Projet ANR-10-CD2I-0012 – POMEWISO : Membranes polymères élaborées sans solvant organique
Programme : Chimie Durable - Industries - Innovation (CD2I)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Denis BOUYER (UNIVERSITE DE MONTPELLIER II [SCIENCES   TECHNIQUES DU LANGUEDOC])
Partenaires : Institut Européen des Membranes; Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture; Institut Rayonnement et Matière de Saclay; Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture; Université de Montpellier
Montant : 647441.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Membranes polymériques sans solvantElaboration de membranes polymères sans utilisation de solvant organique
Mise au point d’une méthode d’élaboration de membranes polymères poreuses pour le traitement des eaux sans utilisation de solvant organiqueLes procédés membranaires s’imposent peu à peu dans l’industrie en tant que technique deséparation très performante en substitution des procédés conventionnels, dans une optiquede développement de procédés propres et sobres. Une membrane est une fine barrièresélective, qui va permettre ou interdire le passage de certains composants entre deux milieuxqu'elle sépare. Les membranes polymères sont particulièrement attrayantes en raison de leurfaible coût et d’un encombrement réduit. Elles sont élaborées via des procédés de séparationde phases et nécessitent l’utilisation d’une grande quantité de solvants organiquespotentiellement toxiques (acétone, DMAc, DMF), qui doivent être éliminées des eaux en avalde production.Le projet POMEWISO vise à élaborer des membranes polymères poreuses sans utiliser desolvant organique, dans une optique de chimie durable, en utilisant notamment despolymères biosourcés à base de cellulose.L’application ciblée est le traitement des eaux et l’objectif principal consiste à réduire lesimpacts environnementaux liés à l’utilisation des solvants organiques toxiquesclassiquement utilisés pour dissoudre les polymères.
Développement d’un nouveau procédé de séparation de phase LCST-TIPS pour l’élaboration de membranes poreuses à base de polymères hydrosolublesLe projet POMEWISO implique trois partenaires (Institut Européen des Membranes, LIONSCEA et IRSTEA) et a pour objectif le développement de nouvelles membranes polymèresRéférence du formulaire : ANR-FORM-090601-01-01 6/25poreuses sans utiliser de solvant organique, via un procédé de séparation de phase originalpar diminution de la température. L’HPC (hydroxypropyl cellulose), le PVA (alcoolpolyvinylique) et le chitosane, polymères hydrosolubles ont ainsi été sélectionnés.L’utilisation de polymères hydrosolubles est une gageure car (i) les diagrammes de phasesde ces polymères sont moins référencés et plus complexes que ceux des polymèresclassiques, (ii) les procédés de séparation de phases sont différents, (iii) une étape deréticulation des chaines de polymère est nécessaire afin d’empêcher la solubilisation desmembranes lors de leur utilisation en traitement des eaux.Une approche multi-échelle alliant l’étude des phénomènes couplés à l’origine de laformation de la membrane a été développée : (i) mécanismes de séparation de phase, (ii)réticulation des chaines de polymère, (iii) phénomènes de transfert couplés, (iv) étude despropriétés d’usage des membranes.Une évaluation environnementale du procédé a été conduite par IRSTEA avec un doubleobjectif : (i) contribuer à l’éco-conception du procédé et (ii) comparer le procédé POMEWISOà un système de référence. Il a ainsi été possible de réaliser un calculateur simplifié d’ACV,très utile en termes d’éco-conception dans lequel tous les paramètres de fabrication de lamembrane étaient accessibles.
Résumé de la soumission : Nous proposons de mettre au point de nouveaux procédés de fabrication de membranes polymères en tirant parti de la séparation de phases de polymères hydrosolubles présentant une température critique de démixtion inférieure. Trois classes de polymères, les acides polyamiques, les éthers de cellulose et les chitosanes modifiées seront étudiées. Après avoir déterminé leurs diagrammes de phase, les mécanismes de séparation de phases seront caractérisées et nous établirons les lois de croissance associées. Ceci fournira des directions précises pour la fabrication des membranes. Un ensemble de paramètres (température, flux d'air, humidité) seront optimisés pour obtenir des structures poreuses. Les relations entre ces paramètres et la morphologie des membranes sera établie grâce à une quantification des transferts de masse et de chaleur et par des simulations numériques. La consolidation de la structure du film sera effectuée soit thermiquement soit par irradiation en générant des liaisons entre chaînes.Enfin les propriétés fonctionnelles des membranes, incluant des mesures de perméabilité et de rejet de soluté seront déterminées pour la perméation de liquides.
Résultats : Le projet POMEWISO a permis de démontrer qu’il est possible de fabriquer des membranes
polymères poreuses pour le traitement des eaux, non seulement sans utiliser de solvants
organiques toxiques difficiles et couteux à éliminer, mais également à partir de polymères
biosourcés, dans une optique de chimie durable.
Des performances de filtration très intéressantes ont été obtenues par rapport aux
membranes polymères classiques, ouvrant de nouvelles voies pour leur utilisation en
traitement des effluents.
Ce projet de recherche fondamentale a permis de développer des synergies avec des acteurs
industriels (i) des polymères, (ii) de la fabrication de membranes et (iii) un grand groupe
pétrolier, utilisateur final des membranes.
Perspectives : -
Publications et brevets : Démontrant le succès du projet POMEWISO, un brevet vient d’être déposé en septembre
2014 portant sur les propriétés de filtration de cette nouvelle génération de membranes
polymères sans solvant organique, et impliquant les trois partenaires du projet.
Malgré le fait que le dépôt du brevet a retardé les publications scientifiques (antériorité des
résultats), la production scientifique liée au projet compte :
- un brevet d’invention,
Référence du formulaire : ANR-FORM-090601-01-01 7/25
- une publication dans une revue internationale à comité de lecture (Journal of
Membrane Science 2014),
- 5 conférences orales dans des congrès nationaux et internationaux,
- L’ensemble de la démarche ACV est documentée dans 10 rapports techniques.