Filtration membranaire (OI, NF, UF) - Caractérisation des membranes

La filtration sur membrane est un procédé de séparation physique. Cette opération, qui se déroule en phase liquide, a pour objet de purifier, concentrer ou fractionner des espèces dissoutes ou en suspension dans un solvant par passage au travers d’une membrane. À l’issue de cette opération, nous obtenons d’une part le rétentat, également appelé concentrat, qui est composé des molécules et/ou des particules retenues par la membrane, et d’autre part le perméat.

Dans le cas de l’osmose inverse, de la nanofiltration et de l’ultrafiltration, la force motrice est une différence de pression. Les membranes utilisées sont dites permsélectives, ce qui signifie qu’elles favorisent le transfert, du concentrat vers le perméat, de certaines molécules ou particules par rapport à d’autres. Les diamètres de pores de ces membranes diminuent progressivement lorsque l’on passe de l’ultrafiltration à la nanofiltration, puis à l’osmose inverse. Il faut toutefois noter que, dans ce dernier cas, la membrane utilisée n’est pas une membrane poreuse mais une membrane dense sans porosité apparente et dont la sélectivité résulte d’un mécanisme de solubilisation-diffusion.

La détermination des caractéristiques d’une membrane a pour objectif d’aider au choix de celle-ci pour une application donnée, mais aussi d’acquérir une meilleure compréhension de l’évolution de ses performances en cours d’utilisation. Les méthodes utilisées nous permettent d’accéder à des grandeurs macroscopiques ou microscopiques, caractéristiques de la structure membranaire et de la chimie du matériau. Certaines de ces techniques sont propres aux procédés membranaires ou de séparation, d’autres font appel au domaine des polymères ou sont beaucoup plus générales.

Lors du choix d’une membrane, les caractéristiques structurales et de transfert (perméabilité hydraulique et courbe de sélectivité) sont les plus importantes car elles nous renseignent sur les performances de la membrane pour une séparation choisie : débit de perméat que nous pouvons espérer et taille des molécules qui sont susceptibles d’être retenues par la membrane.

Interviennent également, dans le choix des membranes, les propriétés physico-chimiques et chimiques de surface (charge, caractère hydrophile-hydrophobe, composition chimique) qui permettent, dans une certaine mesure, de prédire les phénomènes de colmatage et les interactions entre les différents types de molécules à la surface de la membrane. De plus, elles peuvent avoir un rôle dans les mécanismes de transport.

Pour la description des membranes, leurs fournisseurs et quelques données économiques, le lecteur se reportera au dossier et au « Pour en savoir plus » .