Partenaires

NOS TUTELLES

CNRS Grenoble INP Université Grenoble Alpes

NOS PARTENAIRES

Fed3g Investissements d'Avenir Tec21 Institut Carnot PolyNat

Rechercher




Accueil > Recherche > Thèses et Post-doc en cours

Candice Rey

Doctorante UGA

Ecole doctorale : I-MEP2

Encadrant : Nicolas Hengl - Stéphane Baup

Collaborations : LGP2 et ESRF.

Sujet : caractérisation des conditions hydrodynamiques et organisation structurale dans le dépôt lors de procédé de séparation membranaire tangentielle : application en bio-raffinerie.

Résumé : La séparation membranaire est utilisée à grande échelle dans le secteur de l’ingénierie de l’environnement pour la purification des eaux ou des effluents ou encore dans les applications agro-alimentaires. En bioraffinerie, l’utilisation des procédés de séparation comme l’ultrafiltration est une solution innovante pour développer la fabrication de bio-produit. Pour toutes ces applications, malgré les avantages et le potentiel que présente cette opération de séparation membranaire, il existe actuellement une limitation à son développement qui réside dans la stabilité du phénomène de polarisation de concentration. Sous l’action des forces de pression et d’écoulement de cisaillement au voisinage des membranes, l’augmentation de la concentration en macromolécules ou en particules colloïdales peut entraîner la formation de gels concentrés et conduire à une instabilité du procédé. La formation de dépôts irréversibles réduit alors fortement la performance du procédé et nécessitent des opérations de nettoyage coûteuses en temps et en énergie.
Les objectifs de ce travail sont d’aboutir à une compréhension des mécanismes gouvernant les propriétés d’écoulement (champs de vitesse) et de structure (organisation en lien avec la concentration) de suspensions de nano-cristaux de cellulose (NCC) et d’argiles (Laponite) avec et sans peptizant lors de l’ultrafiltration tangentielle. Des méthodes de mesures in-situ de micro-PIV de fluorescence et de diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS) ont été adaptées et mises en œuvre dans des cellules de filtration spécialement développées.

Les mesures de SAXS in-situ ont permis d’avoir accès au profil de concentration et la structure dans les couches concentrées en fonction de la distance à la surface de la membrane, de l’ordre de 400 µm d’épaisseur. Les mesures de micro-PIV locales ont permis de caractériser finement le champ de vitesse en fonction de la distance z à la membrane en relation avec les changements impliqués par les phénomènes de concentration des colloïdes associés à des variations locales de leur comportement rhéologique. Notamment une zone d’arrêt de l’écoulement a ainsi été identifiée et une zone de transition où la vitesse et le gradient de cisaillement augmentent progressivement en fonction de z traduisant ainsi la mise en écoulement de la suspension dans la couche de polarisation de concentration.

Par une approche de modélisation et grâce à l’obtention de ces informations aux échelles nanométriques et micrométriques locales et in-situ, il a été possible de déduire sur un même graphe les évolutions spatiales suivant z, des concentrations, des gradients de cisaillements et des contraintes locales dans les différentes couches au voisinage des membranes. L’influence des paramètres de filtrations (temps de filtration, débits, pressions,) ainsi que des types d’interactions colloïdales (répulsives à attractives) a pu être discuté. Ces interprétations mettent en exergue le rôle majeur joué par le comportement rhéologique des suspensions dans les phénomènes de colmatage lors du procédé.


publié le , mis à jour le