INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La montre un graphe représentant le taux d’extraction (en %) respectivement des PFAS et des protéines, par différentes méthodes (flottation, centrifugation, centrifugation acide) mises en œuvre après mise en contact d’un échantillon d’eau contenant des PFAS avec de l’ovalbumine, pendant 15 min.
Un exemple de dispositif pour la mise en œuvre d’un procédé d’épuration des milieux liquides contaminés par des PFAS selon l’invention, qui a notamment été utilisé pour les expériences décrites ci-après, à l’échelle du laboratoire, est montré sur la . Ce dispositif comprend un réacteur 10, de préférence en verre, contenant le volume de milieu liquide à épurer 11. Dans sa partie basse, le réacteur 10 contient un bulleur 12, de préférence en céramique frittée. Ce bulleur est relié, par une canalisation 13, à un générateur de gaz comprimé, notamment d’air comprimé, 14. Un régulateur de pression 15 est monté sur la canalisation 13, entre le générateur de gaz comprimé 14 et le bulleur 12. Dans sa partie haute opposée, le réacteur 10 est muni d’un bec verseur 16.
Pour la mise en œuvre du procédé conforme à l’invention, comprenant une étape de séparation par flottation (ou fractionnement de mousse), les étapes suivantes sont réalisées. En première étape, de l’ovalbumine en quantité adéquate est introduite dans le réacteur, dans le milieu liquide à épurer 11, comme indiqué en 20 sur la figure. Après un temps de contact prédéterminé, du gaz comprimé est injecté dans la canalisation 13, comme indiqué en 21 sur la figure, jusqu’au bulleur 12, comme indiqué en 22. Le bulleur 12 diffuse alors de fines bulles (non représentées sur la figure) dans le milieu liquide 11. Il se forme dans le réacteur 10, au-dessus de la surface 17 du liquide, une mousse 18 chargée en complexe ovalbumine-PFAS. Cette mousse s’échappe naturellement du réacteur 10, comme indiqué en 23 sur la figure, par le bec verseur 16, et est récupérée. A l’issue de ces étapes, le milieu liquide restant dans le réacteur est avantageusement épuré des PFAS qu’il contenait initialement.
A/ EXEMPLE 1 – Etude de l’efficacité du procédé selon l’invention
A.1/ Matériel et méthodes généraux
La est un bloc-diagramme général illustrant une mode de réalisation particulier d’un véhicule automobile équipé d’un système embarqué de captage et traitement du CO2 selon la présente invention.
La est un schéma simplifié montrant en coupe deux exemples de configurations d’un insert formant réservoir intégré dans un corps creux de la caisse d’un véhicule automobile équipé selon la présente invention.
La est une vue partielle en perspective d’une caisse de véhicule automobile dans laquelle sont montrées différentes implantations possibles d’un insert formant réservoir dans un corps creux de la caisse.
La est une vue partielle d’une caisse de véhicule automobile dans laquelle est montrée une implantation possible d’un insert formant réservoir dans un brancard de la caisse.
La est une vue en perspective d’un élément structurel de caisse de la technique antérieure sous la forme d’un pilier dit « pilier D ».
La est une vue en perspective d’un élément structurel de caisse sous la forme du « pilier D » de la modifié conformément à la présente invention pour intégrer un insert formant réservoir.
En référence aux dessins annexés, il est maintenant décrit ci-dessous une forme de réalisation particulière VTH d’un véhicule selon l’invention de type thermique, équipé d’un système SC de captage et traitement du CO2.
Comme visible à la , le véhicule VTH comprend un moteur thermique MT et un système embarqué SC de captage et traitement du CO2 gazeux présent dans les gaz brulés du moteur thermique.
Le système SC de captage et traitement du CO2 comprend essentiellement un dispositif DR de dérivation de gaz brulés, un dispositif CT de captage de CO2, un dispositif de condensation CD et un réservoir RE de stockage de CO2.
Le CO2 capté est stocké dans le réservoir RE dans un état de fluide supercritique. La condensation du CO2 à l’état de fluide supercritique entraîne une augmentation de sa densité, ce qui autorise le stockage d’une plus grande masse de CO2 dans un volume donné. Le réservoir de stockage RE peut ainsi être réalisé sous une forme plus compacte.
Le dispositif CT de captage de CO2 est raccordé bidirectionnellement au dispositif DR de dérivation des gaz brulés qui est implanté dans une ligne d’échappement LE du moteur thermique MT. Les gaz brulés sont dirigés par le dispositif de dérivation DR vers le dispositif CT pour le captage du CO2 par filtration, et reviennent ensuite vers le dispositif de dérivation DR pour une évacuation via la ligne d’échappement LE. Le dispositif de captage CT capte le CO2 dans les gaz brulés provenant de la chambre de combustion du moteur thermique MT, gaz brulés préalablement dépollués des HC, CO et NOx par un catalyseur (non représenté). Le dispositif de captage CT est formé d’un filtre à CO2, ou piège à CO2, et comprend typiquement une membrane de séparation assurant une séparation du CO2 et des oxydes inorganiques. Cette membrane est rigide et est couverte d’une couche de céramique poreuse en couche externe. Le dispositif de captage CT est conçu pour résister à la température élevée des gaz d’échappement, comprise entre 300°C et 950°C. De préférence, la forme du dispositif de captage CT est tubulaire ou rectangulaire, ce qui facilite l’implantation de celui-ci dans la ligne d’échappement LE.
Le compresseur PT est alimenté en électricité par un réseau d’alimentation électrique EL du véhicule VTH. Le compresseur PT reçoit en entrée le CO2 gazeux conditionné par l’échangeur ET à la température adéquate, supérieure à 31 °C, et comprime celui-ci pour provoquer sa condensation à l’état de fluide supercritique. En sortie du compresseur PT, le CO2 à l’état de fluide supercritique est amené jusqu’au réservoir de stockage RE pour remplir celui-ci. On notera que la fonction du compresseur PT pourra dans certaines formes de réalisation de l’invention être assurée par le compresseur de climatisation du véhicule VTH fonctionnant en temps partagée.
Le réservoir de stockage RE est équipé d’un détecteur de remplissage DE qui commande l’activation sur le tableau de bord du véhicule d’un indicateur de réservoir plein à l’intention du conducteur. La capacité du réservoir RE, typiquement comprise entre 10 et 20 litres environ, est dimensionnée pour obtenir une fréquence de vidage de réservoir qui soit du même ordre que la fréquence du plein en carburant du véhicule. Le conducteur du véhicule peut ainsi effectuer son plein de carburant et vider le réservoir RE lors d’un même passage dans une station-service de ravitaillement en carburant équipée d’une station SD de décharge de CO2.
Conformément à l’invention, de manière générale, le réservoir de stockage RE est réalisé sous la forme d’un insert qui est intégré dans un élément structurel creux de la caisse du véhicule VTH. L’insert formant réservoir RE est réalisé typiquement en matière plastique et offre un volume fermé formant contenant pour le CO2. Au moins un orifice de remplissage/vidage est aménagé dans l’insert formant réservoir RE. La caisse d’un véhicule automobile est réalisée par des techniques de tôlerie et comporte plusieurs portions creuses. En intégrant le réservoir RE dans une portion creuse de la caisse du véhicule, l’invention met à profit un espace inexploité dans le véhicule et facilite grandement l’intégration du réservoir RE, vis-à-vis de la contrainte d’allocation de volume. De plus, le réservoir RE bénéficie de la rigidité mécanique de la portion en tôle de caisse qui l’enveloppe, ce qui accroît sa tenue contre la pression exercée par le CO2 à l’état de fluide supercritique qu’il contient.
La illustre une vue schématique d’un robinet comprenant la nouvelle chaine cinématique selon l’invention ;
La illustre schématiquement le dispositif antidévireur bidirectionnel ;
La illustre schématiquement une vue partielle du dispositif antidévireur bidirectionnel ;
La illustre une vue schématique d’un robinet selon un mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION La illustre un robinet 1000 selon un mode de réalisation de l’invention. Un tel robinet permet d’obturer une conduite 600, la conduite 600 pouvant contenir tout type de fluides, par exemple de l’eau ou du gaz, au sein d’installations industrielles, d’infrastructures d’acheminement ou d’autres type de circuit. Le robinet 1000 comprend à ce titre plusieurs éléments formant une chaine cinématique permettant d’obturer la conduite 600 à laquelle il est lié. En particulier, le robinet 1000 comprend un actionneur 100 émettant un mouvement de rotation et connecté à un dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation 2000, le mouvement de translation étant appliqué à un ensemble de fermeture 500 de la conduite 600.
De manière non limitative et comme visible sur la , la conduite 600 s’étend selon un premier axe B et le robinet 1000 s’étend selon un deuxième axe A perpendiculaire au premier axe B. Le deuxième axe A constitue l’axe principal de la chaine cinématique.
L’actionneur 100 est adapté pour transmettre ou générer un couple de rotation. Il peut s’agir par exemple d’un volant manuel, d’un moteur électrique ou de tout autre moyen apte à être utilisé dans ce but. Ce couple de rotation est donc transmis à un dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation 2000, qui meut ainsi en translation l’ensemble de fermeture 500, composé d’une tige 501 et d’un obturateur 502, en position ouverte ou fermée selon le sens de rotation de l’actionneur 100, de sorte à ouvrir ou à obturer la conduite 600.
Plus précisément, le dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation 2000 comprend : Un dispositif antidévireur bidirectionnel 200 adapté pour entrainer en rotation un arbre 2 s’étendant longitudinalement le long du deuxième axe A ; Un moyen de conversion 300 configuré pour convertir le mouvement de rotation de l’arbre 2 en un mouvement de translation ;
Les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation préféré d’un dispositif antidévireur bidirectionnel 200 adapté pour entrainer en rotation l’arbre 2 de façon bidirectionnelle et irréversible. Le dispositif antidévireur bidirectionnel 200 comprend un carter 0 disposé autour d’un arbre 2 mobile en rotation par rapport au carter 0. Dans l’arbre 2 est inséré, par exemple dans une rainure de clavetage, une clavette 3 qui s’étend le long de l’arbre 2 et en saillie de l’arbre 2 sur une partie de sa longueur.
Le dispositif antidévireur bidirectionnel 200 se compose d’un système d’entrainement en rotation 10 autour du deuxième axe A de l’arbre 2. Le système d’entrainement en rotation 10 est avantageusement constitué d’un dispositif d’accouplement 1 configuré pour s’accoupler avec l’actionneur 100. Le dispositif d’accouplement 1 est de préférence une pièce cylindrique, comprenant une ouverture centrale 11 logeant l’arbre 2 et la clavette 3, tout en permettant un premier jeu angulaire 12 entre les parois de l’ouverture centrale 11 et la clavette 3.
En face et à distance du dispositif d’accouplement 1 est disposé un anneau 6, comprenant une ouverture centrale 61 dans laquelle est insérée l’arbre 2 et la clavette 3 en permettant un deuxième jeu angulaire 62 entre les parois de l’ouverture et la clavette 3, de préférence d’une amplitude identique ou proche de celle du jeu angulaire 12.
Au moins une entretoise 7, de préférence deux entretoises 7, sont disposées entre le dispositif d’accouplement 1 et l’anneau 6, et chaque entretoise 7 comprend elle aussi une ouverture centrale 71 dans laquelle est insérée l’arbre 2 et la clavette 3. Plusieurs tiges 8 s’étendent de l’élément d’accouplement 1 à l’anneau 6 en traversant les entretoises 7 par des orifices comprenant un jeu circonférentiel 74, de manière à solidariser le système d’entrainement en rotation 10, c’est-à-dire que le dispositif d’accouplement 1 et l’anneau 6 sont solidaires entre eux en rotation ou en translation et en rotation, et que les entretoises 7 sont solidaires en rotation avec le dispositif d’accouplement 1 et l’anneau 6. Les tiges 8 peuvent être de profil circulaire ou polygonal pour offrir plus de rigidité au système d’entrainement en rotation 10.
Entre le carter 0 et les entretoises 7 peuvent être positionnés des roulements à billes 75, qui guident en rotation les entretoises 7 à l’intérieur du carter 0 et supportent la charge axiale du poids du dispositif antidévireur bidirectionnel 200. Les entretoises 7 et optionnellement les entretoises 7 et les roulements à billes 75 permettent de centrer l’arbre 2 dans le carter 0 et donc de les rendre coaxiaux à l’axe A.
Le dispositif antidévireur bidirectionnel 200 se compose en outre d’un système de blocage 20 de l’arbre 2, disposé à l’intérieur du carter 0 et composé d’une came 4, de plusieurs galets 5 et de plusieurs ressorts 9.
A l’heure actuelle, aucune technique de dépollution des eaux classique ne permet de remédier de manière satisfaisante à la contamination par les PFAS. La filtration sur des filtres de charbon activé, telle que proposée par l’art antérieur, tout comme les autres techniques classiques de coagulation, floculation, sédimentation, et filtration, sont notamment insuffisamment efficaces et ont un coût énergétique conséquent.
Il a été proposé par l’art antérieur de mettre en œuvre, pour l’élimination des PFAS de milieux aqueux, des protéines aptes à absorber ces substances. Le milieu à purifier est mis en contact avec ces protéines, puis en est séparé, après qu’elles aient réalisé la liaison des PFAS contenues dans le milieu.
A titre d’exemple, le document US 2020/197903 décrit un procédé de traitement d’eau souterraine ou générée par lavage du sol, et contaminée par des PFAS, qui utilise un absorbant choisi parmi les protéines végétales, les globulines, les albumines, l’édestine ou la lupine, formant un lit tassé au travers duquel l’eau à épurer est amenée à circuler. Des expériences décrites dans ce document montrent que l’absorbant le plus efficace pour l’élimination des PFAS est l’extrait protéique de chanvre, la poudre de blanc d’œuf s’avérant la moins efficace des absorbants testés.
La publication de Turner et al., 2019, Chemosphere, 229: 22-31 décrit également un procédé de décontamination d’eau contaminée par des PFAS, utilisant un extrait protéique de chanvre ou divers autres extraits protéiques, dont la poudre protéique de soja et la poudre protéique d’œuf. Les travaux décrits dans ce document indiquent que les extraits protéiques largement les plus performants sont ceux issus du chanvre et du soja.
Aucun de ces procédés ne permet cependant d’obtenir des taux d’abattement en PFAS satisfaisants à des coûts raisonnables. A ce jour, il reste ainsi extrêmement difficile et couteux de remédier à la contamination des milieux aqueux par les PFAS.
La présente invention vise à pallier les inconvénients des procédés proposés par l’art antérieur pour la décontamination des milieux aqueux pollués par des PFAS, notamment aux inconvénients exposés ci-avant, en proposant un tel procédé qui soit performant, en termes de fiabilité et d’efficacité, pour réaliser l’élimination spécifique des polluants de la famille des PFAS des milieux aqueux, et peu couteux à mettre en œuvre.
Des objectifs supplémentaires de l’invention sont que ce procédé soit facile à réaliser à l’échelle industrielle, y compris pour le traitement de larges volumes de liquide contaminé. L’invention vise également à ce que ce procédé soit le plus respectueux possible de l’environnement, et produise peu de déchets.
A cet effet, il est proposé selon la présente invention un procédé de traitement d’un milieu liquide aqueux contaminé par au moins une substance perfluoroalkylée ou polyfluoroalkylée, en vue d’en éliminer cette substance. Ce procédé comprend une étape de mise en contact du milieu liquide avec de l’ovalbumine, de sorte à réaliser la liaison entre l’ovalbumine et ladite substance, puis une étape d’élimination de l’ovalbumine, dont une partie au moins se trouve alors sous forme liée à la substance perfluoroalkylée ou polyfluoroalkylée, du milieu liquide. Cette étape d’élimination est réalisée par flottation.
Il a été constaté par les présents inventeurs que la mise en œuvre combinée de l’ovalbumine, en tant que protéine apte à lier les PFAS, et de la technique particulière de séparation par flottation, permet d’atteindre des taux d’abattement particulièrement importants de la quantité de PFAS présente dans le milieu liquide aqueux traité, et ce pour un large spectre de PFAS, comprenant notamment les PFAS les plus fréquemment retrouvées dans l’environnement, tel que le sulfonamide alkylbétaïne du 6:2 fluorotélomère (6:2 FTAB), et celles décrites comme présentant une toxicité particulière pour les organismes vivants, tels que l’acide perfluorooctane sulfonique (PFOS) et l’acide perfluorooctanoïque (PFOA), ces deux substances étant en outre les plus réglementées dans le monde. Ce taux d’abattement est particulièrement élevé pour les PFAS à moyenne à longue chaîne alkyle, c’est-à-dire à chaîne comprenant au moins 6 atomes de carbone, et notamment pour les PFAS du type acide sulfonique. Une telle performance est d’autant plus surprenante que l’art antérieur, tel qu’illustré par les documents précités, détourne de l’utilisation d’ovalbumine pour une telle application, au profit d’autres protéines telles que les protéines de graines de chanvre, qui présentent des affinités pour les PFAS bien supérieures à celle de l’ovalbumine. Toutefois, lorsque l’utilisation de l’ovalbumine est combinée à la technique de flottation, qui tire parti de la propriété de l’ovalbumine à générer de la mousse lors de la mise en œuvre de la technique de flottation, la capacité d’extraction des PFAS d’un milieu aqueux de l’ovalbumine se trouve potentialisée, à un niveau que rien dans l’art antérieur ne laissait présager. Le niveau de performance du procédé selon l’invention est notamment suffisant pour réaliser l’élimination des PFAS en solution dans des milieux liquides dans des concentrations allant de quelques nanogrammes jusqu’à plus d’une centaine de microgrammes par litre, telles qu’elles sont typiquement rencontrées dans l’environnement dans les eaux de nappes souterraines et de surface, mais également dans les effluents concentrés.
Outre le fait qu’il s’avère particulièrement performant, le procédé selon l’invention est facile et rapide à mettre en œuvre, au moyen de matériels et techniques simples et couramment disponibles dans les installations de traitement des eaux. Le procédé peut notamment être mis en œuvre dans des stations d’épuration, au moyen du matériel qui y est préexistant.
A titre d’exemple, pour le cas particulier de l’acide perfluorooctane sulfonique, un taux d’élimination de près de 100 % peut être atteint en moins d’une heure.
Le coût de mise en œuvre du procédé selon l’invention est avantageusement réduit, notamment du fait du faible coût des matières premières qu’il utilise, plus précisément de l’ovalbumine, constituant majoritaire du blanc d’œuf, dont l’approvisionnement en grande quantité est en outre aisé, sous forme liquide ou en poudre, dans les usines alimentaires spécialisées, telles que les casseries d’œufs. Son coût énergétique est également réduit. En particulier, l’ensemble de ses étapes sont de préférence avantageusement mises en œuvre à température ambiante.
Le procédé selon l’invention, qui ne nécessite rien d’autre pour sa mise en œuvre que de l’ovalbumine, protéine biodégradable, et du gaz, en particulier de l’air, est en outre respectueux de l’environnement.
Le procédé selon l’invention peut notamment être utilisé pour le traitement d’un milieu liquide aqueux contaminé par une pluralité de substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées, en vue de l’élimination de l’ensemble de ces substances.
L’étape de mise en contact du milieu liquide avec l’ovalbumine est de préférence réalisée durant un temps suffisant pour assurer une interaction maximale de l’ovalbumine avec les molécules de la ou des substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (PFAS) contenues dans le milieu liquide. Dans des modes de mise en œuvre particuliers de l’invention, l’étape de mise en contact du milieu liquide à épurer avec l’ovalbumine est réalisée pendant une durée comprise entre 5 et 60 minutes, notamment comprise entre 5 et 30 minutes. Préférentiellement, cette étape est réalisée avec agitation du milieu liquide à épurer, de sorte à y assurer un répartition homogène de l’ovalbumine.
On notera que le réservoir de stockage RE pourra aussi être réalisé avec plusieurs inserts raccordés par des tuyaux, selon un montage en série et/ou en parallèle, et répartis dans plusieurs éléments structurels creux de la caisse du véhicule.
Deux configurations typiques, A et B, de l’insert formant réservoir sont représentées schématiquement à la .
Dans ces deux configurations A et B, les inserts formant réservoirs REa et REb sont insérés respectivement dans des corps creux CPa et CPb de la caisse du véhicule. Les corps creux CPa et CPb sont formés ici de deux demi-coquilles C1, C2, en tôle soudées.
Dans la configuration A, le corps creux CPa ne nécessite aucun renfort mécanique. L’insert formant réservoir REa offre alors un volume intérieur totalement vide pour recevoir le CO2 à l’état de fluide supercritique.
Dans la configuration B, l’insert formant réservoir REb comporte une pluralité de raidisseurs mécaniques RA logés dans son volume intérieur. Cette configuration B est particulièrement adaptée lorsque le corps creux CPb de la caisse du véhicule nécessite un renfort mécanique. L’insert formant réservoir REb est alors logé dans le corps creux CPb en lieu et place d’un insert raidisseur qui lui était destiné initialement.
De manière générale, dans l’invention, le réservoir de stockage sera implanté de préférence dans des corps creux volumineux de la caisse (configuration A de la ), ainsi que dans des corps creux soumis majoritairement à des contraintes de raideur (configuration B de la ), mais pas exclusivement.
Dans les corps creux devant satisfaire des contraintes de raideur, le compromis à trouver entre la satisfaction des contraintes de raideur et la satisfaction de celles liées au besoin du stockage sera généralement plus facile à identifier que pour des corps creux soumis à des contraintes de crash. Les corps creux soumis à des contraintes d’isolation acoustique sont à priori moins intéressants pour l’implantation d’un réservoir de stockage du fait que leur insert est généralement formé d’une plaque bidimensionnelle ayant une épaisseur limitée.
La partie arrière de la caisse comporte plusieurs corps creux soumis essentiellement à des contraintes de raideur qui conviennent bien pour l’implantation d’un réservoir de stockage conformément à l’invention. Ainsi, les éléments structurels creux de la caisse connus par l’homme du métier sous les désignations « Pied C » (ou « C-Pillar » en anglais) et « Pied D » (ou « D-Pillar » en anglais), ainsi que la doublure de custode, au niveau de l’aile arrière, et la traverse arrière sous plancher, repérés respectivement C_P et D_P, et DC et TA, dans la caisse de véhicule CA montrée à la , sont soumis essentiellement à des contraintes de raideur et peuvent intégrer un réservoir de stockage.
Des corps creux soumis à des contraintes de crash comme les éléments structurels creux de la caisse connus par l’homme du métier sous les désignations « Pied A » (ou « A-Pillar » en anglais) et « Pied B » (ou « B-Pillar » en anglais), ainsi que le brancard, repérés respectivement A_P et B_P et BR dans la caisse de véhicule CA montrée à la et à la , peuvent aussi intégrer un réservoir de stockage conformément à l’invention, avec la configuration B généralement.
Un exemple de réalisation est décrit ci-dessous en référence à la et à la montrant respectivement un élément structurel de caisse D_P1 sous la forme d’un « pilier D » de la technique antérieure et un élément structurel de caisse D_P2 sous la forme d’un « pilier D » modifié conformément à la présente invention pour intégrer un insert formant réservoir.