Les composés organiques libérés
dans l'atmosphère sont responsables en partie de l’effet de serre et du
réchauffement climatique. Présents dans les effluents liquides ou gazeux, ils
doivent être séparés efficacement afin de les éliminer quasiment en totalité.
Il existe deux types de procédés pour traiter les COV : destructif et
récupératif. Ce sont les procédés destructifs qui sont les plus fréquemment
utilisés car ils sont plus simples à mettre en œuvre et le traitement n'est pas
sélectif en fonction de la nature des polluants. Toutefois la législation et le
bon sens poussent à développer les seconds pour réutiliser les COV afin que
l’effluent devienne une ressource ce qui permet de réduire les prélèvements de
matières premières et de limiter les coûts. Le choix du procédé s’effectue
principalement sur deux critères qui sont le débit de l’effluent et la
concentration en polluant. Les procédés membranaires ont démontré leur utilité
dans le traitement des effluents pollués par des COV. La modularité et la
compacité de ces procédés sont indéniablement des plus mais il est nécessaire
d’intensifier les procédés afin de gagner en efficacité et améliorer le
transfert de matière. Cette étude sera menée sur les trois traitements
possibles d'un effluent contenant des COV grâce aux membranes: récupération des
COV au travers de la membrane, concentration du COV dans le rétentat en
fonction du composé minoritaire et de la nature du solvant (eau, liquide, air
ou gaz) ou utilisation de la membrane modifiée comme un piège à COV.
Un premier verrou est la tenue
des matériaux membranaires face aux solvants et produits contenus dans les
effluents. Le besoin de traiter des effluents acides a permis l’arrivée sur le
marché de membranes céramiques multicanaux de pervaporation, très résistantes
chimiquement et thermiquement, offrant une compacité raisonnable. Cette
géométrie multicanaux est une avancée issue d'autres procédés de filtration
membranaire mais si la surface d’échange est importante, il faut s’assurer de
la tenue de la membrane et du dépôt de la couche filtrante sur le support mais
également de la perte énergétique importante causée par l'écoulement dans le
support qui peut limiter le transfert de matière. Dans ce cas le composé
d’intérêt est concentré dans le rétentat ou dans le perméat en fonction de des
caractéristiques de la membrane, de l'effluent et du fonctionnement choisi.
Des procédés, couplant liquide ionique et procédé membranaire (nanofiltration) permettent de concentrer les COV dans le module membranaire et de les régénérer après saturation du module sans altérer les performances du procédé (brevet AMU). Il s’agira d’optimiser les couples liquide ionique – COV et de préciser les mécanismes de transfert de matière à la fois à travers le matériau membranaire et dans le liquide ionique et par exemple de déterminer où se situe l’interface et quelle est l'étape limitante pour optimiser ce transfert.
De nouveaux composés très
hydrophobes à base de lithium apparaissent et présentent l’avantage de ne pas
se dissoudre. Dans ce cas, le procédé membranaire utilisé pourrait être à large
porosité (microfiltration ou ultrafiltration) permettant ainsi d’augmenter les
débits traités mais dans ce cas les phénomènes de colmatage de la membrane
support et de régénération seront limitants si les composés au lithium sont
piégés dans la matrice poreuse.
Au travers de cette thèse, il s’agira de définir les paramètres clés de la séparation des COV par membranes et de comparer trois procédés de traitement de COV par procédés membranaires afin de les rendre plus efficaces dans la régénération de COV.
