Approche Multi-Echelle de la dégradation en conditions d’USagE de membranes polymères de filtration – MéDUSE

L?ultrafiltration utilisant des membranes polymères est fortement implantée dans la production d?eau potable ainsi que dans l?industrie laitière. Ces deux secteurs, qui relèvent d?applications « grand public », imposent des contraintes de services et une réglementation extrêmement sévères. Au cours de leur utilisation sur site (production d?eau potable, traitement d?effluents, filtration de fluides alimentaires..), les membranes doivent fréquemment subir des traitements physiques et chimiques afin d?éviter le développement bactérien dans les installations et éliminer le colmatage qui découle directement de la filtration. Les solutions de nettoyage/désinfection employées sont alors choisies pour leurs propriétés oxydante, acido-basique ou encore bactéricide comme cela est le cas pour l?hypochlorite de sodium largement employé dans l?industrie de l?eau ou l?industrie laitière. L?impact de ces nettoyages chimiques sur les propriétés des membranes est mal connu mais ils semblent responsables d?un vieillissement qui peut conduire à une rupture d?une ou plusieurs membranes dans un module. Si l?on sait traiter ce problème a posteriori, on ne sait malheureusement toujours pas le prévoir par manque de connaissances sur les processus conduisant à l?évolution de l?intégrité des membranes. Le présent projet a donc pour objectif d?acquérir des connaissances sur les mécanismes responsables de la dégradation au cours du temps du matériau membranaire à l'échelle moléculaire afin d?apporter des éléments de compréhension sur l?évolution des propriétés fonctionnelles des membranes en cours d?usage. Ces connaissances conduiront au développement de méthodologies et d?outils permettant l?étude du vieillissement de membranes polymères dans les conditions d?utilisation sur site. De part la complexité du problème due à la contribution simultanée de nombreux facteurs, nous avons fait le choix dans le présent projet de nous focaliser sur l?analyse du vieillissement chimique. Pour ce faire nous proposons d?adopter une démarche fondamentale pluridisciplinaire (procédé, matériaux, interfaces) qui vise à : 1) comprendre le mécanisme de dégradation des membranes en conditions d?utilisation, 2) définir en laboratoire des protocoles de vieillissement accéléré représentatifs reproduisant les dommages causés au polymère au niveau moléculaire lors de son contact avec des solutions de nettoyage/désinfection sur site industriel, 3) identifier le ou les paramètres macroscopiques les plus pertinents pour suivre et révéler cette dégradation, ce qui ne sera rendu possible que par une analyse multi-échelle permettant de relier les modifications de la structure chimique des macromolécules à celles des propriétés macroscopiques du polymère 4) proposer une stratégie afin d?augmenter la durée de vie des membranes. L?architecture du projet permet d?aborder simultanément les 2 applications visées: la production d?eau potable et la filtration du lait écrémé. Ceci est rendu possible par le fait que dans les deux domaines d?applications, les membranes ont la polyéthersulfone comme polymère constitutif majoritaire. On peut donc en attendre de multiples similitudes au contact des agents de nettoyage/désinfection, en particulier du principal oxydant utilisé pour les deux applications qui est l?hypochlorite de sodium. Les procédures de nettoyage/désinfection sont bien évidement spécifiques à chaque application, mais là encore les variables sont la concentration en agent oxydant, la fréquence des cycles de nettoyage et la température, paramètres qui pourront être modulés dès lors que les protocoles de vieillissement représentatif auront été identifiés. La connaissance des relations entre propriétés au niveau moléculaire et caractéristiques macroscopiques du matériau d?une part et de leur évolution respective en conditions d?usage d?autre part constituera une 1ère étape dans la construction d?un outil de prédiction de la durée de vie des membranes.