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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5. Techniques de caractérisation et de contrôle des membranes
Les propriétés de transport et les performances des membranes poreuses sont directement liées à leurs propriétés de surface et aux caractéristiques de leur structure poreuse. Les propriétés physico-chimiques de la surface des membranes (charges, composition chimique, etc.) peuvent jouer un rôle dans les mécanismes de transport et peuvent influencer les interactions entre les différents types de molécules à la surface de la membrane. Toutefois, les paramètres caractéristiques de la structure poreuse (y compris les défauts, le cas échéant) ont un fort impact sur les performances des membranes et doivent donc être mesurés et contrôlés, plus ou moins précisément en fonction de l'application ciblée.
La connaissance des caractéristiques des membranes est essentielle pour les utilisateurs, les fabricants et les scientifiques afin de choisir la membrane appropriée pour une application spécifique (mécanisme de transport et performances), d'ajuster les paramètres du procédé de synthèse et de faire un suivi de la qualité/stabilité des membranes (ex situ ou operando ).
Cinq types de méthodes sont classiquement utilisés pour caractériser la structure poreuse des matériaux membranaires. Elles peuvent être classées ainsi :
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méthodes stéréologiques (microscopie et analyse d'images) ;
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méthodes intrusives statiques ;
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méthodes statiques non intrusives ;
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méthodes dynamiques ;
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méthodes couplées associant plusieurs techniques complémentaires.
Les méthodes intrusives statiques, par exemple l'adsorption-désorption de gaz et la porosimétrie par intrusion de mercure , sont classiquement utilisées pour une première analyse de la structure poreuse d'un matériau céramique poreux. Elles donnent accès à la taille moyenne des pores, à la distribution de taille, au volume poreux total, au volume microporeux, à la porosité, à la surface spécifique.
Les méthodes non intrusives sont complémentaires...
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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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