Généralités sur les membranes

3. Généralités sur les membranes



 
Il existe différents types de membranes liés au matériau avec lequel, elles sont façonnées.

Membranes Organiques
Les membranes à base de polymères comptent parmi les plus utilisées dans les installations de dessalement en fonctionnement. Plusieurs polymères différents sont utilisés pour être adaptés au seuil de coupure des poids moléculaires, pour obtenir la résistance au colmatage désirée ou le rendement voulu. Les matériaux les plus usités pour les membranes organiques sont les polymères organiques ou naturels : acétate de cellulose, polysulfone, polyamides aromatiques, polyacrylonitrile…
 
                Acétate de cellulose (CA) :
C’est un des premiers polymères à avoir été utilisé pour la séparation membranaire d’une solution aqueuse, c’est-à-dire les techniques d’osmose inverse et d’ultrafiltration. Son caractère hydrophile offre une bonne résistance au colmatage. Ces membranes ont une très bonne perméabilité à l’eau, elles sont peu onéreuses, et faciles à manufacturer. Cependant, ce type de membranes asymétriques est susceptible d’être compressé sous des pressions opératoires élevées, plus spécifiquement à températures élevées, entrainant une réduction du flux de sortie. Les membranes à base d’acétate de cellulose peuvent s’hydrolyser et sont uniquement utilisables à des pH compris entre 4 et 6. Elles sont sensibles aux attaques microbiennes et subissent une dégradation pour des températures supérieures à 35°C (Buisson et al.,1998).
 
                Polyamides aromatiques (PA) :
Elles sont plus résistantes que les membranes en acétate de cellulose sur différents points : moins facilement hydrolysables, meilleure résistance aux attaques microbiennes. On peut les utiliser pour une gamme de pH comprise entre 4 et 11 et à plus hautes températures sans risquer leur dégradation prématurée. Cependant, ce type de membrane est extrêmement sensible au Chlore, se colmate beaucoup plus rapidement et laisse moins facilement passer l’eau. Ce matériel est souvent usité comme une fine couche membranaire reposant sur une couche poreuse constituée de polysulfone dans les modules de nanofiltration et d’osmose inverse (Nguyen, 1999).
 
                Polysulfone :
Ce matériau est très intéressant puisqu’il possède d’excellentes propriétés mécaniques et une stabilité chimique importante. Il est communément utilisé pour les membranes d’ultrafiltration ou dans le cas cité précédemment. Néanmoins, son usage est déconseillé pour les phases aqueuses à cause de sa forte hydrophobicité qui entraine un colmatage important.

Les membranes organiques sont le plus souvent utilisées car elles présentent des couts moindres.
 
 
Membranes inorganiques
Les membranes peuvent aussi être préparées à partir de matériaux inorganiques tels que les céramiques, métaux, et verre. Deux principales catégories peuvent être distinguées :
 
Denses : elles sont constituées de métaux, hybrides organiques-inorganiques ou d’oxydes conducteurs mixtes
Poreuses : membranes céramiques
 
Les méthodes mises en œuvre pour réaliser ces membranes sont les procédés sol-gel, le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma et la synthèse hydrothermale (Cot, 1998).Les membranes inorganiques rivalisent avec les membranes organiques pour des applications en conditions extrêmes. Elles peuvent fonctionner à des températures très élevées, la plupart des membranes métalliques résistent à des températures de 500 à 800°C, et de nombreuses membranes céramiques sont adaptées pour des usages à des températures supérieures à 1000°C.
 
Elles sont nettement plus résistantes aux attaques chimiques et ont une durée de vie largement supérieure (Caroa et al.,2007). Cependant, ces membranes présentent de nombreux inconvénients : leur coût très onéreux, leur porosité… Pour ces raisons, les matériaux inorganiques sont très peu adoptés.
 
Membranes hybrides 
Les matériaux hybrides organiques-inorganiques offrent des avantages spécifiques pour la préparation de membranes exigeant une sélectivité importante et des débits élevés, ou une résistance chimique et thermique considérable (Sforça et al., 1999). On les range en deux catégories :
 
Premier type : seules les forces de Van Der Waals ou les liaisons hydrogène existent entre les parties organiques et inorganiques. Ces matériaux hybrides peuvent être comparés avec des micro ou nano composites dans lesquels une part (organique ou inorganique) est dispersée dans l’autre agissant comme la matrice hôte.

Second type : les liaisons covalentes entre les phases organiques et inorganiques sont présentes dans ces modèles. Il en résulte soit un matériau hybride homogène au niveau moléculaire, soit une grande aire de surface inorganique greffée de groupes organiques.

 

 

Voici les propriétés des membranes que nous allons utiliser lors de notre dimensionnement :

 

membrane d'osmose inverse pour le dessalement de l'eau de mer (SWRO)

 

membrane d'osmose inverse pour le dessalement de l'eau saumâtre

 

membrane de nanofiltration (NF)

 

 

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