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Membrane processes are considered as one of the most promising breakthrough technology for crystallization/precipitation operations. Porous materials have been extensively investigated but they have shown some serious limitations due to pore blocking and wetting phenomenon. The use of a dense membrane is expected to circumvent the pore blocking issue while keeping the advantages of membrane processes. In a first part, the model compound, BaCO3, is precipitated within a gas-liquid or liquid-liquid membrane contactor working under static conditions for both systems. In this configuration, hydrodynamic influences are avoided. The membrane-crystals interactions are studied using several dense membrane polymers. Permeability of both reactant species and surface tension are the key parameters to be considered. Indeed, these parameters greatly affect the deposit location of the crystals and their adherence on the membrane surface. Fouling within the membrane and on the surface are prevented with PDMS and Teflon AF 2400 which are thereby the two most promising materials for the given application. In a second part, the same model compound is precipitated in gas-liquid system under dynamic conditions. Self-supporting (PDMS) and composite hollow fibers (PP-Teflon AF 2400) are studied. Investigations on the operating condition influences show similar results to those obtained with membrane contactor used for CO2 capture: resistance to mass transfer is mainly located in the liquid phase. Proof of concept is supported by the stable performances obtained with the PP-Teflon AF 2400 module of 10 % packing ratio. The module geometry, and more specifically its packing ratio, is an important criterion to take into account to avoid module blocking. Finally, 2D computational fluid dynamics simulations, using the finite element method are performed. One single kinetic parameter is used to fit the experimental data. The simulated concentration profiles are not satisfactory. Nonetheless, predictability of the model seems to be promising: crystal productivities are rather well estimated; Les procédés membranaires sont considérés comme l’une des technologies de rupture les plus prometteuses pour les opérations de cristallisation/précipitation. Les matériaux les plus exploités à ce jour sont poreux mais leurs limitations en terme de bouchage de pores et de mouillage entravent le bon déploiement du procédé. L’utilisation de matériaux denses permettrait de s’affranchir de ce phénomène de colmatage des pores tout en conservant les bénéfices apportés par les procédés membranaires. Dans une première partie expérimentale, le composé modèle choisi, le BaCO3, est précipité dans un contacteur membranaire gaz-liquide et liquide-liquide, opéré dans les deux cas en conditions statiques. Cette configuration permet de s’affranchir de l’influence de l’hydrodynamique. Les interactions membranes-cristaux sont étudiées sur divers matériaux polymères denses. La perméabilité des espèces réactives et la tension de surface sont les deux paramètres ayant un impact majeur sur la localisation de la précipitation et la capacité à décrocher les cristaux déposés de la surface du matériau. Le PDMS et le Teflon AF 2400 ont été retenus comme étant les deux matériaux les plus prometteurs pour l’application visée car ils ne présentent pas de colmatage interne et de surface. Une deuxième partie expérimentale a été menée en conditions dynamiques sur le même composé modèle, en système gaz-liquide. Des modules membranaires de fibres creuses autosupportées (PDMS) et de fibres creuses composites (PP-Teflon AF 2400) ont été utilisés. Les études réalisées sur l’influence des paramètres opératoires ont présenté des résultats semblables à ceux des contacteurs membranaires utilisés pour le captage du CO2 : la résistance au transfert de matière est majoritairement localisée dans la phase liquide. Les performances stables obtenues sur le module PP-Teflon AF 2400 d’une compacité de 10 % ont permis de valider le concept. La géométrie du module, en particulier sa compacité, est un critère primordial pour limiter le colmatage du module. Enfin, une modélisation de mécanique des fluides en 2D, par la méthode des éléments finis, a été menée. Le modèle repose sur l’ajustement d’un seul paramètre cinétique. Les profils de concentration simulés ne sont pas satisfaisants. En revanche, le modèle permet de prédire correctement la productivité des cristaux

The synthesis of polymeric solvent stable materials was carried out on the basis of block copolymers polyurethane. A series of self-supported dense membranes allowed characterizing the different polymers and the selection of the most suitable ones to prepare composite membranes with a dense top layer. The properties of the membranes were adjusted by tailoring the starting reagents. Good resistance of the membranes in organic solvents was observed and the most important permeation flows were obtained with the softer materials. A rigid membrane was tested for the recovery of the Grubbs-HoveydaII catalyst from toluene. Despite a low swelling rate, the selectivity of the membrane was limited to 48%. This result is in contradiction with the common idea stating that high selectivity is due to rigid polymer network. A comprehensive approach of the transport mechanism in organic solvent nanofiltration (OSN) was conducted using polydiméthylsiloxane membranes (PDMS). The effect of pressure on the swelling was examined using two devices mimicking the pressure conditions in OSN. It has been shown that the pressure does not affect the upstream equilibrium sorption but induced a decrease of the swelling of the downstream interface of the membrane. The swelling gradient between the two sides of the membrane was proposed as driving force of solvents transport. The nanofiltration of solvents and solutes were then studied. The results showed that the solution–diffusion model was fully valid for pure solvents transport. The selectivity of the membrane was found to be independent of the membrane-solvent interaction but affected by the solute-membrane affinity and solute-solvent interaction, La synthèse de matériaux polymères stables en milieu organique a été réalisée sur la base d’une série de copolymères à blocs de type polyuréthane. La synthèse de membranes denses autosupportées a permis la caractérisation des différents polyuréthanes et la sélection des formulations les plus adaptées pour l’obtention de membranes composites à peau dense. Les propriétés des membranes ont été ajustées par modulation des réactifs de départ. Une bonne résistance aux solvants organiques a été notée et les flux de perméation les plus importants ont été obtenus avec les matériaux les plus souples. Une membrane rigide a été testée pour la récupération du catalyseur Grubbs-HoveydaII du toluène. Malgré un faible taux de gonflement, le taux de rejet était limité à 48%, permettant de rompre avec l’idée liant la rigidité du réseau à une bonne sélectivité. Une démarche compréhensive du mécanisme de transport en nanofiltration organique (NFO) a été menée sur des membranes en polydiméthylsiloxane (PDMS). L’effet de la pression sur le gonflement a été examiné à travers deux appareils mimant les conditions de pression en NFO. Il a été démontré que la pression n’affectait pas l’équilibre amont de sorption mais induisait une diminution du gonflement de l’interface aval de la membrane. Le gradient de gonflement a été proposé comme force motrice du transport des solvants. La perméation des solvants purs et des solutés a été ensuite étudiée. Le modèle de solution-diffusion a pu être proposé comme mécanisme de transport des solvants purs. La sélectivité des membranes s’est avérée être indépendante de l’affinité solvant-membrane mais dépendante de l’affinité soluté - solvant et soluté - membrane

The synthesis of polymeric solvent stable materials was carried out on the basis of block copolymers polyurethane. A series of self-supported dense membranes allowed characterizing the different polymers and the selection of the most suitable ones to prepare composite membranes with a dense top layer. The properties of the membranes were adjusted by tailoring the starting reagents. Good resistance of the membranes in organic solvents was observed and the most important permeation flows were obtained with the softer materials. A rigid membrane was tested for the recovery of the Grubbs-HoveydaII catalyst from toluene. Despite a low swelling rate, the selectivity of the membrane was limited to 48%. This result is in contradiction with the common idea stating that high selectivity is due to rigid polymer network. A comprehensive approach of the transport mechanism in organic solvent nanofiltration (OSN) was conducted using polydiméthylsiloxane membranes (PDMS). The effect of pressure on the swelling was examined using two devices mimicking the pressure conditions in OSN. It has been shown that the pressure does not affect the upstream equilibrium sorption but induced a decrease of the swelling of the downstream interface of the membrane. The swelling gradient between the two sides of the membrane was proposed as driving force of solvents transport. The nanofiltration of solvents and solutes were then studied. The results showed that the solution–diffusion model was fully valid for pure solvents transport. The selectivity of the membrane was found to be independent of the membrane-solvent interaction but affected by the solute-membrane affinity and solute-solvent interaction; La synthèse de matériaux polymères stables en milieu organique a été réalisée sur la base d’une série de copolymères à blocs de type polyuréthane. La synthèse de membranes denses autosupportées a permis la caractérisation des différents polyuréthanes et la sélection des formulations les plus adaptées pour l’obtention de membranes composites à peau dense. Les propriétés des membranes ont été ajustées par modulation des réactifs de départ. Une bonne résistance aux solvants organiques a été notée et les flux de perméation les plus importants ont été obtenus avec les matériaux les plus souples. Une membrane rigide a été testée pour la récupération du catalyseur Grubbs-HoveydaII du toluène. Malgré un faible taux de gonflement, le taux de rejet était limité à 48%, permettant de rompre avec l’idée liant la rigidité du réseau à une bonne sélectivité. Une démarche compréhensive du mécanisme de transport en nanofiltration organique (NFO) a été menée sur des membranes en polydiméthylsiloxane (PDMS). L’effet de la pression sur le gonflement a été examiné à travers deux appareils mimant les conditions de pression en NFO. Il a été démontré que la pression n’affectait pas l’équilibre amont de sorption mais induisait une diminution du gonflement de l’interface aval de la membrane. Le gradient de gonflement a été proposé comme force motrice du transport des solvants. La perméation des solvants purs et des solutés a été ensuite étudiée. Le modèle de solution-diffusion a pu être proposé comme mécanisme de transport des solvants purs. La sélectivité des membranes s’est avérée être indépendante de l’affinité solvant-membrane mais dépendante de l’affinité soluté - solvant et soluté - membrane