Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
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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Adsorbants céramiques pour la capture de gaz et de vapeur
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2. Dispositifs catalytiques pour le traitement des effluents gazeux
Les principales formes d'énergie (électrique, thermique, transport) sont produites essentiellement par combustion des matières carbonées (fractions issues du pétrole, charbon, gaz, bois) dans les centrales électriques, chaudières et moteurs des moyens de transport. Les gaz de combustion contiennent régulièrement des polluants, dont les plus importants sont les hydrocarbures non brûlés (HC), les produits d'oxydation partielle (alcools, aldéhydes, acides) appelés « composés organiques volatils » (COV), le monoxyde de carbone (CO), les particules riches en carbone, les oxydes d'azote (NOx) et de soufre (SOx).
D'une manière générale, le traitement des gaz de combustion vise la conversion des molécules polluantes en produits inoffensifs/neutres, par réactions de réduction et d'oxydation. Par exemple, les oxydes d'azote sont réduits en diazote, tandis que le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures (HC), les composés organiques volatils (COV) et les particules carbonées sont oxydés en dioxyde de carbone. Les méthodes de traitement appliquées tiennent d'abord compte des concentrations des polluants et des autres molécules (oxygène, azote, eau, hydrogène) présentes dans le gaz de combustion. Dans le choix du traitement, il faut aussi considérer les propriétés du gaz à traiter (nature, débit, température, vitesse, pression) et le type de source (mobile, stationnaire). Chaque situation réclame une solution spécifique et en conséquence, la présentation des méthodes de traitement catalytique des effluents sera par la suite structurée en fonction de la source de pollution.
2.1 Sources mobiles
Les sources mobiles sont les moyens de transport (motos, voitures, camions, locomotives, bateaux) équipés d'un moteur thermique. Les deux types principaux de moteurs, à allumage commandé (à essence, Otto) et à compression (à gasoil, Diesel), à cause de leurs modes différents de fonctionnement, génèrent des gaz d'échappement de compositions différentes. Typiquement, le gaz d'échappement des voitures équipées d'un moteur à essence contient 0,01 à 4 % de NOx, 0,02 % de CO, 0,1 à 1 % d'HC, 0,1 à 2 % de H2 , 0,001 % de SO2 et seulement 0,2 à 2 % de O2 . Le gaz issu d'un moteur Diesel contient 30 à 1 000 ppm de NOx, 100 à 800 ppm de CO, 50 à 300 ppm d'HC, 30 à 200 ppm...
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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).
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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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