Osmose inverse

Osmose et pression osmotique

On appelle osmose, le transfert de solvant à travers une membrane sous l'action d'une différence de concentration.
Le flux de solvant tendra à réduire la différence de concentration et sera dirigé du côté le plus dilué (ou la proportion de solvant est supérieure) vers le plus concentré.
Il est possible de s'opposer à cette migration en augmentant la pression du côté concentré. Il existe une différence de pression pour laquelle le flux est nul: c'est la pression osmotique.

La pression osmotique est proportionnelle à:
- la température absolue (°K)
- la concentration du soluté en solution
- la masse molaire du soluté
Exemples:
pression osmotique de:
- NaCl 15% : 140bars
- eau de mer : 24bars
- sucre 300g/l : 30bars
- lait : 7bars
- blanc d'oeuf : 5bars

Pour une pression supérieure à cette pression d'équilibre, le flux peut être inversé pour s'établir du côté concentré vers le côté dilué: c'est l'osmose inverse.
Le flux de solvant à travers la membrane est proportionnel à la différence entre la pression effective et la différence de pression osmotique des deux compartiments.

Le liquide traversant la membrane est le perméat.
Le liquide concentrant les espèces ne pouvant traverser la membrane est le concentrat.

Les membranes

- en acétate de cellulose

le matériau de base est de la cellulose dont certains groupements hydroxyles sont remplacés par des groupements acétates.
Elles sont très utilisées en raison de leur coût et de bonnes performances (débits élevés et bonne rétention des sels).
Elles sont sensibles (hydrolyse) aux pH <3 et >8, ainsi qu'aux températures >40°C.

- en polyamides

elles présentent une meilleure résistance chimique (sauf au chlore), thermique (jusqu'à 80°C en éléments plan) et mécanique que les membranes en acétate de cellulose.
Elles sont cependant sensibles aux oxydants et très perméables.
Elles sont souvent employées en membrane composite sur un support en polysulfone.

- en polysulfone

bonne tenue en pH et au chlore mais sensibles au compactage et on tendance à absorber certaines subtances comme les protéînes.

Autres matériaux

- polyether-urée
- alcool isocyanate-furfuryl
- polybenzémidazole (PBI)
- polybenzémidazolone (PBIL)

- composites

Ce sont des membranes assymétriques, c'est-à-dire qu'elle sont constituées d'une peau qui assure la sélectivité de l'opération et d'un support qui lui donne sa résistance mécanique.

Mise en oeuvre de l'osmose inverse

Une installation d'osmose inverse comporte:
- une pompe de mise en pression (40 à 80bars)
- le ou les modules d'osmose inverse
- une vanne de détente qui peut être remplacée par une turbine destinée à récupérer l'énergie de pompage.
- éventuellement un échangeur de chaleur pour amener le liquide à la température désirée.

Les modules qui contiennent les compartiments de perméat et de concentrat ainsi que la membrane qui les sépare, peuvent être de 4 types:
- modules plans
- modules tubulaires
- modules spirale
- modules à fibre creuse

Les débits obtenus sont de l'ordre de 1litre/h/m2 de membrane.

Applications de l'osmose inverse

- déssalement

d'eau de mer ou saumâtre pour la production d'eau potable ou d'irrigation.

- production d'eau ultra pure

(en complément d'autres techniques) pour:
l'industrie électronique
l'industrie pharmaceutique
alimentation de chaudières

- concentration

de produits agroalimentaires (limité à 20-25% de matière sèche):
 - sang
 - lactosérum
 - blanc d'oeufs
 - jus de tomate et de fruits

de tensio-actifs ou de métaux de bains de rinçage en vue de les récupérer

- désalcoolisation des boissons