Les réacteurs à lit fixe arrosé vers le bas en régime ruisselant se comportent comme des filtres en profondeur quand des liquides contaminés entrent en contact avec le lit. La rétention des solides de petite taille occasionne une augmentation progressive de la perte de charge. Éventuellement, l’opération du réacteur doit être interrompue et le lit colmaté est écarté, même si le matériel catalytique qui le constitue demeure encore actif occasionnant de la sorte des pertes économiques importantes. Cet ouvrage propose des méthodes et des modèles pour la simulation du colmatage du lit fixe avec des écoulements mono et biphasiques. Deux niveaux d’analyse sont présentés. Au niveau du lit complet, le modèle Eulérien-Eulérien, qui est une procédure de la mécanique des fluides numérique (CFD), permet l’inclusion des équations de fermeture pour le transfert de masse et de quantité de mouvement dans le contexte de la filtration en profondeur (deep bed filtration, DBF).. A l’échelle d’un seul élément de garnissage, l’analyse de trajectoire est couramment acceptée pour l’étude du taux de capture de particules dans le cadre de la filtration en profondeur dans le lit fixe. Dans le cas de l’écoulement monophasique, la capture de particules est calculée par l’expression de Rajagolapan & Tien (1976). L’insertion de cette expression dans le code CFD fourni des informations utiles à propos du comportement de la colonne en état transitoire. Dans le cas de l'écoulement biphasique en régime ruisselant, aucune procédure d’analyse de trajectoire n'est connue. En conséquence, une toute nouvelle adaptation de cette méthodologie est proposée. En utilisant un modèle de film pour représenter le réacteur à lit arrosé, l'analyse de TA est accomplie dans les cas suivants; monophasique et biphasique avec déposition monocouche et multicouche. Les tendances de TA concordent avec l'analyse de Rajagopalan et Tien (1976) démontrant que les mécanismes de capture sont du même type que ceux qui se présentent dans l'écoulement monophasique et qu’ils sont modifiés uniquement par la présence de la phase gazeuse. Les résultats ont été comparés aux données expérimentales de Gray et al. (2002). La rétention liquide statique (SLH) est un paramètre qui, selon des observations expérimentales, affecte sensiblement la capture en conditions multiphasiques. Une collection presque exhaustive des données de la SLH a été construite à partir de la littérature expérimentale disponible. Avec ces données de SLH et avec l'utilisation d'un algorithme considérant un minimum d'énergie de ménisque, des angles de contact moyennés pour une gamme de liquides et de garnissages ont été obtenus. En réinsérant les angles de contact calculés dans un logiciel de réseaux neuronaux, une corrélation qui surpasse toutes les corrélations disponibles a été obtenue. À l’avenir, il serait souhaitable que la rétention liquide statique soit incluse dans le modèle de colmatage, ou à tout le moins dans l’analyse des trajectoires. / Trickle bed reactors (TBR) behave as deep bed filtration (DBF) units when the liquid feedstock is contaminated with fine particles. Solid retention causes an ever increasing pressure drop in the bed that leads to eventual halting of the installation. Industry response has been so far to change the plugged, but still active, catalytic bed with a fresh catalyst packing causing important profit losses of the process. In this work two levels of analysis are proposed for the DBF in single and two phase trickle flow conditions. At bed scale, an Eulerian-Eulerian CFD approach is used that provides the framework for the insertion of closure equations for the mass transfer in DBF. At pore scale, Trajectory Analysis (TA) is used as is an accepted procedure for the analysis of Deep Bed Filtration (DBF) in single-phase aqueous systems. In single phase flow through packed beds, the known TA based expression of Rajagolapan and Tien (1976) is used. By inserting this expression in the CFD approach it becomes possible to obtain valuable information about the transient structure and development of plugging. Benchmarking was obtained with the work of Narayan et al. (1997). In two phase trickle flow, no TA approach is known so far and an all new extension of this methodology is proposed in this work. Using a film model to represent the trickle bed reactor, TA analysis is performed in single phase, one-layer and multilayer deposition in TBR conditions. TA tendencies were akin to the analysis of Rajagopalan and Tien (1976) demonstrating that deposition mechanisms are of the same kind as in the single phase flow only modified by the presence of the gas phase. Results were compared with the data of Gray et al. (2002). Static liquid hold-up (SLH) is a parameter that, according to experimental observations, affects significantly solid deposition in multiphase conditions. An almost exhaustive collection of SLH values was constructed from the available experimental literature. With the SLH data and with the use of a minimum energy algorithm, average contact angles for a wide range of liquids and packing were obtained. Reinserting the calculated contact angles in neural network software, a correlation was obtained which outperforms all the available correlations. It is hoped that in future work, this last parameter, the SLH, will be included in the plugging model or at least in the trajectory analysis at the collector scale.

La nécessité de valoriser les co-produits laitiers, dans un souci de croissance économique dans ce secteur, a conduit à l'émergence de nouveaux ingrédients. Par exemple, les hydrolysats de protéines lactosériques constituent une source importante de peptides potentiellement bioactifs. Toutefois, l'isolation et la purification de telles molécules semblent nécessaires afin d'améliorer leur bioefficacité. Les peptides peuvent être dessalés par électrodialyse (ED) mais leur colmatage sur les membranes échangeuses d'anions (MEA) et de cations (MEC) diminue l'efficacité du procédé. Dans cette optique, la présente étude a pour objectifs (1) d'identifier, caractériser et quantifier les séquences peptidiques responsables du colmatage des MEA et MEC, (2) de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents au colmatage et (3) d'évaluer l'impact des différents régimes de courant en ED quant-à l'éventuelle prévention du colmatage. Dans un premier temps, le colmatage a été généré en condition statiques sans application de courant puis caractérisé. Dans un second temps, les phénomènes de dissociation d'eau et d'électroconvection ont été étudiés afin d’optimiser le procédé in-situ avec courant. Ainsi, en conditions statiques, les MEA chargées positivement (N+(CH3)3), présentaient un colmatage plus élevé à pH 6 et 10 qu’à pH 2. Les analyses HPLC-MS ont révélé que les peptides VLVLDTDYK, TPEVDDEALEK et IDALNENK (chargés négativement à pH 6 et 10) constituaient 86% du colmatage à ces pH alors qu’aucun peptide n’a été détecté à pH 2. Par conséquent, des interactions électrostatiques entre les charges peptidiques (COO-) et les groupements des MEA se sont établies. Concernant les MEC chargées négativement (SO3-), le colmatage était plus important à pH 6 qu'à pH 2 et 10. En outre, les analyses HPLC-MS ont révélé qu'à pH 6, les séquences ALPMHIR et TKIPAVFK chargées positivement (NH3+) ont établit des interactions (1) électrostatiques peptide/MEC créant une première couche puis (2) hydrophobes peptide/peptide via leurs résidus hydrophobes respectifs générant une seconde couche. Néanmoins à pH 2, le colmatage était moindre alors que ces peptides portaient théoriquement davantage de charges positives. Il est possible qu'à pH acide, les charges membranaires des MEC aient été protonnées (HSO3) et donc non chargées contrecarrant ainsi l'établissement d'interactions électrostatiques. Dans la seconde partie avec application de courant, le colmatage respectif des MEA et MEC a été réduit de 62 et 36 % en conditions électroconvectives. Les résultats démontrent que travailler à pH acide ou en régime post-limite permettrait de limiter voire d'éviter totalement le colmatage des membranes augmentant ainsi leur durée de vie et l'efficacité du procédé. Cette thèse propose différents mécanismes de colmatage en fonction de la nature de la MEI et des caractéristiques physico-chimiques des peptides. L'utilisation future de séquences peptidiques modèles, connues et synthétiques permettrait d'améliorer davantage les connaissances de ces mécanismes. / In the dairy industry, the economical growth led to the necessity of creating high added-value products from low commercial value by-products. For example, whey proteins hydrolysates (WPH) are an important source of peptides potentially bioactive. However, bioactive peptides need to be isolated and purified in order to enhance their bioactivities. The WPH demineralization by conventional electrodialysis (ED) may lead to peptide fouling on anion (AEM) and cation-exchange membranes (CEM) and decrease the process efficiency. Therefore, this study aimed (1) to identify, characterize and quantify the peptide sequences responsible for membrane fouling, (2) to better understand the mechanisms involved in peptide fouling and (3) to evaluate the impact of non-conventional ED modes on fouling. In a first phase, peptide fouling was generated and characterized in static conditions and without applying current. In a second phase, fouling was carried-out in real hydrodynamic conditions using ohmic, limiting and overlimiting currents in order to optimize the demineralization process. Results showed that in static conditions for AEMs, fouling was important at pH 6 and 10 and absent at pH 2. Based on HPLC-MS results, the VLVLDTDYK, TPEVDDEALEK and IDALNENK sequences (negatively charged at pH 6 and 10) represented 86% of the total fouling at these pH values whereas no peptide was detected at pH 2. Consequently, electrostatic interactions were established between the negative peptide charges (COO-) and positive AEM charges (N+(CH3)3). Concerning the CEMs, fouling was more important at pH 6 than 2 and 10. At pH 6, ALPMHIR and TKIPAVFK sequences firstly established electrostatic interactions with the negative CEM charges (SO3-) through their positive residues (NH3+) creating a first layer. Secondly, peptide/peptide interactions occurred through their respective hydrophobic residues creating a second layer. Nonetheless at pH 2, fouling was twice lower whereas peptides carried more positive charges. It is possible that for acidic pH values, CEM charges were partially protonated (HSO3) and consequently neutralized and unable to establish electrostatic interactions. Finally during a demineralization step in hydrodynamic conditions, fouling of AEM and CEM was reduced using overlimiting current by 62 and 36 %, respectively. According to these results, working at acidic pH values or using overlimiting conditions would hamper nay avoid fouling on membranes which would increase their lifetime and effectiveness. Different fouling mechanism models depending on the nature of IEM and the physicochemical characteristics of peptides are suggested in this thesis. In the future, the use of synthetic and well-characterized peptide sequences would enable to improve the knowledge of these mechanisms.

La sensibilité des réactions catalytiques à la filtration et le dépôt simultané de fines dans les réacteurs à lit ruisselant ont été évaluées au moyen de l'hydrogénation catalytique de l'a-méthylstyrène présent dans des suspensions diluées de kaolin dans du kérosène. Nous avons observé une corrélation négative entre la conversion catalytique et l'ampleur du dépôt spécifique au sein du lit engendrant une étape supplémentaire de transfert de masse au travers du dépôt en croissance sur les collecteurs. La sévérité de la résistance au transfert de masse est sensible à la compaction du dépôts autour des collecteurs qui est influencée par l'importance des vitesses superficielles de gaz. En outre, les pertes irréversibles observées concernant l'activité du catalyseur ont été attribuées, après avoir débarrassé le catalyseur de son dépôt, à une perte de sites actifs par le piégeage de fines dans les microporostiés du catalyseur. L'accumulation de fines dans le lit de catalyseur a été notablement réduite par l'adjonction en amont du lit de modules à base de mousses inorganiques (d'alumine ou de carbure de silicium) à haute porosité et faisant office de filtres de garde. Des études hydrodynamiques ont été réalisées avec et sans les blocs de mousse pour évaluer leur rôle sur la répartition de la suspension, la réduction du dépôt spécifique et la chute de pression dans le lit ruisselant. Il a été constaté que l'efficacité de capture par les blocs de mousse dépend de la connectivité et du degré d'ouverture des cellules dans les mousses ainsi que de la nature physico-chimique des matériaux constitutifs. Le nombre de modules de mousse a affecté la réduction des dépôts spécifiques et la chute de pression dans le lit. Ceci indique une possibilité de prolonger la durée de vie des réacteurs d'hydrotraitement à lit ruisselant à l'aide de lits de garde à base de mousse.