MEMBRANES, transferts

Si les propriétés des membranes sont connues depuis le début du xviii^e siècle, leurs applications ne sont apparues, en laboratoire, que vers le milieu du xix^e siècle et, dans l'industrie, dans la seconde moitié du xx^e siècle.

Philippe de La Hire (1640-1718) est le premier à montrer que la vessie de porc est plus perméable à l'eau qu'à l'alcool. En 1748, l'abbé Jean Antoine Nollet (1700-1770) décrit les phénomènes de diffusion à travers les membranes et découvre l'osmose, en montrant qu'il existe une différence de pression, de part et d'autre de la membrane, due à une différence de concentration. En 1827, René Dutrochet (1776-1847) construit le premier osmomètre permettant la mesure des pressions osmotiques et la détermination des masses moléculaires ; il étudie l'influence de la pression osmotique dans les processus biologiques. Cependant, il faut attendre Thomas Graham (1805-1869) pour trouver une application des membranes à la séparation des solutés : c'est la dialyse. En 1854, celui-ci met en évidence les cristalloïdes, qui diffusent à travers la membrane, contrairement aux colloïdes, et définit alors la dialyse comme « une méthode de séparation par diffusion à travers une membrane ».

En  1867,  le  physicien  allemand J. Traube (1826-1894) fabrique les premières membranes artificielles minérales à base de ferrocyanure de cuivre et A. Fick (1829-1929) réalise les premières membranes organiques, en coulant du nitrate de cellulose sur un support céramique, et étudie également la diffusion. Celles-ci seront utilisées par la suite par de nombreux chercheurs pour étudier les propriétés des solutions diluées, comme le chimiste français François Marie Raoult (1830-1901), le botaniste allemand Wilhelm Pfeffer (1845-1920) ou le chimiste néerlandais Jacobus Van't Hoff (1852-1911).

Parallèlement au développement de la microbiologie et dans le cadre des recherches de Louis Pasteur (1822-1895), des filtres minéraux sont apparus (filtre Chamberland). Ces filtres de porcelaine permettent la décontamination bactérienne de l'eau ou de l'air.

L'étude des mécanismes de transfert a évolué parallèlement à la réalisation des membranes ; en 1829, Thomas Graham montre l'importance de la solubilité dans la membrane comme paramètre de sélectivité ; en 1854, il explique ainsi les phénomènes de pervaporation. Jean Lhermitte, en 1855, considère deux types de membranes : les membranes poreuses, où le transfert se fait par diffusion capillaire, et les cloisons, où la membrane peut être considérée comme un solvant intermédiaire ; en 1908, G. Flusing aboutit aux mêmes résultats. À partir de 1911, F. Donnan (1870-1956) étudie les équilibres et les potentiels de membranes. Dans les années 1950 et 1960, S. Loeb et S. Sourirajan réalisent des membranes asymétriques à base d'acétate de cellulose. L'apparition de celles-ci, permettant l'obtention d'une fine couche active et donc d'un grand débit par unité de surface, fixées sur un support plus poreux assurant la résistance à la pression, a rendu possible le développement industriel de ces techniques. Plus tard, dans les années 1970-1980, sont apparues des membranes composites organiques puis minérales, en particulier en France sous l'impulsion du C.E.A. (Commissariat à l'énergie atomique) pour la réalisation de barrières de diffusion gazeuse.

Dans les années 1960, seules les techniques de dialyse se sont développées industriellement. Les années 1970 ont vu le développement de membranes « asymétriques », comportant une fine couche active supportée par une couche macroporeuse, plus épaisse, assurant la tenue mécanique de l'ensemble. Ce type de membrane a permis le passage des techniques de dialyse, où ce sont les solutés qui passent sélectivement à travers la membrane, à de nouvelles techniques industrielles où c'est le solvant qui est transféré avec rétention sélective des solutés. En effet, le débit de solvant étant proportionnel à la pression et inversement proportionnel à l'épaisseur active de la membrane, seules ces membranes asymétriques permettent d'obtenir un débit de solution suffisamment important, compatible avec un développement industriel. Dès cette époque, de grandes installations ont été réalisées pour le dessalement d'eaux saumâtres essentiel [...]

États-Unis : capacités de dessalement par électrodialyse et par osmose inverse

Évolution des capacités cumulées de dessalement par électrodialyse (E.D.) et par osmose inverse (O.I.) aux États-Unis. 

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