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Thèse - Distillation transmembranaire pour la valorisation d'effluent industriel - H/F

EDF

Autre(s) Département de Meurthe-et-Moselle

Détails de l'offre

Contexte général


Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre EDF R&D et le laboratoire LRGP de l’Université de Lorraine (équipe commune de recherche MELUSINE), autour du traitement des effluents en centrale électrique.


Les procédés industriels de traitement d’eaux permettent de répondre à des exigences de production (production d’eau déminéralisée, ajustement physico-chimique), et contribuent à réduire l’impact environnemental des usines (épuration avant rejets). Ces procédés sont mis en œuvre industriellement pour concentrer les effluents [1], en exploitant différents principes physico-chimiques : différences de volatilité (évaporation, distillation), de densité (centrifugation, décantation), de concentrations (filtrations membranaires, osmose inverse), etc.Plus particulièrement, les effluents aqueux des centrales électriques proviennent des purges des différents circuits d’eaux et sont traités pour réduire les rejets de produits de conditionnement en respect de la réglementation en vigueur [2].


La valorisation de ces effluents constitue un fort enjeu pour les industriels puisque la mise en place de procédés avancés permettrait de récupérer de façon sélective certaines molécules (eau pure et composés chimiques) et de les recycler dans l’usine, afin de simultanément réduire les rejets dans l’environnement et réaliser des économies de réactifs.


Des solutions innovantes émergent dans le domaine du traitement d’eau, permettant de répondre à des enjeux énergétiques (travail de séparation), environnementaux (réduction des rejets), et économiques (recyclage de produits). Ces solutions consistent généralement en une hybridation de plusieurs principes séparatifs pour intensifier les mécanismes de transfert de matière et chaleur. L’hybridation peut soit être externe en combinant plusieurs procédés ‘conventionnels’ (par exemple distillation + osmose inverse) en une architecture intégrée de procédés ; soit interne en combinant plusieurs principes physiques au sein d’une même opération unitaire (par exemple la distillation transmembranaire).


La distillation transmembranaire pourrait s’avérer être une solution tout à fait pertinente et innovante pour le traitement d’eau dans le domaine de l’énergie. Cette technologie « hybride » se situe ainsi entre les procédés membranaires isothermes classiques et les procédés thermiques (distillation, évaporation) et met en œuvre une séparation membranaire Liquide/Gaz classique basée sur une différence de pression transmembranaire et l’utilisation d’une membrane poreuse ou composite et une évaporation du liquide à travers cette membrane favorisée par un apport de chaleur modérée côté liquide.


Objectifs et enjeux


Le sujet majeur de cette recherche est l’étude conceptuelle d’un procédé de distillation transmembranaire pour la valorisation d'effluent industriel.


Les enjeux scientifiques propres sont nombreux et couvrent l’ensemble des domaines couverts par les procédés de séparations avancées :


  • Matériaux : polymères denses ou poreux, nouveaux matériaux autosupportés, matériaux inorganiques
  • Expérimentaux : validations expérimentales à plusieurs échelles (labo) et preuve de concept à échelle pilote
  • Modélisation : transfert de matière multiconstituants, transferts couplés matière / chaleur
  • Simulation, Optimisation de procédés : briques d’opérations unitaires à construire et à intégrer aux logiciels de simulation de procédés, Optimisation d’architecture, synthèse de procédés, simulation de procédés hybrides         

Les enjeux industriels importants concernent principalement la comparaison des performances et mises en œuvre de la distillation transmembranaire aux procédés existants ainsi que l’évaluation des apports de cette nouvelle technologie au moyen d’outils dédiés d’évaluation de procédés.


Les attendus de travail de thèse sont à l’image des enjeux scientifiques, d’ordres méthodologiques et expérimentaux :


  • bancs expérimentaux à différentes échelles (labo + preuve de concept pilote),
  • développement d’outils de simulations (modèles d’opérations unitaires),
  • méthodes d’optimisation pour la conception systématique de procédés (PSE).


Élève ingénieur ou étudiant en Master recherche (Bac+5), de formation initiale en Génie des Procédés ou formation généraliste avec spécialisation en Génie des Procédés. Des connaissances solides en thermodynamique (équilibres de phases), transfert de matière et d’énergie sont nécessaires. Un intérêt pour la modélisation et simulation numérique est souhaité, ainsi qu’une expérience en laboratoire (p.ex. travaux pratiques). Des aptitudes de communication, prise d’initiative et travail en équipe sont les bienvenues.


Rémunération : salarié d’EDF sous contrat CDD CIFRE


Lieu : la thèse se déroulera tout d'abord sur le site EDF Lab de Chatou (Yvelines), puis au sein du Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP) l’Université de Lorraine (Nancy, Meurthe-et-Moselle).


 


Démarrage souhaité : automne 2019.


 


Contacts  Christophe Castel – christophe.castel@univ-lorraine.fr (LRGP)


                        Thibaut Neveux – thibaut.neveux@edf.fr (EDF R&D)


 


Références


[1] ADEME, « Procédés de concentration des effluents aqueux - Etat de l'art », mars 2013 – 145 p.


[2] EDF, « Centrales nucléaires et environnement – prélèvement d’eau et rejets », 2015 – 258 p.


[3] D. Mejia Mendez, C. Castel, C. Lemaitre and E. Favre, « Membrane distillation (MD) processes for water desalination applications. Can dense selfstanding membranes compete with microporous hydrophobic materials? », Chemical Engineering Science, 188,  p 84–96, 2018

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