Filtration membranaire (OI, NF, UF, MFT) - Aspects théoriques : mécanismes de transfert

1 - Présentation générale

• 1.1 - Définitions
  Figure 1 - Situation des techniques de séparation par membranes en fonction de la taille des particules retenues
• 1.2 - Principe de fonctionnement
  Figure 2 - Schéma de principe d'un procédé de séparation membranaire Tableau 1
• 1.3 - Écoulement frontal – Écoulement tangentiel
  Figure 3 - Comparaison entre filtration classique (ou frontale) et filtration tangentielle Figure 4 - Implication des phénomènes de transfert sur les performances d'un procédé membranaire
• 1.4 - Performances et limitations du transfert

2 - Transfert de solvant et filtration

• 2.1 - Loi de filtration
  Figure 5 - Filtration dans un milieu poreux : bilan sur un élément de volume d'épaisseur dx
• 2.2 - Phénomène d'osmose – pression osmotique
  Figure 6 - Principe de l'osmose inverse Figure 7 - Pressions osmotiques en fonction de la concentration molaire en soluté, à 20 oC Figure 8 - Pressions osmotiques de la protéine BSA (Bovine Sérum Albumine) en fonction de la concentration en albumine à 25 oC et dans 0,1 M en NaCl pour trois pH différents [2] Figure 9 - Pression osmotique d'une dispersion de latex (particules de 120 nm de diamètre) pour différentes teneurs en électrolytes [4] Figure 10 - Variation de la pression osmotique de solutions de jus de fruits en fonction de la teneur en matière sèche Tableau 2
• 2.3 - Résistance de colmatage
  Figure 11 - Principaux mécanismes de colmatage Figure 12 - Exemple de répartition de la taille des pores membranaires et de la taille des particules circulantes et risque de colmatage en profondeur Figure 13 - Estimation du temps de filtration conduisant à un remplissage de 50 % du milieu poreux en fonction de l'efficacité de capture. Calculs réalisés pour les membranes d'UF et de MF dont les caractéristiques sont données dans le § 2.1 Figure 14 - Évolution de la résistance spécifique d'un dépôt d'argile avec la pression appliquée [8] : utilisation pour la détermination de l'indice de compressibilité nc d'un dépôt Tableau 3 Tableau 4 Tableau 5
• 2.4 - Importance du transfert selon les espèces filtrées et le procédé mis en œuvre

3 - Transfert de matière et accumulation

• 3.1 - Description du transfert de matière
  Figure 15 - Représentation schématique des phénomènes de transfert de matière à la surface d'une membrane Figure 16 - Modélisation de la polarisation par la théorie du film Tableau 6
• 3.2 - Polarisation de concentration
  Figure 17 - Évolution de la polarisation de concentration en fonction de la distance à la membrane Tableau 7
• 3.3 - Autres phénomènes de transfert
• 3.4 - Importance du transfert selon les espèces filtrées et le procédé mis en œuvre
  Figure 18 - Évolution du flux stationnaire moyen selon les phénomènes dispersifs prépondérants [21]

4 - Transfert membranaire et rétention

• 4.1 - Exclusion stérique et électrostatique
  Figure 19 - Évolution de la rétention en fonction du rapport du rayon du soluté a et du rayon du pore r
• 4.2 - Modèles de transfert membranaire
  Figure 20 - Évolution du taux de rejet à travers la membrane en fonction du nombre de Péclet membrane selon le modèle « convection-diffusion »

5 - Conclusion