GDR Approches Multiphysiques pour les Colloïdes Concentrés (AMC2)

Le développement de cellules SAXS de filtration tangentielle au Laboratoire de Rhéologie, combinées avec des mesures de diffusion de rayons X aux petits angles à l’ESRF (ligne ID2 « High Brilliance Beamline ») ont permis de caractériser les évolutions temporelles (< 1s) et spatiales (50 micromètres) de la structure et de la concentration de colloïdes filtrés accumulés près des membranes. Différents systèmes de colloïdes d’argile ont été étudiés : des fibres de sépiolite (Pignon et al. 2008), des plaquettes de montmorillonite de Wyoming (1 nm x 75 nm), des disques de Beidellite (80 nm x 730 nm) et des plaquettes de Laponite (30 nm x 1 nm) (Pignon et al. 2010). Combinées aux mesures macroscopiques de flux de perméation, ces observations aux échelles nanométriques ont permis de suivre les changements de structure au voisinage de la transition définie par le flux critique, ainsi que les propriétés de réversibilité des couches de polarisation de concentration. Au-delà d’une concentration critique pour laquelle les interactions colloïdales sont supérieures aux forces hydrodynamiques et aux contraintes de cisaillement, une agrégation des particules est initiée sous l’effet de la pression, conduisant à des transitions de type sol-gel et réduisant ainsi le flux de perméation. L’aspect anisotrope des particules filtrées induit des orientations marquées de la structure formée dans les couches de polarisation ou dans les dépôts. Cette anisotropie de l’organisation des particules concentrées dans l’espace est une des principales conséquences de la réduction des flux de perméation au-delà du flux critique.

Profils de concentrations et spectres 2D correspondants en fonction de la distance z à la membrane, déduits des mesures de SAXS in-situ au cours de la filtration tangentielle de suspensions de Laponite.

Pignon F., David C., Magnin A. and Sztucki M., "In-situ structural characterization by SAXS and flow properties of colloidal suspensions during cross-flow ultrafiltration", Book series : AIP Conference Proceedings Vol 1027, P 120-122 (2008).

Pignon F., Abyan M., David C., Magnin A. and Sztucki M. "In-situ characterization of concentration polarization layers during cross-flow membrane separation process of anisotropic colloidal dispersions by small-angle X-ray scattering", European Conference on Fluid Particle Separation, (Lyon, France) 5-7 October (2010).

Contact : Frédéric Pignon,