Introduction aux enjeux des procédés membranaires

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.