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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)
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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) ;
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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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2. Enjeux pour la réaction
2.1 Déplacement d'équilibre
Par couplage d'une séparation par membrane à un réacteur, on peut accroître le rendement de la transformation via la modification de la composition du mélange réactionnel. C'est le cas des réactions à conversion limitée par un équilibre chimique.
Exemple des réactions d'estérification qui, à partir d'un alcool et d'un acide conduisent à un ester et à de l'eau. En utilisant une membrane hydrophile de pervaporation pour extraire sélectivement en continu du mélange réactionnel l'eau qui se forme, une conversion pratiquement complète peut être envisagée. C'est là notamment un domaine d'application des membranes en polyvinylalcool .
En opérant avec ce nouveau type de dispositif, on évite bien des problèmes rencontrés en réacteur fermé :
-
la nécessité d'opérer avec de larges excès d'un au moins des substrats d'où des volumes importants de réacteur et donc une empreinte au sol des installations importantes ;
-
la nécessité de purifier les produits après la réaction ;
ou avec les solutions plus évoluées comme la distillation réactive qui consomment de l'énergie et sont hors de propos lorsque certains composés sont thermosensibles.
Exemple de la production de bioéthanol à partir d'un moût de fermentation. Le rendement est ici limité par la concentration d'alcool. Il est grandement amélioré si par le jeu d'une membrane hydrophobe, on peut extraire un perméat riche en éthanol que l'on peut purifier ensuite notamment par pervaporation...
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Enjeux pour la réaction
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ANASTAS (P.T.), ZIMMERMAN (J.B.) - Design through the 12 principles of green engineering. - Environmental Science and Technology, 37(7), p. 94 (2003).
-
(2) - SACKMANN (E.) - Biological membranes. Architecture and function. - In Handbook of biological physics, Elsevier (1995).
-
(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).
-
(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).
-
(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
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International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA ...
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