Textile membranaire lumineux photocatalytique pour la filtration et la réutilisation des eaux résiduaires urbaines: une réponse au colmatage membranaire en traitement tertiaire – LumiMem

Les originalités du projet LumiMem se situent à plusieurs niveaux :

-Concevoir et maitriser une nouvelle technologie de filtration membranaire pour obtenir une eau filtrée de très bonne qualité tout en diminuant l’impact environnemental de l’opération (énergie et émissions).
- Utiliser de nouvelles techniques de fabrication de de fibres creuses polymères à matrice mixte.
-Comprendre et modéliser les mécanismes en jeu lors de l’élaboration des nouvelles fibres creuses
-Intégrer la problématique de la durabilité de la technologie en étudiant le vieillissement du nouveau matériau membranaire et en comparant son impact environnemental par rapport aux voies classiques de nettoyage/décolmatage.

La capacité à générer des résultats dans le cadre du projet LumiMem (débuté en février 2018) est appuyée par un consortium qui regroupe des acteurs académiques et industriels avec des compétences reconnues, multidisciplinaires et complémentaires : IEM Montpellier (élaboration et mise en œuvre de membranes, procédés photocatalyse, analyses microbiologiques) ; LGC Toulouse (vieillissement des membranes) ; Polymem, 31 (fabricant de membranes fibres creuses) ; Brochier Technologies, 69 (fabricant de tissus en fibres optiques, expertise photocatalyse).

Le projet de recherche concerne le traitement de l’eau par un nouveau procédé membranaire. Il présente des impacts sociétaux et économiques importants, la gestion de l’eau faisant partie des enjeux sociétaux mondiaux. Les traitements tertiaires en stations d’épuration permettent, via le recyclage des effluents, de soulager la pression sur les ressources en eau et s’inscrivent donc dans les programmes de gestion durable de cette ressource. En particulier, la conception de nouveaux matériaux membranaires permettant de limiter le colmatage garantira un accès au plus grand nombre à une eau de qualité tout en réduisant le coût de la filtration membranaire.

Le projet LUMIMEM ayant débuté en février 2018, il n'a pas fait l'objet de publication scientifique à ce jour.

Les procédés membranaires connaissent depuis plusieurs années une croissance remarquable dans le traitement des eaux usées car ils sont capables de faire face à des qualités d’eau et des fluctuations de débit que les procédés à boues activées conventionnels ne peuvent traiter. Leur développement reste néanmoins freiné par les problèmes de colmatage inhérents à tout procédé membranaire, qui ont un impact négatif tant financier (lié aux coûts de nettoyage) qu’environnemental (lié au coût énergétique et aux produits chimiques utilisés). Les travaux antérieurs visant à lever ce verrou se sont attachés à optimiser les conditions d’exploitation ou les configurations de modules membranaires, mais aucune des solutions envisagées ne s’est avérée complétement satisfaisante. Face aux inconvénients de ces solutions traditionnelles, le développement de membranes faiblement colmatantes et auto-nettoyantes constituerait un changement de paradigme majeur.

C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet LumiMem qui aborde le problème du colmatage de façon très originale, au travers du développement d’un textile membranaire lumineux auto-nettoyant, associant des membranes fibres creuses (FC) polymère-TiO2 à des fibres optiques (FO) équipées de LEDs UVA. Cette configuration en rupture permettra l’irradiation in-situ des nanoparticules de TiO2 simultanément à la filtration membranaire. Le caractère (super-)hydrophile du TiO2 permettrait l’amélioration des flux à l’eau et la limitation du colmatage tandis que son activité photocatalytique et/ou désinfectante par combinaison avec les UVA induirait respectivement la dégradation de la matière organique colmatante et une réduction du développement du biofilm à la surface de la membrane.

Les originalités du projet LumiMem se déclinent à plusieurs niveaux :
-Concevoir et maitriser une nouvelle technologie de photofiltration membranaire, au sein de laquelle le nouveau textile membranaire sera intégré, pour obtenir une eau filtrée de très bonne qualité tout en diminuant l’impact environnemental de l’opération (énergie et émissions).
- Utiliser de nouvelles techniques (co-extrusion) pour élaborer des fibres creuses polymères contenant du TiO2.
-Comprendre et modéliser les mécanismes en jeu lors de l’élaboration des nouvelles fibres creuses PVDF-TiO2.
-Intégrer la problématique de la durabilité de la technologie en étudiant le vieillissement du nouveau tissu membranaire et en comparant son impact environnemental par rapport aux voies classiques de nettoyage/décolmatage.

Cette nouvelle approche d’élaboration des membranes PVDF-TiO2 et leur association à des fibres optiques génère plusieurs risques scientifiques qui ont été évalués et pris en compte dans le projet LumiMem. Le potentiel d’avancée du projet est néanmoins conséquent sur la base de travaux préliminaires réalisés à l’IEM, ayant établi la preuve de concept pour le cas « référence » de membranes planes PVDF/TiO2 et ayant montré, pour des conditions optimales d’élaboration et sous irradiation UV, la limitation du colmatage membranaire et un comportement autonettoyant des membranes.

La capacité à générer des résultats dans le cadre du projet LumiMem est par ailleurs appuyée par un consortium qui regroupe des acteurs académiques et industriels avec des compétences reconnues, multidisciplinaires et complémentaires : IEM Montpellier (élaboration et mise en œuvre de membranes, procédés photocatalyse, analyses microbiologiques) ; LGC Toulouse (vieillissement des membranes) ; Polymem Toulouse (le fabricant de membranes fibres creuses) ; Brochier Technologies Villeurbanne (le fabricant de tissus en fibres optiques, expertise photocatalyse).