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Microfiltration de jus de fruits et suspensions à base de fruits : Faisabilité et performances d'une filtration par membranes immergées

Rouquie C.. 2018. Montpellier : Université de Montpellier, 191 p.. Thèse de doctorat -- Génie des Procédés, Thèse de doctorat -- Génie des Procédés, Thèse de doctorat -- Génie des Procédés.

Parmi les nombreux mécanismes de colmatage observés pendant la microfiltration des suspensions à base de fruits (jus de fruits, agro-déchets, etc.), le dépôt de composés à la surface membranaire est souvent supposé être le mécanisme limitant. A l'échelle industrielle, ce type de colmatage est limité par la mise en oeuvre de forts cisaillements à la membrane qui favorisent les mécanismes de rétrotransport des plus gros composés de la suspension, notamment les supra-colloïdes (1 ¿ 10 µm) et les particules (> 10 µm). Si ce mode opératoire permet d'obtenir des productivités intéressantes, les coûts d'investissement et de fonctionnement associés à la microfiltration tangentielle peuvent rendre son accessibilité difficile pour de petites structures de production de jus de fruits et/ou de valorisation de leurs coproduits, notamment dans les pays en développement. Dans ce contexte, ces travaux de thèse ont porté sur l'étude des performances d'un procédé de filtration à membranes immergées. Ce procédé de filtration externe-interne, associé à un mode de filtration quasi-frontale (peu énergivore) présente divers avantages comme sa forte compacité et une relative simplicité d'opération (absence de pressurisation). Dans un premier temps, l'évaluation des performances d'une filtration par membranes organiques fibres creuses immergées, jusqu'alors jamais utilisée pour la microfiltration de suspensions à base de fruits, a été proposée, en comparaison avec le procédé conventionnel de filtration tangentielle par membranes minérales tubulaires. Elle a permis d'identifier pour la première fois les domaines de productivité associés à une filtration à membranes immergées pour 5 jus de fruits et 2 coproduits vinicoles (flux de 3 et 7 L.h-1.m-2, pour des pressions transmembranaires entre 0.04 et 0.70 bar), et d'y juxtaposer les domaines de productivité associés à la filtration tangentielle pour ces mêmes suspensions (20 - 120 L.h-1.m-2, 1.5 ¿ 2 bar). L'étude des performances en termes de sélectivité a ensuite permis de souligner que la filtration à membranes immergées permettait de répondre à des objectifs de clarification et de concentration de composés d'intérêt (caroténoïdes et polyphénols) au moins équivalents à ceux observée pour le procédé conventionnel. Dans un second temps, l'étude s'est intéressée à identifier des paramètres physicochimiques intrinsèques des suspensions pouvant fournir des clefs de compréhension sur leur comportement colmatant lors de leur filtration en mode immergé (faible cisaillement à la membrane). Une stratégie expérimentale innovante alliant fractionnement des suspensions et études de filtrabilité a permis de mettre en évidence divers profils de suspensions, caractérisés par la présence de certaines classes de taille de composés majoritaires (colloïdes, supracolloïdes ou particules) se révélant être ou non colmatants. Cette stratégie a permis de mettre en évidence un profil type de suspension, caractérisé par une forte richesse en colloïdes (< 1 µm) colmatants, pour lequel la mise en oeuvre de forts cisaillements pourrait ne pas être justifiée. De façon plus globale, ces travaux offrent de nouvelles perspectives à la filtration à membranes immergées, qui pourrait s'avérer être une alternative intéressante à la filtration tangentielle pour les industries de transformation des fruits traitant de petits volumes et/ou présentant des capacités limitées en termes de coûts d'investissement et de fonctionnement....

Thématique : Traitement et conservation des produits alimentaires

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