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RÉSUMÉ
L’ambition de ce court article est d’illustrer le rôle essentiel et « salvateur » que les technologies à membranes sont appelées à jouer dans le domaine du développement durable et de la chimie verte. Comment mieux en expliciter les raisons qu’en appuyant quelques vues un peu théoriques, sur la présentation d’exemples marquant des domaines de la séparation, de la réaction et par des ouvertures sur d’autres domaines encore plus prospectifs mais d’ores et déjà d’une réalité brûlante ?
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The main objective of this short article is to illustrate the essential and saving part that membrane technologies should play in the field of sustainable development and green chemistry. What a better way to explain than illustrating a few theoretical views by relevant examples of new separation processes, of original concepts of reaction engineering and other perspectives in areas where the use of membranes is becoming a burning reality ?
Auteur(s)
-
Gilbert Marcel RIOS : Professeur émérite - Docteur ingénieur - Directeur European Membrane House (AISBL) - Directeur-adjoint chaire UNESCO SIMEV
INTRODUCTION
Dans un ouvrage paru chez Elsevier en 1995 , E. Sackmann écrit : « La vie dans toute sa diversité n'est devenue possible qu'après que la nature ait découvert la membrane. Cet outil représente la barrière nécessaire pour protéger les entités vivantes des effets néfastes de leur environnement inerte et hostile, tout en garantissant entre les deux mondes les échanges hautement sélectifs qui sont nécessaires... La réduction à deux dimensions de la géométrie de l'outil lui assure une efficacité considérable en offrant la possibilité de séparation de charges irréversibles et d'un stockage transitoire de l'énergie via le développement de gradients de potentiels électrochimiques ». Les membranes biologiques représentent l'achèvement ultime poursuivi par les recherches et développements technologiques conduits aujourd'hui dans le secteur des membranes artificielles. Avec la catalyse enzymatique, elles sont à la base de tous les modèles du vivant donc garantes du développement le plus durable qui soit.
Par principe , les technologies à membranes artificielles présentent des avantages considérables au regard des objectifs de la chimie verte :
-
opérations isothermes, elles se caractérisent par une meilleure efficacité énergétique, une plus grande sécurité, une meilleure qualité des produits traités (en particulier s'ils sont fragiles comme les produits biologiques) ;
-
en ne nécessitant aucun recours aux solvants (sauf pour le nettoyage des installations hors cycle de production), elles participent à une réduction de l'utilisation de ceux-ci et de produits finis plus sains ;
-
en travaillant au niveau moléculaire ou ionique, elles autorisent une utilisation plus rationnelle de la matière ;
-
leur modularité autorise un contrôle en ligne accru des performances et une plus grande sûreté d'utilisation des installations...
Autant d'arguments que l'on pourrait multiplier et qui tous renvoient au corpus de principes évoqués dans l'encadré « Technologie de rupture ».
Aujourd'hui, les technologies à membranes sont considérées comme « technologies dominantes » dans un certain nombre de pays avancés comme les États-Unis, la Chine, le Japon, la Corée... en particulier pour leurs applications dans le domaine de l'environnement et du recyclage. « Les membranes et les technologies associées sont aujourd'hui des technologies dominantes dont la visibilité dans le domaine public croît continuellement. Leur succès repose sur le fait qu'elles autorisent des progrès significatifs dans la rationalisation d'un grand nombre d'opérations de production industrielle, minimisant l'impact environnemental, diminuant la consommation d'énergie et de matières premières, améliorant les ratios productivité/taille des installations ou encore productivité/masse des substrats consommés... toutes choses qui sont cohérentes avec les objectifs d'intensification des procédés » .
Pour ces raisons et bien d'autres qui suivent – non seulement de miniaturisation des systèmes et procédés, de réduction et de meilleures utilisations des intrants, mais aussi de participation à la mise au point de concepts entièrement nouveaux qui seraient inenvisageables sans elles –, elles sont appelées à avoir un rôle « messianique » ou salvateur dans bien des domaines d'une chimie qui se veut verte.
Dans ce qui suit, notre ambition n'est pas de produire une nouvelle monographie de présentation générale des technologies à membranes (nous préférons renvoyer à des sources existantes déjà bien renseignées, notamment ), mais bien plutôt d'illustrer. Comment ? En passant en revue quelques exemples marquant dans les domaines de la séparation, de la réaction et en donnant des ouvertures sur d'autres domaines encore plus prospectifs, mais d'ores et déjà d'une réalité brûlante.
KEYWORDS
introduction | Stakes | Processes | Green Chemistry | substainable dévelopment
DOI (Digital Object Identifier)
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3. Autres enjeux et perspectives
3.1 Couplages d'opérations
Les quelques exemples déjà donnés ne constituent qu'un tout petit échantillon des vastes champs d'application ouverts par l'utilisation des technologies à membranes en couplage avec d'autres opérations de séparation et/ou de réactions. Nous nous limitons à dire ici simplement qu'il peut être envisagé pour la membrane en couplage différentes fonctions :
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augmentation par synergie de la performance de chaque opération considérée individuellement ;
-
participation à la création d'un concept nouveau ;
-
mise en place d'un prétraitement... ;
l'objectif étant in fine une optimisation de la performance globale au regard de critères d'intensification et de minimisation de l'impact environnemental.
Il est aujourd'hui un autre type de couplage dont l'importance va croissante : le couplage entre technologies membranaires et énergies renouvelables. C'est une évidence par exemple pour la production d'eau potable par osmose inverse ou par distillation membranaire dans des zones sur lesquelles l'accès aux énergies fossiles est difficile (zones isolées, pays pauvres...). Mais cela intéresse aussi des économies très développées comme par exemple la Californie, cinquième économie du monde. Un certain nombre de publications récentes ou de grands projets internationaux (MEDIRAS EU project) attestent cela.
HAUT DE PAGE3.2 Génération et transfert d'énergie
La séparation par membrane représente d'ores et déjà une technologie-clef de la chimie verte pour la séparation de l'hydrogène, vecteur énergétique du futur, et la capture du CO2 , gaz à effet de serre majeur. De même, le rôle prépondérant des matériaux membranaires dans la conception...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ANASTAS (P.T.), ZIMMERMAN (J.B.) - Design through the 12 principles of green engineering. - Environmental Science and Technology, 37(7), p. 94 (2003).
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(2) - SACKMANN (E.) - Biological membranes. Architecture and function. - In Handbook of biological physics, Elsevier (1995).
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(3) - MULDER (M.) - Basic principles of membrane technology. - Kluwer Academic Publishers (1991).
-
(4) - Handbook of membrane separations : chemical, pharmaceutical, food, and biotechnological applications. - Éditeurs : PABBY (A.K.), RIZVI (S.S.H.) et SASTRE (A.M.), CRC Press (2008).
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(5) - CHARPENTIER (J.C.) - Four main objectives for the future of chemical and process engineering mainly concerned by the science and technologies of new materials production. - Chem. Eng. J., 107, p. 3-17 (2005).
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(6) - GÖRAK (A.), STANKIEWICZ (A.) - Research...
ANNEXES
Principles of Green Chemistry https://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry/principles/12-principles-of-green-chemistry.html
IUPAC – Pore size definition http://old.iupac.org/goldbook/M03906.pdf
Evonik http://pharma.evonik.com/product/pharma/en/products-services/membrane-technology/pages/default.aspx
NanoH2O for reverse osmosis http://www.nanoh2o.com/
Contacteurs à membranes http://www.liqui-cel.fr/uploads/documents/Membrane-Contactors-An-Introduction-to-LMC.pdf
MEDIRAS EU project http://www.mediras.eu/
Statkraft-&-Wetsus-development http://energiesdelamer.blogspot.com/2010/04/statkraft-et-wetsus-development-deux.html
HAUT DE PAGE
International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA ...
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