13/05/2015 - Soutenance de thèse de Jennifer Ravereau (Delattre)

Avis de soutenance

Jennifer RAVEREAU (DELATTRE)
Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :
Étude du vieillissement en milieu chloré des membranes fibres creuses en PVDF utilisées en traitement de l'eau
Soutenance prévue le mercredi 13 mai 2015 à 10 h
Arts et Métiers ParisTech
151 Boulevard de l'Hôpital
75013 Paris
Amphi Bézier

Composition du jury proposé :

Christel Causserand, Professeur, Laboratoire de Génie Chimique (Toulouse), Rapporteur
Laurent Gonon, Professeur, Polytech, Université Joseph Fourier (Grenoble), Rapporteur
André Ayral, Professeur, Institut Européen des Membranes, Université Montpellier 2 (Montpellier), Examinateur
Cyrille Sollogoub, Maître de Conférences, Laboratoire PIMM, Arts et Métiers ParisTech (Paris,), Examinateur
Jacques Verdu, Professeur, Laboratoire PIMM, Arts et Métiers ParisTech (Paris), Examinateur
Anne Bréhant, Ingénieur, Responsable département Validation Technologies et Procédés, Suez Environnement (Le Pecq), Invitée

ETUDE DU VIEILLISSEMENT EN MILIEU CHLORE DE MEMBRANES FIBRES CREUSES EN PVDF UTILISEES DANS LE TRAITEMENT DE L’EAU

RESUME : Les processus de lavage, et plus particulièrement l’utilisation de solutions chlorées, peuvent engendrer une dégradation prématurée des membranes de filtration d’eau. Alors que le marché des technologies membranaires en PVDF est en pleine expansion, peu de travaux portent sur l’étude de leur dégradation sur le long terme. Dans ce contexte, la thèse a porté sur l’étude du vieillissement de membranes de filtration commercialisées en PVDF. Les échantillons sont immergés dans une solution d’hypochlorite de sodium et l’effet du pH sur leur dégradation est approfondi. Les propriétés mécaniques, d’hydrophilie, les performances hydrauliques ainsi que la porosité sont étudiées. L’évolution des propriétés est mise en relation avec la structure chimique étudiée à différentes échelles : moléculaire, macromoléculaire et supramoléculaire. Cette approche n’a à ce jour jamais été utilisée dans le cas des membranes fibres creuses en PVDF. Les analyses en chromatographie d’exclusion stérique révèlent les modifications les plus importantes. La dégradation du PVDF des membranes se traduit par un phénomène prédominant de coupures de la chaîne principale du PVDF accompagné, dans une moindre mesure, d’un phénomène de réticulation. Les principales modifications sont constatées à des pHs inférieurs à 10 révélant la possible action conjointe des radicaux OH•, ClO•  et Cl•. Le vieillissement d’une membrane PVDF additivée montre à la fois une dégradation du PVDF et une élimination des additifs. Alors que la membrane sans additif conserve une stabilité de ses propriétés, l’élimination des additifs entraine une évolution de la porosité et une propension au colmatage plus importante. Cependant, les membranes PVDF conservent des propriétés d’utilisation acceptables au regard des conditions extrêmes de vieillissement étudiées.
Mots clés : PVDF, membranes de filtration, hypochlorite de sodium, vieillissement chimique, relation structure-propriétés

AGEING OF PVDF HOLLOW FIBER MEMBRANES USED IN WATER TREATMENT UNDER CHLORINE CONDITIONS

ABSTRACT : The cleaning processes, especially the use of chlorine solutions, may cause the untimely degradation of the water filtration membranes. While the market for PVDF membrane- based treatment technologies is rapidly expending, only few works deal with the study of their ageing on a long-term basis. In this context, this project focuses on the study of the ageing of two PVDF filtration membranes. Samples are immersed in a sodium hypochlorite solution and the effect of the chlorine solution pH is investigated. The properties of the membranes are characterized throughout the study by tensile tests, hydrophilicity, hydraulic performances and porosity analysis. The evolution of properties is related to the chemical structure of the membranes at a molecular, a macromolecular and a supramolecular scale. Until now, this approach has never been used in the case of PVDF membranes under chlorine conditions. The size exclusion chromatography analyses revealed the most important modifications. The degradation occurs mainly by chain scissions of the PVDF and crosslinking phenomenon in lesser extent. The main modifications occurred at pH less than 10 proving the joint action of OH•, ClO• and Cl• radicals. The ageing of the PVDF membrane containing additives showed atthe same time the PVDF degradation and the elimination of the additives. Whereas the properties of the additive-free PVDF membrane were preserved, the elimination of additives led to a modification of the porosity and an increased fouling. However, even if the PVDF degradation is proved, the using properties of the PVDF membranes remain acceptable taking into consideration extreme conditions of ageing studied.
Keywords : PVDF, filtration membranes, sodium hypochlorite, chemical ageing, structure- properties relationship