Brevet FR3154931A1 — publié le 20250509

Procédé pour l’extraction et l’utilisation de l’oxygène d’un milieu aqueux La présente invention concerne un procédé d’extraction de l’oxygène d’un milieu aqueux, comprenant les étapes suivantes : - fourniture d’une membrane (18) d’extraction, perméable à l’oxygène ; puis - mise en contact, avec une première face (20) de la membrane, d’un premier milieu aqueux (14) contenant de l’oxygène (12) ; - mise en contact, avec une deuxième face (22) de la membrane, d’un deuxième milieu aqueux (16) comprenant un composé support (30) ; - diffusion de l’oxygène du premier milieu aqueux vers le deuxième milieu aqueux à travers la membrane (18) ; et formation d’un composé complexe (32) par liaison de l’oxygène (12) avec le composé support (30). Le composé support (30) est une molécule organique choisie parmi une globine d’Annélides, un protomère de globine d’Annélides et une hémoglobine extracellulaire d’Annélides. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Procédé pour l’extraction et l’utilisation de l’oxygène d’un milieu aqueux La présente invention concerne un procédé d’extraction de l’oxygène (O 2 ) d’un milieu aqueux, du type comprenant les étapes suivantes : fourniture d’une membrane d’extraction, perméable à l’oxygène, ladite membrane d’extraction comprenant une première et une deuxième faces opposées ; puis mise en contact, avec la première face de la membrane d’extraction, d’un premier milieu aqueux contenant de l’oxygène ; mise en contact, avec la deuxième face de la membrane d’extraction, d’un deuxième milieu aqueux ; ledit deuxième milieu aqueux comprenant un composé support, apte à se lier à l’oxygène pour former un composé complexe ; diffusion de l’oxygène du premier milieu aqueux vers le deuxième milieu aqueux à travers la membrane d’extraction ; et formation du composé complexe par liaison de l’oxygène avec le composé support. Un procédé similaire est notamment connu du document EP0176446 et a pour but d’utiliser l’oxygène extrait dans le fonctionnement d’une pile à combustible. Un tel procédé fait notamment intervenir un composé support d’oxygène comprenant des groupements organiques. La présente invention a pour but de proposer un procédé amélioré, permettant d’atteindre une efficacité d’extraction largement supérieure aux procédés connus. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé d’extraction du type précité, dans lequel le composé support est une molécule organique choisie parmi une globine d’Annélides, un protomère de globine d’Annélides et une hémoglobine extracellulaire d’Annélides. Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé d’extraction comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le composé support est une molécule organique choisie parmi les hémoglobines extracellulaires de la famille des Lumbricidae , les hémoglobines extracellulaires de la famille des Arenicolidae et les hémoglobines extracellulaires de la famille des Nereididae , préférentiellement parmi l’hémoglobine extracellulaire de Lumbricus terrestris , l’hémoglobine extracellulaire d’ Arenicola sp et l’hémoglobine extracellulaire de Nereis sp , plus préférentiellement parmi l’hémoglobine extracellulaire d’ Arenicola marina et de Nereis virens , plus préférentiellement l’hémoglobine extracellulaire d’ Arenicola marina ; - une concentration de composé support dans le deuxième milieu aqueux est supérieure à 1 g/L ; - le premier milieu aqueux est l’eau de mer. L’invention se rapporte en outre à un procédé électrochimique comprenant une étape de réduction électrochimique du composé complexe issu d’un procédé d’extraction tel que décrit ci-dessus. Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé électrochimique comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la réduction électrochimique du composé complexe est réalisée dans un troisième milieu aqueux ; - le troisième milieu aqueux comporte un médiateur rédox, de préférence le 2,2’-azino-bis-(3-éthylbenzothiazoline-6-acide sulfonique) (ABTS) ; - la réduction électrochimique du composé complexe comprend une réduction de l’oxygène dudit composé complexe, de sorte à dissocier ledit oxygène du composé support ; - la réduction de l’oxygène du composé complexe est mise en œuvre à la cathode d’une pile à combustible. L’invention se rapporte en outre à une pile à combustible comprenant : une anode ; une cathode ; et un conduit de circulation d’un flux d’un fluide apte à fournir de l’oxygène, la cathode étant disposée dans ledit conduit de circulation ; la pile à combustible étant configurée pour la mise en œuvre d’un procédé électrochimique tel que décrit ci-dessus, la cathode étant apte à réduire l’oxygène du composé complexe. Suivant un aspect avantageux de l’invention, la pile à combustible comprend un agencement pour la circulation d’un flux de troisième milieu aqueux, comprenant le composé complexe, dans le conduit de circulation. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique d’un premier dispositif, pour la mise en œuvre d’un procédé d’extraction selon un mode de réalisation de l’invention ; et FIG. 2 la FIG. 2 est une vue schématique d’un deuxième dispositif, pour la mise en œuvre d’un procédé d’utilisation de l’oxygène extrait, selon un mode de réalisation de l’invention. La FIG. 1 montre un premier dispositif 10 d’extraction d’oxygène (O 2 ). Plus précisément, le premier dispositif 10 est configuré pour l’extraction de l’oxygène 12 d’un premier milieu aqueux 14 vers un deuxième milieu aqueux 16. Le premier dispositif 10 comporte une membrane 18 d’extraction, perméable à l’oxygène et hydrophobe. Ladite membrane 18 d’extraction comprend une première 20 et une deuxième 22 faces opposées. La membrane 18 d’extraction comprend par exemple des micro-canaux 24 ouverts sur chacune des première 20 et deuxième 22 faces. La membrane 18 d’extraction définit un premier 26 et un deuxième 27 espaces, délimités respectivement par la première 20 et par la deuxième 22 faces. Selon un premier mode de réalisation, la membrane 18 d’extraction et les première 20 et deuxième 22 faces sont disposées de manière sensiblement plane. Selon un deuxième mode de réalisation, la membrane 18 d’extraction est refermée sur elle-même de manière sensiblement cylindrique, autour d’un axe parallèle à une direction principale 28. Les premier 26 et deuxième 27 espaces sont alors sous la forme d’un espace interne et d’un espace externe, sensiblement coaxiaux. L’espace interne est situé du côté de celle des première 20 et deuxième 22 faces disposée de manière concave. L’espace externe est situé du côté de celle des première 20 et deuxième 22 faces disposée de manière convexe. Selon une première variante de réalisation, le premier espace 26 est l’espace interne. Selon une deuxième variante de réalisation, le deuxième espace 27 est l’espace interne. La membrane X40 liquid-cel, commercialisée par la société 3M, est notamment appropriée à la mise en œuvre de la membrane 18 d’extraction. Le premier milieu aqueux 14, à extraire, est riche en oxygène 12. De préférence, le premier milieu aqueux 14 est une solution saline. Plus préférentiellement, le premier milieu aqueux 14 comporte de l’eau de mer, pure, diluée ou sous forme de mélange. Le deuxième milieu aqueux 16 comprend un composé support 30, apte à se lier à l’oxygène 12 pour former un composé complexe 32. Selon un mode de réalisation, chaque molécule de composé support 30 comporte plusieurs sites de liaison avec une molécule d’oxygène 12 ; le composé complexe 32 correspondant comporte donc plusieurs molécules d’oxygène 12 liées à une molécule de composé support 30. Selon un mode de réalisation, le composé support 30 comporte un nombre de sites de liaison avec une molécule d’oxygène 12 compris entre 1 et 200. Selon l’invention, le composé support 30 est une molécule organique choisie parmi une globine d’Annélides, un protomère de globine d’Annélides et une hémoglobine extracellulaire d’Annélides. De tels molécules organiques sont par exemple décrites dans le document EP2956161 au nom de la Demanderesse. Préférentiellement, le composé support 30 est choisi parmi les hémoglobines extracellulaires de la famille des Lumbricidae , les hémoglobines extracellulaires de la famille des Arenicolidae et les hémoglobines extracellulaires de la famille des Nereididae . Plus préférentiellement, le composé support 30 est choisi parmi l’hémoglobine extracellulaire de Lumbricus terrestris , l’hémoglobine extracellulaire d’ Arenicola sp et l’hémoglobine extracellulaire de Nereis sp . Encore plus préférentiellement, le composé support 30 est choisi parmi l’hémoglobine extracellulaire d’ Arenicola marina et de Nereis virens . Encore plus préférentiellement, le composé support 30 est l’hémoglobine extracellulaire d’ Arenicola marina . Ladite hémoglobine extracellulaire comporte 156 sites de liaison avec une molécule d’oxygène 12. De préférence, une concentration de composé support 30 dans le deuxième milieu aqueux 16 est supérieure à 1 g/L. Un procédé d’extraction d’oxygène, mettant en œuvre le premier dispositif 10, va maintenant être décrit. Les premier 14 et deuxième 16 milieux aqueux sont disposés respectivement dans le premier 26 et dans le deuxième 27 espaces. Plus précisément, les premier 14 et deuxième 16 milieux aqueux sont simultanément mis en contact avec la membrane 18 d’extraction, respectivement avec la première 20 et avec la deuxième 22 faces. Selon un mode de réalisation, le premier milieu aqueux 14 est mis en circulation dans le premier espace 26 sous forme d’un premier flux 36 et/ou le deuxième milieu aqueux 16 est mis en circulation dans le deuxième espace 27 sous forme d’un deuxième flux 37. Chacun des premier 36 et deuxième 37 flux est parallèle à la direction principale 28. De préférence, les premier 36 et deuxième 37 flux sont à contre-courant. L’oxygène 12 du premier milieu aqueux 14 diffuse vers le deuxième milieu aqueux 16 à travers la membrane 18 d’extraction. Au fur et à mesure de sa mise en solution dans le deuxième milieu aqueux 16, l’oxygène 12 se lie avec le composé support 30 pour former le composé complexe 32 correspondant. Un gradient de concentration d’oxygène 12 se met donc en place entre les première 20 et deuxième 22 faces de la membrane 18 d’extraction, facilitant la diffusion de l’oxygène 12 du premier 14 vers le deuxième 16 milieu aqueux. Ainsi, l’oxygène 12 extrait du premier milieu aqueux 14 se trouve dans le deuxième milieu aqueux 16, sous la forme d’un composé complexe 32 avec le composé support 30. Comme indiqué précédemment, un composé complexe 32 comprend préférentiellement plusieurs molécules d’oxygène liées à une même molécule de composé support 30. La FIG. 2 montre un deuxième dispositif 40, pour l’utilisation de l’oxygène extrait au moyen du premier dispositif 10 précédemment décrit. Dans le mode de réalisation représenté, le deuxième dispositif 40 est une pile à combustible. Plus précisément, le deuxième dispositif 40 est une pile à combustible à membrane échangeuse de protons. En particulier, le deuxième dispositif 40 comporte : une anode 42 ; une cathode 44 ; une membrane 46 échangeuse de protons ; et un premier agencement 48 de circulation de fluide. Le deuxième dispositif 40 comprend en outre des moyens (non représentés) de circulation d’un flux d’électrons entre l’anode 42 et la cathode 44. Dans le mode de réalisation représenté, le deuxième dispositif 40 comporte en outre un deuxième agencement 50 de circulation de fluide. La cathode 44 est apte à mettre en œuvre une réduction électrochimique du composé complexe 32 précédemment décrit, issu d’une liaison entre une ou plusieurs molécules d’oxygène 12 et d’une molécule de composé support 30. Plus précisément, la cathode 44 est apte à mettre en œuvre une réduction électrochimique de l’oxygène 12 du composé complexe 32, de sorte à dissocier ledit oxygène du composé support 30. De préférence, la cathode 44 comporte des sites d’adsorption du composé complexe 32, permettant audit composé complexe de subir la réduction électrochimique. Par exemple, la cathode 44 comporte un réseau de fibres 52 formées d’un matériau électriquement conducteur, telles que des fibres de carbone. La membrane 46 échangeuse de protons est disposée entre l’anode 42 et la cathode 44, ladite membrane étant apte à mettre en œuvre un flux 54 de protons entre l’anode 42 et la cathode 44. La membrane 46 échangeuse de protons est par exemple une membrane d’acide perfluorosulfonique de type Nafion™. Le premier agencement 48 de circulation de fluide comporte un conduit 56 de circulation, la cathode 44 étant disposée dans ledit conduit 56. Le conduit 56 de circulation comporte une entrée 58 et une sortie 60. Le premier agencement 48 comporte en outre une arrivée 62 de fluide, reliée à l’entrée 58 du conduit 56 de circulation. Dans le mode de réalisation représenté, l’arrivée 62 de fluide comporte une alimentation 64 en additif, comme décrit ci-après. Le deuxième agencement 50 de circulation est apte à alimenter l’anode 42 à l’aide d’un flux 66 de combustible, apte à fournir des protons, notamment du dihydrogène, comme décrit ci-après. Un procédé électrochimique, mettant en œuvre le deuxième dispositif 40, va maintenant être décrit. Le deuxième agencement 50 de circulation alimente l’anode 42 à l’aide du flux 66 de combustible comprenant du dihydrogène. Ledit dihydrogène se décompose en protons et en électrons au niveau de l’anode 42. Les électrons se déplacent vers la cathode 44 sous forme de courant électrique. Les protons traversent la membrane 46 échangeuse, sous forme du flux 54 de protons. Par ailleurs, un flux d’un milieu aqueux, comprenant le composé complexe 32 précédemment décrit, est dirigé vers l’arrivée 62 de fluide. Dans le mode de réalisation représenté sur la FIG. 2 , le deuxième flux 37 de deuxième milieu aqueux 16, précédemment décrit, est dirigé vers l’arrivée 62 de fluide en aval du premier dispositif 10. Dans le mode de réalisation représenté, au niveau de l’arrivée 62, un additif est ajouté au milieu aqueux comprenant le composé complexe 32, par l’intermédiaire de l’alimentation 64. Un troisième milieu aqueux 68 est ainsi formé en amont de l’entrée 58. Préférentiellement, l’additif comporte au moins un médiateur rédox. Plus préférentiellement, l’additif contient du 2,2’-azino-bis-(3-éthylbenzothiazoline-6-acide sulfonique) (ABTS). Selon un mode de réalisation, le médiateur rédox est introduit dans le deuxième milieu aqueux 16 dès l’étape d’extraction de l’oxygène. Le troisième milieu aqueux 68 traverse le conduit 56 de circulation, de l’entrée 58 jusqu’à la sortie 60. Les molécules de composé complexe 32 réalisent un contact électrique avec le réseau de fibres 52 de la cathode 44. Les molécules d’oxygène dudit composé complexe 32 réagissent alors avec les électrons et les protons arrivant à la cathode 44, pour former des molécules d’eau. Cette réaction s’accompagne de la libération desdites molécules d’oxygène par le composé support 30 formant le composé complexe. La réduction de l’oxygène du composé complexe 32 est notamment favorisée par la présence de médiateur rédox dans le troisième milieu aqueux 68. Des molécules de composé support 30, entièrement ou partiellement dépourvues d’oxygène, sont ainsi récupérées en sortie 60 du conduit 56 de circulation. De préférence, ledit composé support 30 récupéré en sortie du deuxième dispositif 40 est recyclé pour la mise en œuvre du premier dispositif 10, précédemment décrite. L’oxygène permettant le fonctionnement de la pile à combustible, formée par le deuxième dispositif 40, est ainsi fourni par l’extraction du premier milieu aqueux 14 à l’aide du premier dispositif 10, comme décrit précédemment. En conséquence, l’association des premier 10 et deuxième 40 dispositifs précédemment décrits permet d’alimenter une pile à combustible à l’aide d’oxygène extrait d’un milieu aqueux tel que l’eau de mer. L’utilisation du composé support 30 permet de concentrer l’oxygène dissous d’un facteur 1000 et de convertir celle-ci en énergie dans la pile à combustible avec un COP supérieur à 3 (Energie restituée / Energie nécessaire à l’extraction de l’oxygène du premier milieu aqueux). Procédé d’extraction de l’oxygène d’un milieu aqueux, comprenant les étapes suivantes : - fourniture d’une membrane (18) d’extraction, perméable à l’oxygène, ladite membrane d’extraction comprenant une première (20) et une deuxième (22) faces opposées ; puis - mise en contact, avec la première face (20) de la membrane d’extraction, d’un premier milieu aqueux (14) contenant de l’oxygène (12) ; - mise en contact, avec la deuxième face (22) de la membrane d’extraction, d’un deuxième milieu aqueux (16) ; ledit deuxième milieu aqueux comprenant un composé support (30), apte à se lier à l’oxygène pour former un composé complexe (32) ; - diffusion de l’oxygène du premier milieu aqueux vers le deuxième milieu aqueux à travers la membrane (18) d’extraction ; et formation du composé complexe (32) par liaison de l’oxygène (12) avec le composé support (30) ; le procédé étant caractérisé en ce que le composé support (30) est une molécule organique choisie parmi une globine d’Annélides, un protomère de globine d’Annélides et une hémoglobine extracellulaire d’Annélides. Procédé d’extraction selon la revendication 1, dans lequel le composé support (30) est une molécule organique choisie parmi les hémoglobines extracellulaires de la famille des Lumbricidae , les hémoglobines extracellulaires de la famille des Arenicolidae et les hémoglobines extracellulaires de la famille des Nereididae , préférentiellement parmi l’hémoglobine extracellulaire de Lumbricus terrestris , l’hémoglobine extracellulaire d’ Arenicola sp et l’hémoglobine extracellulaire de Nereis sp , plus préférentiellement parmi l’hémoglobine extracellulaire d’ Arenicola marina et de Nereis virens , plus préférentiellement l’hémoglobine extracellulaire d’ Arenicola marina . Procédé d’extraction selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une concentration de composé support (30) dans le deuxième milieu aqueux (16) est supérieure à 1 g/L. Procédé d’extraction selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier milieu aqueux (14) est l’eau de mer. Procédé électrochimique, comprenant une étape de réduction électrochimique du composé complexe (32) issu d’un procédé d’extraction selon l’une des revendications précédentes. Procédé électrochimique selon la revendication 5, dans lequel la réduction électrochimique du composé complexe (32) est réalisée dans un troisième milieu aqueux (68). Procédé électrochimique selon la revendication 6, dans lequel le troisième milieu aqueux (68) comporte un médiateur rédox, de préférence le 2,2’-azino-bis-(3-éthylbenzothiazoline-6-acide sulfonique) (ABTS). Procédé électrochimique selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel la réduction électrochimique du composé complexe (32) comprend une réduction de l’oxygène (12) dudit composé complexe, de sorte à dissocier ledit oxygène du composé support (30). Procédé électrochimique selon la revendication 8, dans lequel la réduction de l’oxygène (12) du composé complexe (32) est mise en œuvre à la cathode (44) d’une pile à combustible (40). Pile à combustible (40) comprenant : une anode (42) ; une cathode (44) ; et un conduit (56) de circulation d’un flux d’un fluide apte à fournir de l’oxygène, la cathode (44) étant disposée dans ledit conduit de circulation ; la pile à combustible étant configurée pour la mise en œuvre d’un procédé électrochimique selon la revendication 9, la cathode étant apte à réduire l’oxygène (12) du composé complexe (32). Pile à combustible selon la revendication 10 prise en combinaison avec l’une des revendications 6 ou 7, la pile à combustible comprenant un agencement (48) pour la circulation d’un flux de troisième milieu aqueux (68), comprenant le composé complexe (32), dans le conduit (56) de circulation.