Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Membranes bipolaires“

Les batteries plomb/acide dont la conception est ancienne présentent une énergie massique faible. Le principe bipolaire inventé il y a plus d'un siècle correspond à un fonctionnement optimisé de ce couple et autorise l'utilisation de membranes composites allégées comme support des matières actives. Le développement de ces accumulateurs et des parois bipolaires a été entravé, jusqu'alors, par des problèmes technologiques et fait l'objet de cette étude. Après avoir défini les modes de fabrication des membranes composites, une méthode de caractérisation a été mise au point pour évaluer la stabilité chimique et électrochimique des matériaux utilisés. Ceci a permis la fabrication de parois composites qui ont été utilisées dans une cellule expérimentale de conception bipolaire. Parmi ces membranes, trois formulations différentes répondent au cahier des charges imposé et pourront être envisagées pour la fabrication de prototypes. Un modèle numérique a été développé pour optimiser la conception de ces accumulateurs. Il a permis de déterminer la conductivité minimale d'un composite pour assurer un fonctionnement correct de l'accumulateur et d'estimer les épaisseurs de pâte permettant d'optimiser les rendements d'utilisation des matières actives. La partie principale de l’étude repose sur la mise au point de prototypes fonctionnels. Les différents modes de montages envisagés ont permis de mettre en évidence les facteurs déterminant le bon fonctionnement de ce type d'accumulateur dont la réalisation a été effectuée, dans un premier temps, avec des membranes en plomb. Les performances mesurées sur ces prototypes ont été utilisées pour effectuer des estimations. Les performances envisageables avec des membranes composites dépassent 45 w. H/kg, pour les faibles régimes de décharges, et 1000 w/kg pour les forts régimes de décharges. Celles-ci placent ces accumulateurs en concurrence directe avec les batteries au nickel-cadmium et les super condensateurs.

Ce travail est une contribution à l’étude du rôle des plaques bipolaires sur le fonctionnement des piles à combustible à membrane, en particulier l’effet du design de ces plaques en tant que distributeur de gaz réactifs, et la recherche de matériaux métalliques pouvant remplacer les matériaux carbonés conventionnels. Les performances des piles à combustible sont entre autres limitées par certains problèmes liés à la thermohydraulique : l'assèchement des membranes et l'engorgement en eau des canaux de distribution des gaz. Ces performances sont limitées aussi par le type des membranes, et des plaques bipolaires utilisées. Ces travaux de thèse traitent essentiellement une comparaison entre des membranes ainsi que des plaques bipolaires. Nous avons également étudié les problèmes liés à l’humidité, en particulier l’'engorgement en eau dans les canaux d'une pile à combustible par des essais de visualisation : l’évacuation de l’eau liquide dépend très fortement de la gravure des plaquesDe plus, nous avons recherché des matériaux métalliques candidats à la réalisation de plaques bipolaires pour remplacer le graphite, encombrant et couteux. Deux matériaux ont été étudiés : l’acier inox 316L et l’alliage nickel-tungstène déposé sur une plaque de cuivre. L’inox 316 L, utilisé comme matériau pour les plaques bipolaires, montre une bonne résistance aux conditions agressives régnant au sein de la pile à combustible à membrane, comme l’ont montré des essais réalisés pendant près de 1000 heures
This work is a contribution to the study of the role of bipolar plates on the operation of fuel cell membrane, in particular the effect of the design of these plates as a distributor of reactive gases, and the search for metallic materials that can replace conventional carbon materials .The performance of fuel cells are limited by , among other problems related to thermal hydraulics : dewatering membranes and waterlogging distribution channels gas . This performance is also limited by the type of membrane and bipolar plates used . This thesis deal primarily a comparison between membranes and bipolar plates . We also investigated problems related to moisture , especially the '' water flooding in the channels of a fuel cell by visualization tests : the evacuation of liquid water is highly dependent on the etching platesIn addition, we have searched for metallic materials candidates embodiment to replace the bipolar plates of graphite, cumbersome and costly . Two materials have been studied : 316L stainless steel and the nickel - tungsten deposited on a copper plate . The 316 L stainless steel , used as material for bipolar plates , shows good resistance to aggressive conditions within the fuel cell membrane, as shown by tests carried out over nearly 1000 hours

Le cruor bovin, déchet des abattoirs est produit en très grande quantité dans le monde. Ce coproduit est composé principalement d'hémoglobine, une protéine riche en peptides bioactifs après son hydrolyse enzymatique. Cependant, lors de l'hydrolyse conventionnelle par la pepsine, des agents chimiques sont nécessaires pour ajuster et réguler le pH de la solution et, les hydrolysats finaux produits contiennent des niveaux élevés en sels minéraux. Pour pallier ces inconvénients, il a été proposé d'appliquer dans cette étude, pour la première fois, une technologie verte, appelée électrodialyse avec membrane bipolaire (EDMB), comme méthode alternative à l'hydrolyse enzymatique conventionnelle de l'hémoglobine afin d’obtenir des peptides bioactifs purifiés. Les objectifs de cette thèse étaient de tester la faisabilité de ce nouveau procédé pour la production de peptides bioactifs à partir d'hémoglobine bovine, d'établir les conditions optimales, d'éviter le colmatage membranaire et d'appliquer un nouveau procédé original d’EDMB à « multiple-étapes » permettant la production de peptides bioactifs déminéralisés sans ajout de produits chimiques. Des configurations bipolaires/monopolaires (anioniques ou cationiques) utilisant les ions H+ et OH- générés par les membranes bipolaires pour réguler le pH ont été étudiées et comparées à un procédé conventionnel utilisant des acides et des bases chimiques. La configuration d’EDMB formée avec les membranes cationiques a permis la production d'hydrolysats contenant une faible concentration en sels minéraux mais avec la présence d’un colmatage sur la membrane cationique, alors que la configuration d’EDMB utilisant des membranes anioniques a permis la production d'hydrolysats sans colmatage mais avec une concentration en sel similaire à celle de l’hydrolyse conventionnelle (contrôle). En se basant sur ces résultats, une nouvelle configuration d’EDMB à 3 compartiments a été mise en place et étudiée pour dénaturer l'hémoglobine, inactiver la réaction enzymatique et déminéraliser à 85% l'hydrolysat peptidique en simultané. Cependant, un colmatage a encore été observé sur la membrane anionique en raison de la précipitation de l'hème. Pour cette raison, une étape supplémentaire de décoloration a été réalisée avant la déminéralisation pour éviter le colmatage en utilisant l'acide électro-généré. Les peptides décolorés et déminéralisés récupérés ont montré une activité antioxydante, une activité antibactérienne contre plusieurs souches bactériennes (Gram + et Gram -) et pour la première fois une activité antifongique contre de nombreuses souches de moisissures et de levures. Dans un contexte d’économie circulaire, cette technologie durable s'avèrerait efficace pour effectuer plusieurs opérations simultanément et présente un potentiel important au niveau industriel pour l'hydrolyse du sang, puisqu'elle produit des bio-peptides purifiés ayant une faible teneur en sels minéraux et pouvant être utilisés comme conservateurs naturels sur la viande
Bovine cruor, a slaughterhouse waste, is produced in large quantities all around the world. This co-product was mainly composed of hemoglobin, a protein rich in bioactive peptides after its enzymatic hydrolysis. However, during conventional hydrolysis, chemical agents are necessary to adjust/regulate the pH of the solution and the final hydrolysates produced contain high levels of mineral salts. Therefore, in this study, it is proposed to apply, for the first time, a green technology, named electrodialysis with bipolar membrane (EDBM), as an alternative method to the conventional enzymatic hydrolysis of hemoglobin to obtain purified bioactive peptides. The main objectives of the present thesis were to test the feasibility of this new process to produce bioactive peptides from bovine hemoglobin, to establish the optimal conditions, to avoid membrane fouling and to apply a new original « multiple-step » EDMB process allowing the production of demineralized bioactive peptides without the addition of chemical salts. Bipolar/monopolar (anionic or cationic) configurations using the H+ and OH- generated by the bipolar membranes to regulate the pH were investigated and compared to a conventional process using chemical acid and base. The EDBM configuration formed with cationic membranes allowed the production of hydrolysates containing a low concentration of mineral salts but with fouling formation on the cationic membrane, while EDBM configuration formed with anionic membranes allowed the production of hydrolysates without fouling but with a similar salt concentration than the control. Based on these results, a new 3 compartments EDBM configuration was carried-out for denaturing the hemoglobin, inactivating the enzymatic reaction and demineralizing up to 85% the hemoglobin hydrolysate simultaneously. However, a fouling was still observed on the anionic membrane due to hem precipitation. For this reason, an additional step of discoloration was tested before the demineralization to avoid fouling using the electrogenerated acid. The discolored and demineralized peptides recovered showed antioxidant activity, antibacterial activity against many bacterial strains (Gram + and Gram -) and for the first time antifungal activity against many molds and yeasts strains. Moving towards a circular economy, this sustainable technology has found to be effective in performing multiple operations simultaneously and has a great potential for industrial hydrolysis of blood, since it produces purified biopeptides with a low mineral content and can be used as natural preservatives on meat

Dans ce travail l'électrodialyse conventionnelle (EDC) a été utilisée pour concentrer une solution diluée de formiate de sodium jusqu'à une concentration de 2 mol L-1. Puis, l'électrodialyse à membranes bipolaires (EDMB) a été proposée pour régénérer l'acide formiqueet l'hydroxyde de sodium à partir de la solution de formiate de sodium concentrée. L'influence des différents paramètres opératoires sur les performances de l'EDMB, tels que les concentrations initiales et la densité de courant, a été étudiée pour deux configurations: à deux compartiments avec une membrane échangeuse de cations (MEC) et à trois compartiments avec une MEC et une membrane échangeuse d'anions (MEA). Il a été démontré que la diffusion de l'acide formique et la fuite de OH- sont les phénomènes principaux qui limitent le rendement faradique et la pureté des solutions obtenues. Une cellule Electrocell AB a permis d'étudier la diffusion à travers différentes membranes commerciales. L'influence des paramètres suivants sur la diffusion a été étudiée: concentrations de l'acide formique, du formiate de sodium et de la soude, température, nature des membranes. Ces études ont permis de comparer les performances entre les différentes membranes commerciales. Les essais de diffusion ont été comparés aux experiences sur un pilote. Un modèle prédictif basé sur les bilans de matière a été proposé et validé à l'echelle pilote pour l'EDMB à deux et à trois compartiments. Il permet de prévoir l'évolution des différentes espèces ainsi que le rendement faradique attendu à partir des concentrations initiales, de la densité de courant et de la température
In this work the conventionally electrodialysis (CED) was used to concentrate a dilute solution of sodium formate up to a concentration of2 mol L-1. Then, the bipolar membrane electrodialysis (BMED) has been proposed to regenerate formic acid and sodium hydroxide from the concentrated sodium formate solution. The influence of various operating parameters on the performance of the BMED, such as initial concentrations and current density, was studied for two configurations: two compartments with a cation-exchange membrane (CEM) and three compartments with a CEM and anion-exchange membrane (AEM). Il has been shown that the diffusion of formic acid and leakage of OH- are the main phenomena that limit the current efficiency and purity of obtained solutions. A small cell (Electrocell AB) was used to study the diffusion through various commercial membranes. The influence of parameters on the diffusion has been studied: the concentration of formic acid, sodium formate and sodium hydroxide, temperature, mature of membranes. These studies compare the performance between the differents commercial membranes. The diffusion tests were compared to pilote experiments. A predictivemodel based on mass balance was proposed and validated at pilot scale for two and three compartments BMED. It allows to predict the evolution of different species and current efficiency expected from the initial concentrations, the current density and temperature

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019
Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019
La canneberge, petit fruit riche en composés phénoliques dont les anthocyanes et les proanthocyanidines, a de nombreux effets positifs sur la santé humaine. La consommation de jus de canneberge brut est un moyen d’en bénéficier, mais ce produit n’est pas toujours attrayant pour les consommateurs en raison de son manque de palatabilité et des possibles effets secondaires qu’il peut entraîner. Pour limiter ces désagréments, il est possible de désacidifier le jus de canneberge brut et parmi les méthodes actuellement disponibles, l’électrodialyse avec membranes bipolaires est particulièrement prometteuse. Jusqu’à présent les essais de désacidification du jus de canneberge par électrodialyse avec membranes bipolaires ont été réalisés sur des cellules à l’échelle laboratoire et en utilisant une nouvelle solution de récupération des acides organiques d’un essai à l’autre, ce qui limite son application à l’échelle industrielle. Le but de cette étude était, dans une optique d’industrialisation future, de tester le procédé à long terme sur une cellule semi-industrielle et de l’améliorer en réutilisant la solution de récupération d’un essai de désacidification à l’autre. Ainsi, des essais de désacidification du jus de canneberge ont été réalisés pour comptabiliser un total de 95 heures d’utilisation de la cellule semi-industrielle, sans poser de problème majeur au niveau de la résistance globale du système. De plus, le fait de réutiliser la solution de récupération des acides organiques n’a pas eu d’impact sur les caractéristiques physico-chimiques du jus désacidifié, et a permis des gains d’énergie allant jusqu’à 42,9 % après trois réutilisations, en plus de réduire les effluents du procédé. Ainsi, la mise à plus grande échelle et l’amélioration du procédé de désacidification du jus de canneberge par électrodialyse avec membranes bipolaires ont été concluantes et le transfert de la technologie en industrie est la prochaine étape à envisager.
La canneberge, petit fruit riche en composés phénoliques dont les anthocyanes et les proanthocyanidines, a de nombreux effets positifs sur la santé humaine. La consommation de jus de canneberge brut est un moyen d’en bénéficier, mais ce produit n’est pas toujours attrayant pour les consommateurs en raison de son manque de palatabilité et des possibles effets secondaires qu’il peut entraîner. Pour limiter ces désagréments, il est possible de désacidifier le jus de canneberge brut et parmi les méthodes actuellement disponibles, l’électrodialyse avec membranes bipolaires est particulièrement prometteuse. Jusqu’à présent les essais de désacidification du jus de canneberge par électrodialyse avec membranes bipolaires ont été réalisés sur des cellules à l’échelle laboratoire et en utilisant une nouvelle solution de récupération des acides organiques d’un essai à l’autre, ce qui limite son application à l’échelle industrielle. Le but de cette étude était, dans une optique d’industrialisation future, de tester le procédé à long terme sur une cellule semi-industrielle et de l’améliorer en réutilisant la solution de récupération d’un essai de désacidification à l’autre. Ainsi, des essais de désacidification du jus de canneberge ont été réalisés pour comptabiliser un total de 95 heures d’utilisation de la cellule semi-industrielle, sans poser de problème majeur au niveau de la résistance globale du système. De plus, le fait de réutiliser la solution de récupération des acides organiques n’a pas eu d’impact sur les caractéristiques physico-chimiques du jus désacidifié, et a permis des gains d’énergie allant jusqu’à 42,9 % après trois réutilisations, en plus de réduire les effluents du procédé. Ainsi, la mise à plus grande échelle et l’amélioration du procédé de désacidification du jus de canneberge par électrodialyse avec membranes bipolaires ont été concluantes et le transfert de la technologie en industrie est la prochaine étape à envisager.
Cranberry, a berry rich in phenolic compounds as anthocyanins and proanthocyanidins, has many beneficial effects on human health. To consume raw cranberry juice is a way to benefit from them, but that product presents a lack of palatability and can cause some side effects. To limit those inconveniences, raw juice can be deacidified and among all methods currently available, electrodialysis with bipolar membranes is very promising. Until now, essays to deacidify cranberry juice by electrodialysis with bipolar membranes were performed on laboratory scale cells using a fresh recovery solution from a deacidification essay to another. The aim of this work was to test the process on a larger scale for a longer period of time and to improve it by reusing the same recovery solution. Deacidification essays were performed in batch for a total of 95 hours on a semi-industrial cell and there was no major impact on the system global resistance. Furthermore, reusing the same recovery solution had no effect on the physicochemical properties of the deacidified juice, and energy savings up to 42.9% were recorded while the amount of waste produced was reduced. These positive results suggest the possibility to transfer the process at larger scale. Therefore, the next logical step for this project would be to scale-up the technology in factories for the industrial production of deacidified cranberry juice.
Cranberry, a berry rich in phenolic compounds as anthocyanins and proanthocyanidins, has many beneficial effects on human health. To consume raw cranberry juice is a way to benefit from them, but that product presents a lack of palatability and can cause some side effects. To limit those inconveniences, raw juice can be deacidified and among all methods currently available, electrodialysis with bipolar membranes is very promising. Until now, essays to deacidify cranberry juice by electrodialysis with bipolar membranes were performed on laboratory scale cells using a fresh recovery solution from a deacidification essay to another. The aim of this work was to test the process on a larger scale for a longer period of time and to improve it by reusing the same recovery solution. Deacidification essays were performed in batch for a total of 95 hours on a semi-industrial cell and there was no major impact on the system global resistance. Furthermore, reusing the same recovery solution had no effect on the physicochemical properties of the deacidified juice, and energy savings up to 42.9% were recorded while the amount of waste produced was reduced. These positive results suggest the possibility to transfer the process at larger scale. Therefore, the next logical step for this project would be to scale-up the technology in factories for the industrial production of deacidified cranberry juice.