Propriétés morphologiques et physico-chimiques de milieux poreux formés en filtration : caractérisation in-situ par des méthodes optiques, acoustiques et potentiel d'écoulement – FiltrACOPPE

L'objectif de ce projet est d'apporter de nouvelles connaissances sur les milieux poreux générés par filtration sur support en s'appuyant sur une caractérisation in-situ et à l'échelle locale de leurs propriétés, grâce à des méthodes spécifiques qui seront développées dans le cadre du projet. - Les milieux poreux objets de l'étude sont obtenus par filtration sur membrane (en canal confiné sur une membrane plane ou dans une fibre creuse) de fluides complexes contenant des particules, des colloïdes et des composés dissous. - Les propriétés de ces dépôts dépendent de (i) la composition du fluide, (ii) les propriétés de la membrane (iii) et des conditions opératoires de filtration. Le dépôt et sa structure contrôlent la résistance totale du fluide au travers du milieu poreux. Dans l'objectif à plus long terme d'améliorer les performances de filtration, il est nécessaire de mieux connaître le mode de structuration du dépôt et de comprendre sa dynamique de formation en relation avec les paramètres influents. - Ces dernières années, l'application de techniques non-invasives a été étudiée pour l'observation de procédés membranaires in situ et pour l'obtention de propriétés morphologiques du dépôt. Cependant peu d'études ont concerné la caractérisation du colmatage pour une géométrie confinée comme une fibre creuse. - Une méthode basée sur la triangulation laser avec une nappe laser a été développée et validée au LISBP. De plus, une collaboration entre le LISBP et IES-MIRA a permis de mettre en évidence la faisabilité de l'utilisation de techniques ultrasonore pour la caractérisation de membranes et en en particulier pour la mesure d'épaisseur de dépôt lors du colmatage. Toutefois cette méthode reste à améliorer et son aspect quantitatif à valider. De plus, pour évaluer les propriétés physico-chimiques de dépôts sur une surface membranaire, UTINAM a une expérience importante que la caractérisation expérimentale des propriétés de charge par la méthode des potentiels d'écoulement et sur la modélisation de ces propriétés. - - En conséquence, ce projet innovant rassemble autour du thème « caractérisation d'un milieu poreux » les compétences de trois équipes françaises qui sont reconnues internationalement pour leur expertise dans trois domaines complémentaires : - - filtration et colmatage membranaire pour le LISBP (INSA/CNRS/INRA ) - - méthodes acoustiques et propagation des ondes acoustiques pour IES-MIRA (Univ Montpellier II/CNRS) - - propriétés electriques de surface et potentiel d'écoulement pour UTINAM (Univ. Franche-Conté/CNRS) - Le programme d'études va comporter 4 étapes scientifiques: - - Amélioration et adaptation in situ sur le même appareil de filtration des méthodes de mesure des charges par potentiel d'écoulement et de l'épaisseur de dépôt par méthode acoustique, grâce à l'adaptation de la méthode optique disponible. Ceci permettra de calibrer quantitativement la méthode acoustique et de valider les méthodes optiques et acoustiques pour la mesure d'épaisseur de dépôt à l'échelle locale. - - Détermination du potentiel zéta des parois des pores du dépôt par des mesures de conductivité et de potentiel d'écoulement tranversal. Une méthode basée sur la mesure simultanée des potentiels d'écoulement et du flux de perméat à différentes pressions pour la membrane neuve et pour l'ensemble membrane+dépôt permettra d'accéder aux propriétés électrocinétiques du dépôt seul. - - Analyse des performances de transfert de matière en relation avec les propriétés morphologiques et de charge du dépôt pour différentes conditions opératoires et différents types de suspensions. L'objectif est d'apporter de nouveaux éléments de connaissance sur les paramètres pertinents à prendre en compte pour décrire le développement d'un dépôt et sa structure (échelle de temps et d'espace). Pour différentes conditions de constitution du dépôt les propriétés locales du dépôt obtenues avec la méthode optique seront comparées aux propriétés globales