Etude théorique et expérimentale de la dialyse de neutralisation pour le dessalement des eaux de sufaces

theoretical and experimental study of neutralization dialysis for salines water desalination

• Auteur / Autrice : Mouna Cherif
• Direction : Lasâad Dammak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 02/10/2015
• Etablissement(s) : Paris Est en cotutelle avec Université de Sfax. Faculté des sciences
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est (Thiais, Val-de-Marne)
• Jury : Président / Présidente : Patrice Huguet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lasâad Dammak, Abdelhamid Ben Salah, Christian Larchet, Khaled Walha, Maxime Pontié
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ridha Abdelhedi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau salée -- Dessalement

Neutralisation (chimie)

Dialyse

Membranes échangeuses d'ions

Mots clés libres

Membrane échangeuses d'ion

Dialyse de neutralisation

Modélisation

Plan d'expérience

Exchange ion membrane

Neutralization dialysis

Modelisation

Résumé

Le vif intérêt et les nombreuses recherches qui portent de nos jours sur les membranes viennent de leurs applications dans le dessalement et l'adoucissement des eaux. En général, ces procédés membranaires sont plus efficaces, plus économiques, et écologiquement plus propres. Néanmoins, les techniques membranaires restent parfois plus onéreuses en investissement et/ou en entretien que certaines techniques conventionnelles, ce qui a sans doute limité la généralisation de leurs applications à très grandes échelles. Nous nous sommes alors proposés de contribuer à l'étude d'un procédé anciennement introduit, en l'occurrence la dialyse de neutralisation, afin de le valoriser et d'examiner certains principaux paramètres qui peuvent influencer son fonctionnement. L'application visée est le dessalement d'une eau de surface réelle qui provient du Nord de l'Afrique ou de certaines régions de la Tunisie comme la région de Skhira. Ainsi, nous allons simuler ce procédé par un système formé par une cellule pouvant inclure une membrane échangeuse d'anions et une autre échangeuse de cations formant ainsi trois compartiments contenant une solution basique, de l'eau à déminéraliser et une solution acide. Le premier chapitre est consacré à une synthèse bibliographique sur les membranes échangeuses d'ions, sur ses principales applications ainsi que sur ses différentes méthodes de modélisation et ses phénomènes de transport. Cette analyse bibliographique va nous permettre d'avoir une idée claire sur le fonctionnement d'une opération de dialyse de neutralisation. En plus d'une cellule à trois compartiments, il faut un montage expérimental pour assurer la circulation des solutions et les opérations de mises en route. Dans le second chapitre, nous avons travaillé avec une cellule de laboratoire pour optimiser l'opération de dialyse de neutralisation sur une eau reconstituée. Nous avons ainsi réalisé un plan d'expérience où l'influence de chaque paramètre a été examinée. Ensuite, dans le troisième chapitre, nous avons développé un modèle théorique de transfert de matière, basé sur les équations de Nernst-Planck, pour décrire le fonctionnement d'une telle opération. Enfin, dans le quatrième chapitre, nous avons mis en place le premier pilote de dialyse de neutralisation afin de le tester toujours avec une eau reconstituée ensuite sur une eau réelle. Suite à ça, nous évaluerons les performances de ce procédé pour de telles applications

The deep interest and the numerous researches that concern nowadays in the membranes comes from their applications in the water desalination. Generally, these membranes process are more effective, more economic, and ecologically more appropriate. Nevertheless, theses process remain sometimes more expensive in investment and/or in maintenance than certain conventional techniques. We then suggested contributing to the study of a process formerly introduced, in this particular case the dialysis of neutralization, in order to examinate certain main parameters which can influence the operating process. The aimed application is the desalination of real surface water which comes from the North of Africa or certain regions of Tunisia as region of Skhira. So, we are going to feign this process by a system formed by a cell which can include a cation and anion exchange membranes forming three compartments containing an alkaline solution, some water to be demineralized and an acidic solution. The first chapter is dedicated to a bibliographical synthesis on ions-exchange membranes, on its main applications as well as on its various methods of modelling and its phenomena of transport. This bibliographical analysis is going to allow us to have a clear idea on the functioning of an operation of neutralization dialysis. In the second chapter, we worked with a cell of laboratory to optimize the operation of neutralization dialysis on a reconstituted water. We so realized a factorial Design where the influence of every parameter was examined. Then, in the third chapter, we developed a theoretical model of ions transfer, based on the equations of Nernst-Planck, to describe the functioning of such an operation. Finally, in the fourth chapter, we set up the first pilot (driver) of dialysis of neutralization to test it always with a water reconstituted then on a real surface water. Further to that, we shall estimate the performances of this process for such applications