I- Procédés de séparation
membranaire
Tous les procédés de filtration utilisent une
membrane qui constitue une interface séparant deux milieux, à
savoir le rétentat du perméat. Le rôle de la membrane est
d'agir comme une barrière mince sélective. Sous l'effet d'une
force de transfert, elle permet le passage ou l'arrêt de certains
composants entre les deux milieux qu'elle sépare. Selon les
caractéristiques de la membrane, le transfert résultera, soit de
la facilité à diffuser à travers le matériau, soit
de la taille des composants par rapport à celle des pores de la
membrane, soit d'une interaction ionique, soit d'une combinaison de ces
différents paramètres. Dans le cas de la microfiltration, de
l'ultrafiltration, de la nanofiltration et de l'osmose inverse, la force de
transfert est un gradient de pression appliqué de part et d'autre de la
membrane. Pour la dialyse et les membranes liquides c'est un gradient de
concentration ; en ce qui concerne la pervaporation et la perméation
vapeur, la force agissante est un gradient d'activité combinant pression
et concentration. Enfin c'est un gradient de température qui est mis en
jeu pour ce qui est de la thermo-osmose et de la distillation membranaire.
La figure 9 montre les techniques membranaires de filtration
tangentielle les plus utilisées, leurs seuils de séparation et
aussi leurs domaines d'application.
Figure 9 : Procédés de
séparation sur membrane en fonction de la taille des solutés.
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Synthèse Bibliographique
II- Filtation tangentielle et frontale
Les techniques séparatives à membranes sont des
procédés physiques de séparation qui utilisent les
propriétés de tamisage moléculaire d'une membrane poreuse
balayée par le liquide contenant les constituants à
séparer.
Lors d'une filtration frontale, la suspension à
traiter est amenée perpendiculairement au média filtrant (figure
10 a). Une accumulation de matières se produit formant une couche qui
diminue la porosité et, par la même, le débit de
filtration.
La filtration tangentielle est caractérisée par
le fait que la suspension à traiter circule parallèlement
à la surface membranaire à une certaine vitesse (figure 10 b).
Cette vitesse induit une contrainte de cisaillement qui devrait permettre le
contrôle du dépôt au voisinage du milieu de filtration en
réentraînant les particules dans le flux en circulation.
a b
Figure 10 : Schéma du
procédé de la filtration frontale (a) et tangentielle (b).
Selon le type de technologie utilisée, le
système de filtration peut donc fonctionner soit, à flux constant
soit à pression constante. La filtration à flux constant est
préférée dans la littérature par les travaux de
Defrance et al. 1999 et de Field et al. 1995 dont l'argument principal
avancé est que la pression n'est pas le facteur décisif d'une
filtration mais le flux. Donc fixer le flux permet de mieux contrôler
l'opération. De même pour la détermination du flux critique
les travaux de Metsamuuronen et al. 2002 utilisent le flux constant.
III- Application des techniques séparatives
membranaires
Les Procédés de séparation utilisant la
technologie membranaire sont apparus dans les années 1970. Ces
techniques qui utilisent des membranes synthétiques comme un obstacle
pour les séparations sélectives sont en expansion très
rapide en raison à leurs applications dans les processus de production.
Ils sont fondamentalement utilisés dans le traitement de l'effluents
industriels et l'industrie pharmaceutique et industries alimentaires, car ils
offrent
Synthèse Bibliographique
des avantages comparatifs tels que la consommation de faible
énergie, la souplesse de fonctionnement, la facilité
d'automatisation et la température ambiante ou à proximité
ambiante de fonctionnement (Scott, 1995).
La microfiltration utilisant des membranes en céramique
devient rapidement la technologie de choix pour la séparation des
cellules, ce qui freine les cellules entières tout en permettant
à l'enzyme de passer à travers et d'être
récupéré dans le flux de perméat. Il s'agit d'une
alternative économiquement viable aux techniques de séparation
classiques telle que la centrifugation. L'utilisation du procédé
de filtration membranaire plus simple pour récupérer les cellules
permet aux entreprises de biotechnologie la possibilité de simplifier
leur économie.
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Synthèse Bibliographique
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