Explorer le colmatage des membranes à l’échelle nanométrique
Une équipe de recherche nantaise est parvenue à visualiser directement, à l’échelle nanométrique, comment les biomolécules s’accumulent à la surface et à l’intérieur des membranes de filtration. Ce phénomène, appelé colmatage, constitue le principal obstacle à l’efficacité du procédé de filtration membranaire. Publiés dans la revue Separation and Purification Technology, ces résultats constituent l’observation, pour la première fois, des mécanismes de colmatage au cœur du milieu poreux des membranes.
La filtration membranaire est aujourd’hui utilisée dans l’industrie pour le traitement de l’eau potable et des eaux usées, le recyclage de l’eau dans les procédés industriels, le fractionnement ou la stérilisation à froid du lait ou des jus en agroalimentaire, ou encore la purification de milieux de culture, la concentration de produits à haute valeur ajoutée et le recyclage de catalyseurs en biotechnologies, chimie et pharmacie pour ne citer que quelques exemples. Ce procédé connaît un développement croissant, car il offre une technologie « propre », sobre en matière et en énergie, permettant de séparer et valoriser des biomolécules ― protéines, peptides, sucres bioactifs, lipides, antioxydants ou vitamines ― issues de différentes bioressources végétales ou animales, ainsi que de leurs coproduits. La filtration membranaire est ainsi considérée pour la séparation de biomolécules issues de nouvelles bioressources telles que les extraits de microalgues. Toutefois, quelle que soit l’application, son efficacité est souvent limitée par le colmatage : des composés présents dans les solutions filtrées s’accumulent progressivement à la surface et dans les pores des membranes, ce qui réduit les performances du procédé (sélectivité et productivité). Si plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer ce phénomène, ils ont rarement été observés directement à l’intérieur même des membranes.
Pour surmonter cette difficulté, des scientifiques de l’Institut des matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN, CNRS/Nantes Université) et du laboratoire Génie des procédés – environnement – agroalimentaire (GEPEA, CNRS/Nantes Université/Oniris) ont développé une approche permettant d’examiner les membranes colmatées par des biomolécules à très haute résolution sans déshydrater l’échantillon, pour pouvoir observer la matière accumulée au plus proche de son état natif1 . Afin de reproduire le colmatage de membranes de microfiltration présentant des pores en surface de 100nm par des biomolécules, les chercheurs ont filtré des solutions modèles contenant des lipides, des protéines et leurs mélanges.
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