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RÉSUMÉ
Les opérations de séparation par membrane mettent en œuvre des technologies performantes, fiables et économiques, à condition que le procédé soit adapté. Cet article se veut une présentation complète des connaissances nécessaires à l’ingénieur pour effectuer le bon choix parmi toutes les technologies existantes. Sont détaillés entre autres les principes et fonctionnements des procédés de séparation par membrane dense, par membrane poreuse et les bioréacteurs à membrane.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre AIMAR : Laboratoire de génie chimique - UMR CNRS/INP/UPS - Université Paul-Sabatier (Toulouse)
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Georges DAUFIN : Institut national de recherche agronomique - Science et technologie du lait et de l’œuf, UMR INRA - ENSA Rennes pour le paragraphe « Applications » (§ 7)
INTRODUCTION
Les opérations de séparation par membrane forment une classe assez large de techniques s’appliquant aux séparations liquide/liquide, gaz/liquide, solide/liquide ou encore gaz/gaz. Pendant longtemps, l’essentiel des opérations basées sur des membranes ont été des séparations. Les nouveaux matériaux développés ont ensuite été exploités comme contacteurs. Dans ce cas, ce n’est plus la sélectivité de la membrane qui est recherchée, mais sa capacité à matérialiser une interface entre des phases qui doivent échanger de la matière ou de l’énergie.
Ces séparations sont en général appréciées pour leur faible consommation énergétique et leur relativement bonne sélectivité. C’est pour cette raison que les secteurs de l’environnement et du traitement de l’eau ont adopté ces dernières années de telles technologies. Une autre caractéristique importante concerne les conditions particulièrement douces de fonctionnement, en matière de contraintes de cisaillement, de température et d’absence de changement d’état.
Les opérations de séparation par membrane doivent aujourd’hui être considérées comme des technologies avancées, performantes et avantageuses à l’usage. Leur installation et leur mise en œuvre nécessitent une attention et une expertise particulière. Moyennant cela, on obtient des procédés industriels extrêmement performants, fiables et économiques, et dont dépendent aujourd’hui plusieurs secteurs : industrie de l’eau, pharmacie, santé, alimentaire.
Cet article a pour but de fournir des informations de base aux techniciens, ingénieurs ou étudiants du domaine de l’industrie alimentaire, qui souhaitent, avant d’approfondir l’une ou l’autre de ces technologies, disposer d’un ensemble de connaissances leur permettant de comprendre des procédés existants, de dialoguer avec des fournisseurs ou encore de préparer des dossiers techniques. En cas de nécessité, des cahiers techniques plus spécifiques leur permettront d’approfondir chacun des procédés et de commencer un travail précis de dimensionnement ou d’analyser une campagne d’essais.
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Séparations par membrane dense
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3. Séparations par membrane poreuse
3.1 Microfiltration
La séparation par microfiltration (MF) concerne les particules en général non décantables, mais dont la taille est supérieure à 0,2 à 0,5 µm. Les valeurs diffèrent d’un auteur à un autre mais, dans la pratique, on rencontre des opérations de séparation par membrane de microfiltration lorsque l’on procède à une clarification d’un milieu, en cherchant à éliminer la matière colloïdale et particulaire, avant utilisation ou post-traitement du milieu (par exemple par chromatographie, fermentation, réaction enzymatique ou autre). Une autre grande application de cette technique concerne la capacité des membranes de microfiltration à retenir les micro-organismes comme les bactéries : ainsi le perméat qui s’écoule du côté basse pression de la membrane comporte peu de bactéries (on constate des réductions log de 6 à 8, en fonction des micro-organismes observés, du type de membrane et des conditions d’utilisation) : on parle alors de stérilisation à froid.
une application grand public de cette fonction de la microfiltration est le lait « Marguerite » distribué par certaines grandes surfaces dont la longue conservation est obtenue par réduction bactérienne par microfiltration, alors que les propriétés nutritionnelles et organoleptiques du lait sont préservées en réduisant les phases de chauffage à leur minimum.
3.1.1 Caractéristiques des membranes
Les membranes de microfiltration sont caractérisées essentiellement par un diamètre nominal de pores. Elles peuvent avoir une structure symétrique ou asymétrique. Il est important de préciser comment ce diamètre de pore est déterminé, et à quoi il correspond, ce qui ne figure pas nécessairement sur les catalogues ou manuels d’utilisation [4].
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Méthodes de détermination...
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Séparations par membrane poreuse
ANNEXES
Données fournies par Mme Sandrine Desclaux (Laboratoire de Génie chimique - Université Paul-Sabatier de Toulouse), extraits parus dans l’article Doc. J 2791 du traité Génie des procédés des Techniques de l’Ingénieur.
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Prix des membranes organiques d’osmose inverse
Les membranes d’osmose inverse avaient fin 2003 un prix de vente compris entre 12 et 26 US $ /m2, soit environ 10 €/m2 pour les moins chères, généralement à base de dérivés cellulosiques,...
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