (hydrolysats lignocellulosiques, enzymatiques, condensats de concentration…), ou pour traiter des effluents en vue de leur réutilisation au sein des procédés (https://minimeau.fr).
• Les contacteurs membranaires, pour de l’extraction liquide-liquide ou liquide-gaz, en particulier en couplage à la fermentation, pour intensifier l’ensemble du procédé (fermentation extractive)
• La pervaporation (PV) équipée de membranes hydrophiles ou organo-sélectives
• La perméation de vapeur (VP), équipée de membrane hydrophiles à fibres creuses pour la déshydratation de solvants notamment.

Ces procédés sont étudiés seuls et en couplage, de l’échelle de la paillasse à l’échelle pilote (2 pilotes d’OI/NF + 2 pilotes UF/MF + 3 contacteurs membranaires + 1 pilote d’électrodialyse + 1 pilote de pervaporation). Les projets en partenariat avec des industriels ou couplant fermentation et extraction (fermentation extractive) nous amènent à des séparations sur produits réels, que nous représentons aussi par des mélanges synthétiques afin de mieux comprendre les phénomènes de transfert des solutés à séparer (acides carboxyliques, COV, composés d’arômes, composés phénoliques, sucres …) et d’apporter un caractère générique aux études. Les impacts environnementaux des procédés sont également évalués.

• Pour en savoir plus : https://umr-sayfood.versailles-saclay.hub.inrae.fr/umr-sayfood/presentation-sayfood

Science et Technologie du Lait et de l’Œuf

L’unité mixte de recherche STLO (Science et Technologie du Lait et de l’Œuf) a pour objectif de produire des connaissances sur les constituants du lait et de l’œuf puis sur leur transformation en ingrédients ou produits finis pour l’alimentation humaine.
Au sein de cette unité, le groupe Procédé de Séparation par Membrane construit ses activités de recherche autour de la filtration membranaire du lait (parce que l’œuf – ça ne se filtre pas trop!).

Nous réalisons différents travaux en lien avec :

• étude théorique de la filtration membranaire (discussion des phénomènes associés, modélisation de la cinétique de filtration) ;
• étude des propriétés colloïdales de dispersions de protéines et de leurs agrégats (stabilité, rhéologie, compressibilité, perméabilité) ;
•  étude expérimentale de la filtration membranaire (à l’échelle microscopique, laboratoire, pilote) ;
• éco-conception des procédés membranaires intégrant l’analyse du cycle de vie (ACV), les approches d’intelligence artificielle (machine learning essentiellement) pour modéliser les procédés et les démarches d’optimisation multi-objectif;

Les super pouvoirs de notre équipe sont : (1) l’expérience dans tout ce qui lié au lait et les membranes, (2) la possibilité de réaliser des essais de filtration sur la Plateforme LAIT (https://stlo.rennes.hub.inrae.fr/plateformes/plateforme-lait) et (3) un réseau partenariat fort au niveau national et international.

• Pour en savoir plus : https://stlo.rennes.hub.inrae.fr/
• Lien vers l’équipe : https://stlo.rennes.hub.inrae.fr/recherche/equipe-psf

TBI, Toulouse Biotechnology Institute, Bio & Chemical Engineering

Au croisement du génie des procédés et de la science de la durabilité, les travaux de recherche de l’équipe SOPHYE, au sein du laboratoire TBI, s’appuient sur les compétences scientifiques de ses membres en procédés de séparation et d’oxydation, en évaluation environnementale et écoconception des procédés, et ont comme objectifs :

• le développement de connaissances des phénomènes locaux aux interfaces intervenant en séparation membranaire, chromatographique et en ozonation de fluides complexes
• le développement de procédés de séparation, réaction, procédés hybrides ou couplés, et de filières répondant aux enjeux environnementaux et sanitaires dans le domaine de l’eau et de la valorisation des biomasses
• le développement d’outils d’optimisation et d’analyse environnementale des opérations unitaires, des procédés, et des filières dans le domaine de l’eau et de la bioéconomie

L’équipe utilise des approches expérimentales et de modélisation à l’échelle la plus adéquate, pour résoudre les verrous scientifiques et ainsi répondre aux enjeux environnementaux et sociétaux.

• Pour en savoir plus : https://www.toulouse-biotechnology-institute.fr/