Axe Techniques Séparatives
L'axe « Techniques séparatives » étudie un ensemble d’opérations unitaires de clarification, de concentration, d'extraction et de purification avec la vocation de développer des procédés plus économiques, sobres et durables pour la valorisation de composés biosourcés. L’intensification des techniques séparatives et leur combinaison optimale œuvre à la compétitivité des filières biosourcés en termes de coût et de réduction de l’impact environnemental. La démarche scientifique multi-échelle part de la recherche amont jusqu’à l’application industrielle en mobilisant des compétences variées telles que la science des transferts, la thermodynamique, le génie chimique et le génie des procédés. L’équilibre entre approches expérimentales et modélisation permet d’accélérer les étapes de scale-up des procédés développés. La modélisation et la simulation prédictive permettent également d’identifier les facteurs limitants et de tester numériquement des solutions techniques afin de lever certains verrous pour des applications complexes : séparation de molécules très proches en termes de structures ou propriétés, configurations hors équilibre en géométrie complexe … Cette méthodologie est appliquée à des techniques séparatives variées en phases solide-liquide, gaz-liquide, gaz-solide ou liquides immiscibles, en privilégiant les procédés sobres en énergie et en produits chimiques, tels que les procédés membranaires ou chromatographiques. Cela permet à l’équipe d’être présente sur un large panel d’applications (agroalimentaire, biotechnologies industrielles, chimie verte, environnement, bioénergies …).
Approches développées
Extraction de composés issus de biomasses récalcitrantes
Certaines matrices biologiques présentent des structures complexes robustes quant à l’extraction de leurs composés d’intérêt intracellulaires. L’équipe s’intéresse aux traitements en amont de l’extraction qui permettent de fragiliser voire détruire les parois cellulaires, rendant ainsi plus accessibles les composés intracellulaires. Ces traitements peuvent être de type mécanique (ultrasons, centrifugation, broyage…), enzymatique ou thermochimique.
Ces compétences sont notamment appliquées à la valorisation des microalgues, en partenariat avec l’équipe Biotransformation. La destruction/fragilisation des parois cellulaires des microalgues permet l’extraction de nombreux composés à haute valeur ajoutée (tels que pigments, antioxydants, lipides, acides gras, protéines)
Purification des composés d’origine végétale ou biotechnologique
Après extraction, les composés biosourcés se retrouvent généralement au sein de mélanges complexes nécessitant des étapes de séparation et purification. L’équipe s’intéresse ainsi au développement et à l’optimisation de procédés séparatifs à partir du couplage et de l’intensification de différentes technologies existantes telles que la filtration membranaire, l’électrodialyse, la chromatographie préparative. Les compétences en modélisation et simulation prédictive de procédés permettent d’optimiser rapidement les performances de technologies existantes, et de développer des améliorations.
Les procédés développés ont pour objectif la purification de composés d’intérêt de familles diverses issus d’origine végétale ou biotechnologique ainsi que la valorisation de co-produits et effluents des industries agroalimentaires, du bois ou de traitement de déchets organiques urbains.
Traitement des gaz biosourcés
La Chaire développe également des procédés éco-efficients de traitement des gaz obtenus à partir de biomasse (biogaz, syngaz) pour permettre une utilisation à plus haute valeur ajoutée. En effet, l’injection sur le réseau ou les utilisations en tant que carburant (BioGNV, Hydrogène) nécessitent une haute pureté de ces gaz.
Une forte expertise a notamment été développée sur l’utilisation de contacteurs membranaires à fibres creuses pour l’intensification des transferts au cours des procédés de lavage par absorption gaz/liquide. Cette technologie permet d’optimiser les performances des procédés de lavages classiques. La modélisation du transfert gaz-liquide à l’interface en fonction de la structure des fibres creuses, permet de simuler les performances à plus grande échelle et d’aider au scale-up des procédés.
Exemples de réalisations
- Purification d’acides organiques obtenus par fermentation ou issus de biomasses par chromatographie préparative
- Purification de pentoses issus d’hydrolysat de pailles ou de sons de blé par combinaison d’ultrafiltration et d’électrodialyse conventionnelle (procédé breveté)
- Purification de polyphénols (resvératrol et ses dérivés) issus de culture de cellules de vignes par adsorption
- Optimisation de la déminéralisation de différents produits ou coproduits (moûts de fermentation, extraits de levures, mélasses de protéagineux, hydrolysats d'hémicellulose, vinasses de distillerie) par échange d’ions, filtration membranaire ou électrodialyse conventionnelle
- Valorisation des microalgues : récolte, prétraitement puis extraction et purification des molécules à haute valeur ajoutée (lipides, pigments, anti-oxydants, protéines) et valorisation des résidus par méthanisation – Projet Algues4Biométhane
- Purification de biogaz agricole par absorption G/L avec contacteur membranaire – Projet EMMA
- Purification de syngaz pour la production d’hydrogène qualité pile à combustible – Projet Vitrhydrogène
- Conversion de biogaz ou de syngaz en biométhane par méthanation biologique – Projet Methagrid
Technologies utilisés
L'axe s'appuie sur le couplage de différentes technologies :
- Centrifugation
- Extrusion
- Ultrasons
- Filtration membranaire (micro/ultra/nano-filtration et osmose inverse)
- Electrodialyse conventionnelle et bipolaire
- Chromatographie préparative
- Contacteurs membranaires gaz/liquide
- Biométhanateur à membrane
Les équipements sont principalement de pilotes et sont rassemblés au sein de la plateforme Usine pilote.