FLUX LIMITE/FLUX CRITIQUE : CARACTÉRISATION DES CONDITIONS HYDRODYNAMIQUES (PIV) ET DE L'ORGANISATION STRUCTURALE (SAXS) EN RÉGIME TURBULENT ET SOUS ULTRASONS DE L'ULTRAFILTRATION TANGENTIELLE DE SUSPENSIONS COLLOÏDALES

par Mathilde Challamel

Projet de thèse en MEP : Mécanique des fluides Energétique, Procédés

Sous la direction de Frédéric Pignon et de Henda Djeridi.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire Rhéologie et Procédés (laboratoire) depuis le 01-11-2018 .


  • Résumé

    La séparation membranaire est utilisée à grande échelle dans le secteur de l'ingénierie de l'environnement pour la purification des eaux ou des effluents ou encore dans les applications agro-alimentaires. Pour toutes ces applications, malgré les avantages et le potentiel que présente cette opération de séparation membranaire, il existe actuellement une limitation à son développement qui réside dans la stabilité du phénomène de polarisation de concentration. Sous l'action des forces de pression et d'écoulement de cisaillement au voisinage des membranes, l'augmentation de la concentration en macromolécules ou en particules colloïdales peut entraîner la formation de gels concentrés et conduire à une instabilité du procédé. La formation de dépôts irréversibles réduit alors fortement la performance du procédé et nécessite des opérations de nettoyage coûteuses, en prix, en temps et en énergie. Pour maîtriser la formation de ces dépôts, Il est alors nécessaire d'identifier les effets du champ hydrodynamique, des propriétés physico-chimiques des suspensions ainsi que de leur comportement rhéologique sur l'organisation des nano-particules au cours de la filtration. Un moyen de limiter l'apparition de ces phénomènes est de jouer sur des conditions hydrodynamiques améliorées (régime turbulent) ou bien d'apporter une force extérieure en continu permettant de contrôler la formation des couches concentrées (ultrasons par exemple). Sur le plan industriel la compréhension et le contrôle des relations propriétés d'écoulement / structuration des dépôts constitue une avancée technologique nécessaire au développement et à l'innovation des méthodes de séparation membranaires.

  • Titre traduit

    LIMITING FLUX/CRITICAL FLUX: CHARACTERIZATION OF THE HYDRODYNAMIC (PIV) AND STRUCTURAL ORGANIZATION (SAXS) CONDITIONS, IN TURBULENT FLOW REGIME AND UNDER ULTRASOUND, OF CROSSFLOW ULTRAFILTRATION OF COLLOIDAL SUSPENSIONS


  • Résumé

    Membrane separation processes are commonly used in industries for concentrating and purifying nano-particles dispersions. Typical areas include pharmaceutical, bio and agro-industries, as well as the treatment of residual water, and sludge. Although, membrane separation processes have found key advantages in a variety of industrial applications, the main limitation of this process is the formation of deposits near the membrane surface. Elucidate the structure of the first layer of deposited nano-particles during the first steps of filtration, constitute a considerable technological jump in the understanding of the physical mechanisms implied in the formation of the deposits. Moreover, the characterization of the effect of the hydrodynamic conditions near the membrane surface (turbulent flow regime or ultrasound motion) represent a key point for the enhancement of mass transfer in such processes. It will be also important to identify the effects of the physicochemical properties, the rheological behavior and the hydrodynamic fields on the organization of the nano-particles during filtration. On the industrial level, the comprehension and the control of the colloidal interactions and aggregations in the deposits of filtration constitute a major technological challenge for the development and the innovation of new methods of treatment.