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Membrane Processes

Membrane bioreactors

Membrane characterization and drinking water

Process industrialization and CFD

Process Intensification

Transport properties and metrology

Treatment of industrial effluents

Seawater treatment and aquaculture


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Membrane Processes Team
Présentation


The EPM team devotes its activities to applied research and its transfer to the industrial world where scientific, economic and confidentiality requirements of the treated subjects interact.
The activities of the team are in strong progression and cover a broad spectrum: from the design of new membranes and modules to the development and installation of new industrial membrane processes. The main objective of the Membrane Processes team is to improve the efficiency of these processes limited by fouling and the cost of implementation, while providing innovative solutions for the treatment of specific effluents and the purification of high value-added compounds.

Any evolution of the processes can only be based on an in-depth knowledge of the problems that generate them and the choices that can be made. The scientific issues raised are complex and multiple. In this context, most of the research activities are carried out in partnership with an industrial company within the framework of a research collaboration contract. Starting from an idea developed in the laboratory or an industrial problem, it is a question here of working in an industrial-EPM partnership in a realistic framework of operating variables. 

Ongoing projects

The team is developing numerous national and international research projects funded by different organizations or industrial partnerships.
+ European Projects
+ ANR National Projects
+ Industrial Projects
The optimization of membrane processes requires a better understanding of the mechanisms involved. The activities of the EPM are divided into 6 interrelated research axes:

    - Membrane bioreactor (Benoit Marrot)
    - Membrane characterization and drinking water (Yvan Wyart)
    - Process Industrialization and CFD (Philippe Moulin)

    - Process Intensification (Mathias Monnot)
    - Transport Properties and Metrology (Jean Philippe Bonnet)
    - Effluent treatment (Emilie Carretier)
    - Seawater treatment and aquaculture (Clémence Cordier)


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Team leader

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Equipements

Plate forme de 20 pilotes de filtration
1 pilote de perméation gazeuse
2 pilote de pervaporation
1 OI haute pression, NF,
3 pilotes de screening
9 pilotes de MF-UF
1 BRM
1 station de production d'eau potable 20m3.J-1
1 unité de purification d'eau 240m3.J-1
1 BRM industriel
1 pilote multi scales MF-UF

Dernières Publications de l'équipe

  • 2023
    J. Yang, A. Mouilleron, M. Monnot, C. Cordier, P. Moulin. Ultrafiltration for the biosecurity of fish production: The case of a sturgeon nursery. Aquacultural Engineering, 2023, 103, pp.102366. ⟨10.1016/j.aquaeng.2023.102366⟩. ⟨hal-04202096⟩ Plus de détails...

    Ultrafiltration for the biosecurity of fish production: The case of a sturgeon nursery

    J. Yang, A. Mouilleron, M. Monnot, C. Cordier, P. Moulin. Ultrafiltration for the biosecurity of fish production: The case of a sturgeon nursery. Aquacultural Engineering, 2023, 103, pp.102366. ⟨10.1016/j.aquaeng.2023.102366⟩. ⟨hal-04202096⟩
    Journal: Aquacultural Engineering
    Date de publication: 01-11-2023
    Auteurs:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.2023.102366
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  • 2023
    Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04202142⟩ Plus de détails...

    Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents

    Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04202142⟩
    Journal: Chemical Engineering Journal
    Date de publication: 01-09-2023
    Auteurs:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2023.144937
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  • 2023
    Adrien Magne, Emilie Carretier, Lilivet Ubiera Ruiz, Thomas Clair, Morgane Le Hir, et al.. Recovery of Homogeneous Platinoid Catalysts from Pharmaceutical Media: Review on the Existing Treatments and the Perspectives of Membrane Processes. Membranes, 2023, 13 (8), pp.738. ⟨10.3390/membranes13080738⟩. ⟨hal-04202121⟩ Plus de détails...

    Recovery of Homogeneous Platinoid Catalysts from Pharmaceutical Media: Review on the Existing Treatments and the Perspectives of Membrane Processes

    Catalyst recovery is a major challenge for reaching the objectives of green chemistry for industry. Indeed, catalysts enable quick and selective syntheses with high reaction yields. This is especially the case for homogeneous platinoid catalysts which are almost indispensable for cross-coupling reactions often used by the pharmaceutical industry. However, they are based on scarce, expensive, and toxic resources. In addition, they are quite sensitive and degrade over time at the end of the reaction. Once degraded, their regeneration is complex and hazardous to implement. Working on their recovery could lead to highly effective catalytic chemistries while limiting the environmental and economic impacts of their one-time uses. This review aims to describe and compare conventional processes for metal removal while discussing their advantages and drawbacks considering the objective of homogeneous catalyst recovery. Most of them lead to difficulty recycling active catalysts due to their ability to only treat metal ions or to chelate catalysts without the possibility to reverse the mechanism. However, membrane processes seem to offer some perspectives with limiting degradations. While membranes are not systematically the best option for recycling homogeneous catalysts, current development might help improve the separation between pharmaceutical active ingredients and catalysts and enable their recycling.
    Adrien Magne, Emilie Carretier, Lilivet Ubiera Ruiz, Thomas Clair, Morgane Le Hir, et al.. Recovery of Homogeneous Platinoid Catalysts from Pharmaceutical Media: Review on the Existing Treatments and the Perspectives of Membrane Processes. Membranes, 2023, 13 (8), pp.738. ⟨10.3390/membranes13080738⟩. ⟨hal-04202121⟩
    Journal: Membranes
    Date de publication: 01-08-2023
    Auteurs:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.3390/membranes13080738
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  • 2023
    Gautier Hypolite, Jérôme Vicente, Hugo Taligrot, Philippe Moulin. X-ray tomography crystal characterization: Growth monitoring. Journal of Crystal Growth, 2023, 612, pp.127187. ⟨10.1016/j.jcrysgro.2023.127187⟩. ⟨hal-04071090⟩ Plus de détails...

    X-ray tomography crystal characterization: Growth monitoring

    In this study, we present a new approach for the growth monitoring of crystals using micro X-ray computed tomography (XCT). This technique allows us to track the evolution of the total crystal volume and surface in real time, and to calculate the growth rate. By segmenting the 3D XCT images using a robust method, we are able to extract detailed information about the crystals, such as their number, volume, diameter, and sphericity. Additionally, we determine the growth rates of individual crystal faces. Our method has the potential to greatly benefit the pharmaceutical and chemical industries, as it provides insight into the structural parameters of crystals during growth, which is crucial for optimization and control.
    Gautier Hypolite, Jérôme Vicente, Hugo Taligrot, Philippe Moulin. X-ray tomography crystal characterization: Growth monitoring. Journal of Crystal Growth, 2023, 612, pp.127187. ⟨10.1016/j.jcrysgro.2023.127187⟩. ⟨hal-04071090⟩
    Journal: Journal of Crystal Growth
    Date de publication: 01-06-2023
    Auteurs:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2023.127187
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  • 2023
    Gautier Hypolite, Olivier Boutin, Sandrine Del Sole, Jean-François Cloarec, Jean-Henry Ferrasse. Evaluation of a water network’s energy potential in dynamic operation. Energy, 2023, 271, pp.127066. ⟨10.1016/j.energy.2023.127066⟩. ⟨hal-04504325⟩ Plus de détails...

    Evaluation of a water network’s energy potential in dynamic operation

    To address the challenges of the energy transition, reducing consumption and optimizing energy production is crucial for all industrial sectors. In the future, water issues will be as important as energy issues, making the optimization of water supply systems critical. The water sector represents large energy consumption for pumping and heating. In regards to this consumption, water systems have a great potential for energy recovery through hydroelectric production or thermal energy recovery. This article aims to quantify the energy potential of water supply systems, which has not been well understood until now. The energy potential of these systems encompasses hydropower recovery and thermal potential, including heat recovery and cold recovery. For that, a method is developed to estimate this potential, including the recoverable power, its location, and its temporal variation. The method can be used for hydroelectricity production, as well as for heat and cold recovery. For a whole year, the results indicate a hydraulic potential of 15 MWh.km−1.year−1, and respectively 1650 MWh.km−1 .year−1 for heat recovery and 766 MWh.km−1.year−1 for cold recovery.
    Gautier Hypolite, Olivier Boutin, Sandrine Del Sole, Jean-François Cloarec, Jean-Henry Ferrasse. Evaluation of a water network’s energy potential in dynamic operation. Energy, 2023, 271, pp.127066. ⟨10.1016/j.energy.2023.127066⟩. ⟨hal-04504325⟩
    Journal: Energy
    Date de publication: 01-05-2023
    Auteurs:
    Liste des documents:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2023.127066
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Rencontres scientifiques

Actualités

Soutenances de thèses et HDR

Actualités
25 juin 2024 - Intensification de filière industrielles de traitement des eaux et des effluents par procédés membranaires : Vers une utilisation plus sûre et plus durable de l'eau / Soutenance HDR Mathias Monnot
Date et lieu :  le mardi 25 juin à 9h15, salle de projection du Forum à l'Arbois (Technopôle de l'Arbois, avenue Louis Philibert à Aix-en-Provence)

Résumé : La mise en œuvre des procédés membranaires pour le traitement des eaux et des effluents a connu un essor considérable ces dernières années grâce à leur potentiel d’intensification des filières industrielles. Par rapport aux procédés conventionnels de séparation, les procédés membranaires permettent généralement une augmentation de la productivité et de la sélectivité, une réduction de l’emprise au sol, une réduction de la consommation en produits chimiques, et même souvent une réduction des coûts d’investissement et de fonctionnement. Ils permettent aussi des séparations sur une large gamme de tailles, du micromètre au nanomètre. Dans ce contexte d’intensification et en considérant les enjeux actuels majeurs de la protection de l’environnement et de la ressource en eau, il s’agit d’étudier l’efficacité des procédés membranaires dans les domaines de la production d’eau potable, de la production d’eau pour des applications industrielles, du traitement des eaux usées domestiques et des effluents industriels. Les travaux présentés dans ce manuscrit d’Habilitation à Diriger les Recherches visent donc à améliorer l'efficacité et la durabilité des filières de traitement des eaux et des effluents, en se concentrant sur la réduction de l'impact environnemental pour diverses applications et sur l'amélioration de la qualité de l’eau en particulier vis-à-vis de polluants microbiologiques et microplastiques. Dans ce cadre, les résultats obtenus ont ainsi contribué à améliorer l’état des connaissances scientifiques au sujet de la faisabilité des procédés membranaires pour de nouvelles applications et de l’optimisation de leur fonctionnement à échelle semi-industrielle voire industrielle. Le développement de techniques analytiques poussées au service du Génie des Procédés est un réel apport à cette intensification. Des perspectives de recherche pour une utilisation plus sûre et plus durable de l’eau grâce aux procédés membranaires sont également présentées.

Mots-clés : procédés membranaires, intensification, génie des procédés, traitement de l'eau, eau potable, eaux usées, effluent industriel, polluants émergents

Jury
Corinne CABASSUD                  Rapporteure /   Professeure des Universités émérite – INSA Toulouse
Jean-Philippe CROUÉ               Rapporteur /   Professeur des Université – Université de Poitiers
Julie MENDRET                         Rapporteure /   Maître de Conférences HDR – Université de Montpellier
Christel CAUSSERAND              Examinatrice /   Professeure des Universités – Université de Toulouse 3
Alberto FIGOLI                         Examinateur /   Directeur de Recherche – Université de Calabre, Italie 
Pascal WONG WAH CHUNG      Examinateur /   Professeur des Universités – Aix-Marseille Université
Philippe MOULIN                     Tuteur d’HDR /   Professeur des Universités – Aix-Marseille Université
Sylvain DURÉCU                       Invité /   Directeur de la R&D chez Séché Environnement
19 juin 2024 - Récupération de catalyseurs homogènes au palladium issus de milieux pharmaceutiques par procédés membranaires / Soutenance de thèse Adrien Magne
Doctorant : Adrien MAGNE

Date et lieu : Mercredi 19 Juin à 9h, Amphithéâtre du CEREGE, Technopôle de l'Arbois-Méditerranée, 13545 Aix-en-Provence

Résumé : Les catalyseurs homogènes au palladium permettent de réaliser des réactions chimiques aux rendements et sélectivités élevés les rendant ainsi indispensables en pharmaceutique. Cependant, il s’agit de composés toxiques sensibles à la dégradation. Isoler ces catalyseurs en fin de synthèse sans perte d’activité mènerait donc à des gains environnementaux et économiques majeurs. Cette thèse, appliquée à un cas concret du groupe SANOFI, doit répondre à deux problématiques : (i) une matrice de solvants organiques qui a orienté l’étude vers les matériaux céramiques, plus résistants et permettant une industrialisation, et surtout (ii) un catalyseur et un intermédiaire pharmaceutique de tailles similaires, respectivement 701,9 et 568,5 g.mol-1. La nanofiltration de solvants organiques offre ainsi des perspectives intéressantes. Des catalyseurs de substitution plus lourds et/ou plus encombrés ont été sélectionnés et synthétisés, et des membranes de différents seuils de coupure ont été testées. De plus, de nombreuses méthodes analytiques ont été développées pour quantifier les performances du procédé mais également évaluer l’activité du catalyseur au cours de la séparation. Si la séparation n’est pas possible avec des membranes 1 kDa, l'intérêt d’augmenter la taille des composés a été confirmée avec des rétentions en palladium qui augmentent de 13 % (référence) à 18 % (substituant lourd). Les membranes de nanofiltration plus fines ont conduit à des résultats de rétentions légèrement supérieurs mais la caractérisation de celles-ci a conclu que les seuils de coupure étaient similaires, soulevant ainsi la problématique de la définition du seuil de coupure par différents fabricants.

Mots clés : nanofiltration de solvants organiques, membranes céramiques, récupération de catalyseurs, industrie pharmaceutique

Jury :
Murielle RABILLER-BAUDRY, Professeure des Universités à l'Université de Rennes - Rapporteure
Marwen MOUSSA, Maitre de Conférences à INRAE-AgroParisTech - Rapporteur
Didier NUEL, Maitre de Conférences à Centrale Méditerranée - Examinateur
Philippe KNAUTH, Professeur des Universités à AMU - Examinateur
Philippe MOULIN, Professeur des Universités à AMU - Directeur de thèse
Emilie CARRETIER, Professeure des Universités à AMU - Co-directrice de thèse
Thomas CLAIR, Membre invité (Sanofi Winthrop Industrie)
Lilivet Aracelis UBIERA RUIZ, Membre invitée (Sanofi Winthrop Industrie)
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