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SOPHYE : Séparation, oxydation, procédés Hybrides et Environnement (Equipe EAD10)

 

Une équipe pluridisciplinaire

 

L’équipe SOPHYE met en synergie des compétences scientifiques complémentaires fortes sur différents procédés et méthodologies. La plurisdiciplinarité permet d’aborder de manière originale les problématiques de procédés hybrides et d’approche intégrative des procédés. L’expertise de l’équipe concerne :

 

 

  • Les procédés membranaires (UF, MF, NF, osmose inverse) et les contacteurs membranaires
  • L’adsorption, l’échange d’ions et la séparation chromatographique
  • La cristallisation
  • L’oxydation : ozonation et oxydation avancée
  • L’évaluation environnementale des procédés, l’optimisation et l’éco-conception
  • L'analyse environnementale ACV
  • L'analyse de risques
  • La modélisation des systèmes étendus
  • L’analyse thermodynamique des systèmes
  • Les méthodes numériques d’optimisation
  • Model reconstruction & machine learning
  • Le développement de méthodes in-situ de caractérisation des phénomènes aux interfaces réactives ou séparatives liquide/solide

 

 

Une approche pluridisciplinaire et pluri-compétences

 

 

L’approche de l’axe SOPHYE, conduite à différentes échelles, est pluridisciplinaire et pluri-compétences  :

  • Physicochimie des fluides complexes, thermodynamique, biologie des systèmes multi-populations, analyse environnementale des procédés.
  • Approche multi-échelles : de l’échelle locale de l’interface liquide/surface de séparation ou de réaction, au procédé à l’échelle laboratoire, semi-industrielle et à la modélisation et aide à l’éco-conception de filières ou installations complètes de production ou de transformation de la matière.

 

 

Objectifs scientifiques

  • Développement de la connaissance sur les procédés de séparation et oxydation à l’échelle locale avec des outils et méthodologies expérimentaux spécifiques et par la modélisation. Focus sur  la compréhension des mécanismes de transfert de masse et des retentions sélectives, les mécanismes réactionnels pour l’oxydation/adsorption/catalyse, évaluer les voies d’amélioration du colmatage des membranes en milieu biologique.
  • Développement de connaissance sur les méthodes d’évaluation environnementale par l’intégration des aspects dynamiques des procédés et leurs conséquences sur les impacts, et par l’implémentation de l’optimisation énergétique et environnementale dans une plateforme intégrée de modélisation dédiée à l’écoconception des procédés.
  • Prise en compte de la complexité des liquides dans les procédés de séparation et oxydation pour la purification et valorisation de ces liquides. L’approche de la séparation à la source des pollutions sera adoptée (polluants, urine/eaux noires/eaux grises) pour l’intensification des procédés. Études de certains micropolluants (métaux, pharmaceutiques, pesticides, virus, etc.), la dégradation biologique et chimique et la rétention avec leurs phénomènes limitants seront abordés.
  • La conception des procédés intégrées et durables (intégration énergétique, procèdes hybrides) l’accent sera mis sur la compréhension des interaction :  intégration de la chromatographie et les membranes de dessalement dans la valorisation des jus verts, interaction entre l’oxydation et la séparation membranaire dans le traitement des micropolluants, utilisation de l’évaluation environnementale et l’efficacité énergétique pour l’optimisation des systèmes hybrides.

 

Domaines d’application

 

Exemples d’application

Eau

Ré-utilisation des eaux domestiques, industrielles ou agricoles, dessalement des eaux de mer ou industrielles, traitement et valorisation de saumures,

Production d’eau potable

Optimisation environnementale des filières Eau

Agriculture/élevage

Production d’engrais par valorisation de l’urine animale ou humaine,

Production de protéines à partir de jus végétaux

Industrie

Valorisation de sels dans des saumures, réutilisation et recyclage des eaux,

Eco-conception des filières de production, impact environnemental.

Santé

Séparation de molécules biologiques et de sels, décontamination d’eaux et de solutions à usage santé

 Biotechnologies

Evaluation environnementale, optimisation et écoconception.

 Bioéconomie

 

Un réseau de collaborations nationales et internationales

 

 Exemples de projets

Second Generation BIoethanol sustainable production based on Organosolv Process at atmospherIc Conditions. Projet 2G BIOPIC.

 

OASIS Optimization based integrated process modelling-LCA: application to potable water production. 

  

EXTRASEA : Extracting water, minerals and energy from seawater desalination brines. Projet ERA-NET MED

 

DyPLCA- Evaluation environnementale des procédés en fonctionnement dynamique – prise en compte du temps dans la méthode d’Analyse du Cycle de Vie. Projet ANR.

 

ECOTRANSFORM, Evaluation environnementale et Ecoconception de procédés immatures de transformation de bio-ressources.  Projet 3BCAR.

 

WETMEM. Nouvelles membranes et outils pour une meilleure comprehension, modélisation et contrôle du mouillage de pores en distillation membranaire pour le dessalement des eaux. Projet ANR.

 

SMS: Filières de séparationtion à la souce. 

 

NOWMMA: Filières de réutilisation d’eau pour l’irrigation. APP-ECOINDUSTRIE.

 

PETZECO Traitement d’effluents pétrochimiques par combinaison ozone / matériaux zéolithiques. ANR franco-chinois. 

 

RUBIS, Rubisco : stratégie & innovation. CLE Midi-Pyrénées.

 

DEMISS Bioréacteur  à membrane après séparation à la source. Projet REGION 

 

MUSES Développement et modélisation de scénarios urbains de Séparation des Effluents à la Source. 

 

ECO-INOV Integrimem : sur l’intégrité des membranes de filtration

 

CAMBIOSCOP (Make our Planet Great Again): CArbon Management and BIOresources strategies for SCOPing the transition towards low fossil carbon. PIA, Région Occitanie. 

 

 

Logiciels

SCALEMTM, 2016, Logiciel de calcul de l’éMergie, développé en collaboration avec LIST Luxembourg. Logiciel enregistré EUIPO (European union intellectual property office) – le premier outil de calcul d’éMergie au monde. Destiné à la commercialisation.

 

DyPLCA, 2018, logiciel de calcul pour ACV Dynamique (DLCA) prenant en compte l’aspect temporel dans l’inventaire du cycle de vie. Le modèle temporel des réseaux de processus est implémenté dans un outil de calcul original basé sur le parcours de graphs, couplé avec une base de données originale. L’outil développé est en acces libre pour utilisation à  http://dyplca.pigne.org/. Accord de co-propriété avec LIST Luxembourg et Univ. Le Havre.

 

AMOEA-MAP, 2016, Un framework Python pour l’optimisation multiobjectifs des problèmes coûteux en temps de calcul: Archive-based Multi-Objective Evolutionary Algorithm with Memory-based Adaptive Partitioning of search space. Accèc open-source sur https://github.com/ArasAhmadi/AMOEA-MAP.

 

 

Développements instrumentaux et méthodologiques

 Méthode ex situ de mesure de la position de l’interface liquide-vapeur en distillation membranaire, la méthode DDTI.

 

Cellule et démonstration de la faisabilité d’une méthode optique pour la détection in situ de la position de l’interface liquide/vapeur.

 

Prototypes et démonstrateurs

Exemple de pilotes

Bio-réacteurs à membrane automatisés (membranes planes et fibres creuses)

 

Pilote semi industriel de distillation membranaire sous vide avec membrane plane ou par membranes fibres creuses
Pilote automatisé semi-industriel d’ultrafiltration pour production d’eau ultra filtrée 
Pilote instrumenté de chromatographie par résines échangeuses d’ions

 

Presse semi-industrielle à vis sans fin

Pilote de traitement par ozone en mode batch 

 

Pilote de traitement par ozone catalytique en mode colonnes séquencées

 

 Caractérisation et analyse (Hors Plateau analytique)

 

 HPLC AKTA Purifier (GE) avec détecteurs UV et Fluorimètrique

 HPLC (Agilent) avec détecteurs UV- DAD et Fluorimètrique

 BLITZ (ForteBio, Pall)

 TOC-VSCH (Shimadzu)

 

 

Plateformes et observatoires

Participation au développement de la plate forme de démonstration de filière de réuse à Mauggio.