Présentation
EnglishRÉSUMÉ
Cet article traite de l’utilisation des matériaux céramiques dans différents procédés industriels pour la protection de l’environnement. Il présente les membranes et les filtres pour le traitement des liquides et des gaz puis les dispositifs catalytiques pour le traitement des effluents des sources mobiles et stationnaires. La dernière partie aborde d’autres applications industrielles actuelles en adsorption ainsi que des applications en cours de développement comme les réacteurs catalytiques à membranes et la séparation des gaz.
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Lire l’articleAuteur(s)
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André AYRAL : Professeur à l'Université Montpellier 2 - Institut européen des membranes, CC047, Université Montpellier 2, France
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Vasile HULEA : Professeur à l'École nationale supérieure de chimie de Montpellier - Institut Charles Gerhardt UMR 5253, CNRS/UM2/ENSCM/UM1, MACS, ENSCM, Montpellier, France
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Jean-Pierre JOULIN : Consultant - New Energy Consulting Services, Montpellier, France
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Anne JULBE : Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique - Institut européen des membranes, CC047, Université Montpellier 2, France
INTRODUCTION
Les pressions environnementales croissantes telles que la pollution massive de l'air et des ressources en eau ou encore l'épuisement accéléré des réserves en énergie fossile ont conduit au concept de développement durable et à des stratégies associées telles que le traitement des effluents liquides et gazeux, la purification et le recyclage sur site de l'eau, l'utilisation et la purification des bioressources, l'allègement des véhicules de transport, l'utilisation de nouveaux vecteurs énergétiques, comme le dihydrogène, ou plus généralement l'intensification des procédés (associée à la notion d'« économie d'atomes », indicateur mesurant l'efficacité d'un procédé et égal au rapport, pondéré par les coefficients stœchiométriques appropriés, de la masse molaire du produit à synthétiser par la somme des masses molaires des réactifs). Les réglementations nationales ou internationales en matière d'environnement sont de plus en plus sévères et constituent donc des leviers importants pour la mise en place de nouveaux procédés industriels ainsi que pour l'amplification des efforts de recherche et développement sur les procédés propres et la remédiation des environnements pollués.
Du fait de propriétés spécifiques telle que la réfractarité, la stabilité chimique ou encore la tenue mécanique à la compression ainsi que de la grande diversité de microstructures, de porosités et de géométries accessibles, les céramiques constituent une classe de matériaux incontournables pour de nombreux procédés industriels actuels ou en cours de développement, visant la protection de l'environnement. Cet article en fournit une illustration en abordant des applications relatives à la filtration, à la catalyse hétérogène, à l'adsorption ou encore à des opérations couplées, par exemple dans les réacteurs catalytiques à membranes, basées sur la multifonctionnalité des matériaux ou des systèmes mis en jeu.
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4. Applications en cours de développement
Les applications présentées portent sur l'utilisation de membranes céramiques pour la séparation de gaz et dans des réacteurs catalytiques à membranes. Au cours des deux dernières décennies, une large vague d'innovations sur les membranes céramiques et l'ingénierie des procédés associés a été stimulée par l'intégration de préoccupations environnementales dans la production et vis-à-vis de la réduction de la consommation d'énergie. Si les principaux verrous technologiques ont été levés, les transitions technologiques (remplacement de procédés classiques par des procédés membranaires) ou le démarrage de nouvelles applications industrielles utilisant ces procédés membranaires sont encore dépendants de la mise en place de réglementations plus contraignantes les rendant incontournables.
4.1 Membranes pour la séparation de gaz
Les membranes céramiques de séparation des gaz ciblent surtout des applications à fort enjeu industriel et environnemental, avec notamment :
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le transport sélectif de l'oxygène à haute température : c'est le cas pour la séparation de l'air et la production d'oxygène ultrapur dans les procédés de combustion ou pour la distribution contrôlée de O2 dans les réacteurs d'oxydation ménagée d'alcanes, par exemple le méthane, qui permet la production de gaz de synthèse (« syngas ») selon la réaction :
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l'extraction sélective de l'hydrogène dans les réacteurs catalytiques : à titre d'illustration, on peut considérer le déplacement de l'équilibre thermodynamique dans les réactions de reformage, notamment du méthane :
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FANTOZZI (G.), NIEPCE (J.C.), BONNEFONT (G.) (Éds) - Les céramiques industrielles, propriétés, mise en forme et applications. - Dunod, Paris (2013).
-
(2) - AIMAR (P.), BACCHIN (P.), MAUREL (A.) - Filtration membranaire (OI, NF, UF, MFT) – Aspects théoriques : mécanismes de transfert - [J 2 789], Techniques de l'Ingénieur (2010).
-
(3) - CLÉMENT (R.), JONQUIÈRES (A.) - Pervaporation. - [J 2 820], Techniques de l'Ingénieur (2001).
-
(4) - SUN (L.M.), THONNELIER (J.Y.) - Perméation gazeuse. - [J 2 810], Techniques de l'Ingénieur (2004).
-
(5) - BURGGRAFF (A.J.), COT (L.) - Fundamentals of inorganic membrane science and technology. - Membrane Science and Technology Series, 4, Elsevier, Amsterdam (1996).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Membranes céramiques
CTI SA http://www.ctisa.fr
TAMI http://www.tami-industries.com
Pall Exekia https://www.pall.com/
Filtres à métaux
Filtres type nid d'abeilles
Corning http://www.corning.com
Filtres mousses
Vésuvius http://www.vesuvius.com
Foseco http://www.foseco.com
Filtres pressés
Coorstek http://www.coorstek.com
Daussan http://www.daussan.com
Filtres tissés (et métalliques)
Pyrotek http://www.pyrotek.info
Adsorbants
Granules et extrudats http://www.axens.net
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