Academic literature on the topic 'Évaporation osmotique'

L'evaporation osmotique (eo) est une technique recente permettant de concentrer des solutions aqueuses fragiles, a temperature ambiante et a pression atmospherique. Le principe repose sur l'extraction en phase vapeur des composes volatils, avec une membrane macroporeuse hydrophobe et une solution saline tres concentree. Des densites de flux elevees sont obtenues grace a un module plan, optimise sur les conditions de circulation des fluides et l'utilisation de la surface membranaire. L'etude du transfert de solvant est menee sur des solutions modeles eau-saccharose concentrees sur un prototype de laboratoire ou sont controlees concentration, vitesse de circulation et temperature des solutions. L'effet majeur sur la densite de flux de vapeur provient de la teneur en solute qui agit par l'intermediaire de l'activite de la saumure et de la viscosite des solutions sucrees. La modelisation des transferts en milieu gazeux suppose une connaissance precise de la structure membranaire. La mesure de caracteristiques structurales et d'angles de contact sur la membrane utilisee montre que la definition classique de ces parametres est peu adaptee a l'eo, et rend difficile l'interpretation des mecanismes de diffusion gazeuse. La polarisation en concentration cote saumure devient importante aux faibles vitesses de circulation. L'estimation de la resistance au transfert de matiere des liquides, non previsible par les correlations classiques de nombres adimensionnels, suppose l'elaboration d'un modele specifique a l'hydrodynamique du module. Le passage des composes d'arome de solutions modeles a travers les fibres creuses d'une unite pilote d'eo est mis en evidence grace a une methode de cpg. Les pertes d'arome de jus de fruit de la passion au cours de la concentration sont significativement moins importantes en eo qu'en evaporation sous vide. Enfin le couplage de l'eo avec la microfiltration tangentielle aboutit a un produit de concentration intermediaire de qualite proche du jus initial.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'étude des potentialités de l'évaporation osmotique pour la concentration des jus de fruit. Il a pour principaux objectifs de quantifier l'impact du procédé sur la qualité aromatique des concentrés et d'appréhender les mécanismes prédominants sur les transfert de composés d'arôme. Les cinétiques de transfert de 4 composés d'arôme dans des solutions modèles ont été mesurées lors d'expériences conduites sur 2 installations pilotes (10 m² fibres creuses, 40 cm² plane). D'importants phénomènes d'adsorption ont été mis en évidence sur les installations. Ils peuvent être limités en choisissant un matériau adapté pour les canalisations. Les transferts transmembranaires de composés d'arôme dépendent fortement de leurs caractéristiques et des conditions opératoires. La rétention des composés d'arôme est favorisée lorsque la teneur en extrait sec soluble (ESS) du jus et sa température sont élevées. Par contre l'effet de la vitesse de circulation dépend de l'ESS du jus. En vue d'étudier les mécanismes qui régissent les transferts de composés d'arôme, des modèles de transfert ont été développés. La résistance aux transferts en phase liquide côté solution extractante est prédominante lorsque l'ESS côté jus est inférieure à 30%. Au delà, c'est la résistance opposée côté jus qui devient prépondérante. Ces premiers travaux portant spécifiquement sur les transferts de composés d'arôme mettent en évidence la complexité des phénomènes mis en jeu. Dans une perspectives d'utilisation industrielle, une étude complémentaire sur jus de fruit réels doit notamment être envisagée.

L'évaporation osmotique est une nouvelle opération membranaire dont le but est la concentration de solutions aqueuses à température ambiante et à pression atmosphérique. Le liquide à concentrer (phase d'alimentation) est séparé d'une solution salée très concentrée (phase réceptrice) par l'intermédiaire d'une fine membrane microporeuse hydrophobe. Le moteur du transfert de vapeur d'eau de la phase d'alimentation vers la phase réceptrice est un gradient de pression de vapeur d'eau dû à la différence de pression osmotique entre les deux liquides de part et d'autre de la membrane. Une synthèse bibliographique permet de situer l'évaporation osmotique par rapport aux autres contacteurs à membrane et notamment, par rapport à la distillation membranaire. L'étude théorique montre que dans des conditions normales d'utilisation, le flux de vapeur s'exprimera de façon différente selon la valeur du rapport du libre parcours moyen des molécules à la dimension de pore : selon les cas, la dimension de pore influera ou non sur le flux de vapeur transférée. Par la suite, une étude du procédé en cellule de diffusion a été menée. Les influences sur le flux de la pression osmotique de la phase réceptrice, des vitesses d'agitation des solutions, de la température ainsi que celles de l'épaisseur et de la dimension des pores de la membrane ont été évaluées. Les résultats de cette étude paramétrique ont ensuite été utilisés pour vérifier la validité du modèle de transport, évaluer les résistances au transport dues à la membrane et à la couche limite de concentration dans la phase réceptrice et enfin pour modéliser le procédé en cellule agitée (régime non laminaire) par l'établissement d'une expression reliant les trois nombres adimensionnels Reynolds, Schmidt et Sherwood. L'étude en cellule agitée a été complétée par une évaluation du rôle joué par la présence d'air dans les pores et par une application à la concentration de solutions à fortes teneurs en glucose. La dernière partie du travail concerne des essais pilotes sur du jus de pomme. Elle a montré la possibilité de concentrer ce jus de fruit jusqu'à 630 g/I. Dans la perspective d'une application industrielle, un schéma type d'installation combinant osmose inverse et évaporation osmotique a été proposé et les consommations énergétiques estimées.

Cette étude porte sur l’utilisation de membranes céramiques hydrophobes pour la concentration du jus de fruits par évaporation osmotique, ainsi que sur l’impact du procédé sur la flore endogène du jus. Après avoir caractérisé les membranes et étudié l’impact du nettoyage sur l’hydrophobicité de ces dernières, il a été possible de définir une procédure de nettoyage adéquate à leur utilisation dans l’industrie alimentaire. L’étude des performances du procédé en terme de flux évaporatoire en fonction des conditions expérimentales a montré que la principale résistance au transfert de matière est localisée au niveau de la membrane elle-même. Enfin, même si aucune croissance n’est observée dans les solutions de concentration supérieure à 60g. 100g-1ESS, la viabilité de microorganismes n’est pas affectée par le procédé
This study concerns the use of hydrophobic ceramic membranes for the concentration of the fruit juice by osmotic evaporation, as well as on the impact of the process on the endogenous flora of the juice. After having characterized the membranes and studied the impact of the cleaning on the hydrophobicity of the surface of membranes, it was possible to define a procedure of cleaning adapted to their use in food industry. The study of the performances of the process in term of evaporation flux according to the experimental conditions showed that the main resistance for the mass transfer is localized at the level of the membrane itself. Finally, even if no growth is observed in the solutions of superior concentration in 60g. 100g-1 ESS, the viability of microorganisms is not affected by the process

Ce travail de thèse porte sur le développement technologique d’outils miniaturiséspour l’exploration de diagrammes de phase de fluides complexes (dispersions colloïdales,solutions de polymères ou tensioactifs, etc). Les outils élaborés permettent dedéterminer des diagrammes de phase par une approche continue à l’aide de la microfluidique.Ils sont basés sur deux types de procédés membranaires différents : la pervaporation(mécanisme d’évaporation de solvant) et la dialyse (mécanisme d’échangesosmotiques). En s’appuyant sur le processus de pervaporation, il a été montré théoriquementet expérimentalement qu’il existe une géométrie pour laquelle le séchageconfiné est homogène. Il est donc possible de construire des diagrammes de phase demélanges à plusieurs composants de l’échelle moléculaire aux colloïdes. Une étudeconsacrée à la compréhension de la complexité du séchage des nanoparticules de silicecommerciales dans un canal microfluidique de type microévaporateur a été miseen place. La cinétique de concentration des particules est décrite jusqu’à la formationd’un état dense ainsi que les divers phénomènes liés au séchage comme l’existenced’une transition de phase dans un système colloïdal, l’apparition de fractures ou la délaminationdu matériau dense. Un nouvel outil microfluidique intégrant une membranede type dialyse offre la possibilité de contrôler les échanges osmotiques à l’échelle dunanolitre. Le protocole de fabrication ainsi que le dimensionnement de la géométriesont présentés. Grâce à cet outil, il est possible de mesurer des pressions osmotiquesde dispersions colloïdales
This work deals with the technological development of miniaturized tools for theexploration of the phase diagram of complex fluids (colloidal dispersions, solutions ofpolymers or surfactants, etc). The microfluidic tools we elaborated make it possibleto determine phase diagrams of a series of formulations of complex fluids by consumingonly minute amounts of samples. These devices exploit two types of membraneprocesses to concentrate the chemical species : pervaporation (solvent evaporationthrough a dense membrane) and dialysis (osmotic exchanges through a membrane).Concerning the case of pervaporation, we demonstrated theoretically and experimentallythat a specific microfluidic design exists for which concentration fields of chemicalspecies remain spatially homogeneous along the kinetic path followed withinthe phase diagram. Then, it enables to obtain phase diagrams of multi-componentsmixtures from molecular compounds up to colloids, at the nanolitre scale. We reporta study concerning the understanding of the drying process of commercial silica nanoparticlesusing a dedicated microfluidic experiment involving pervaporation. Wepresent the kinetics of the concentration of the particles within the channel up to theformation of a dense colloidal packed bed which invades the channel at a controlledrate. We developed an original microfluidic tool integrating a dialysis membranewhich makes it possible to control osmotic exchanges at the nanoliter scale. We reportthe protocol of microfabrication of this chip and its specific geometry.We presentpreliminary results showing that this tool can be used to measure osmotic pressures ofcolloidal suspensions