Début 2019, le pilote MEMUS entrait sur PEI dans le cadre d’un projet de maturation soutenu par la SATT Linksium.
Depuis près de 10 ans, le Laboratoire de rhéologie et procédés (LRP) développe une thématique de recherche autour de la filtration membranaire. Ce thème particulièrement en prise avec les applications industrielles dans les domaines de l’ingénierie de l’environnement et de l’agroalimentaire notamment, a bénéficié de plusieurs financements de thèses puis de valorisation, qui ont permis de faire émerger les bases d’une technologie aujourd’hui prometteuse et qui trouve ses premiers prospects industriels.
Des ultrasons pour limiter le colmatage des membranes
En 2014, Yao Jin soutient sa thèse dans laquelle il décrit un phénomène particulièrement intéressant sur le plan applicatif : l’utilisation d’ultrasons permet d’intensifier la filtration et de limiter le colmatage des membranes. Selon les suspensions modèles avec lesquelles il travaille (argiles, micelles de caséine, nanocristaux d’amidon et de cellulose), il observe que l’émission d’ultrasons durant la filtration fragilise voire déstructure totalement la couche dense de particules s’accumulant sur la membrane, et il observe qu' en présence d’ultrasons, les flux transmembranaires sont plus de 10 fois supérieurs à ceux observés dans les conditions standards.
Mise au point d’une technique originale pour l’observation du phénomène aux petites échelles
En collaboration avec le Laboratoire du génie des procédés papetiers (LGP2), le LRP obtient en 2013 une bourse de thèse du laboratoire d’excellence Tec21 pour étudier à l’échelle micrométrique le comportement dynamique de la couche dense se formant à proximité des membranes lors de la filtration. Durant cette thèse, Candice Rey met au point une technique originale de visualisation couplant la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et la vélocimétrie par images de particules (PIV). Grâce à cet outil, Mathilde Challamel étudie depuis fin 2018 l’effet des ultrasons sur le comportement hydrodynamique de cette couche dense, dans le cadre d’une thèse co-encadrée avec le Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI).
Un premier pas vers la valorisation des résultats
Devant la pertinence des résultats obtenus à l’échelle du laboratoire, Nicolas Hengl, Frédéric Pignon, Stéphane Baup et Nicolas Gondrexon, chercheurs au LRP, proposent à l’Institut Carnot Polynat le projet BIOPROFILUS qui vise la fabrication d’un tout premier pilote de filtration membranaire assistée par ultrasons appliquée à la production de nanocristaux de cellulose en collaboration avec le LGP2. Leur cellule de filtration d’une soixantaine de centimètres de long est capable de traiter 10 litres de suspension, et les résultats qu’ils obtiennent suite à ce premier changement d’échelle confirment l’effet bénéfique des ultrasons observé précédemment à l’échelle du laboratoire. En 2018, ils sont lauréats du challenge « Out of Lab » de la SATT Linksium avec leur projet MEMUS, et préparent l’enregistrement d’une demande de brevet sur leur procédé.
MEMUS : un pilote industriel de filtration membranaire assistée par ultrasons
L’objectif du projet MEMUS est de réaliser un pilote semi-industriel comportant un module de filtration de 12 centimètres de diamètre équipé de 7 membranes tubulaires en céramique d’une surface totale de 2m² pouvant être alimenté par 25 mètres cubes de suspension à filtrer par heure. Le changement d’échelle est important, le module de filtration du précédent projet Bioprofilus était 12 fois plus petit. Depuis 2019 et l’installation de son pilote sur PEI, l’équipe accompagnée par Linksium a réalisé une étude de marché et pris contact avec plusieurs entreprises qui ont manifesté un vif intérêt pour la technologie MEMUS en envoyant des échantillons à filtrer pour des études de faisabilité. Héloïse Ugo (photo), ingénieure en génie des procédés spécialisée dans les techniques de filtration membranaire, a déjà réalisé deux études complètes sur le pilote et travaille avec l’équipe scientifique à des ajustements techniques afin d’adapter le procédé MEMUS aux différentes contraintes de ses futurs clients industriels qui pourront devenir propriétaires d’une licence d'exploitation.