Coupling of solute transport, osmotic pressure and hydrodynamic instabilities in Taylor-Couette configuration : application for filtration processes

Couplage entre le transport d'un soluté, la pression osmotique et les instabilités hydrodynamiques dans la configuration de Taylor-Couette : application aux procédés de filtration membranaires Les procédés de séparation membranaire basés sur la technique d'osmose inverse (RO), jouent un rôle très important dans les technologies de dessalement de l'eau. Cependant, les performances des systèmes RO sont affectées par le phénomène de polarisation de concentration due à l'accumulation du soluté à la membrane. Ce phénomène augmente la pression osmotique et par conséquent, réduit le flux de perméat. Ce travail porte alors sur l'étude qualitative et quantitative de l'impact de l'utilisation des instabilités hydrodynamiques sur la filtration afin de limiter la polarisation de concentration. Nous étudions le couplage entre les instabilités hydrodynamiques, le transport d'un soluté et la pression osmotique dans la cellule de Taylor-Couette comme un modèle de système RO. Les instabilités hydrodynamiques utilisées sont alors les vortex de Taylor. En premier temps, la cellule de Taylor-Couette avec deux cylindres semi-perméables et un écoulement radial transmembranaire a été considérée. Les deux cylindres rejettent complètement le soluté entraînant la formation d'une couche limite de concentration. Une approche analytique basée sur l’analyse de stabilité linéaire et faiblement non-linéaire, et une approche numérique basée sur la simulation numérique directe (DNS), ont été développées. Les conditions critiques d'apparition des vortex de Taylor sous l'effet de la pression osmotique et l'impact de ces vortex sur le taux de perméation ont été déterminés. Les résultats de DNS sont comparés avec les résultats analytiques. En second temps, un modèle numérique de la configuration de Taylor-Couette avec un seul cylindre semi-perméable et un écoulement axial a été développé