Ce travail avait pour but d’étudier le fractionnement par nanofiltration (NF) des peptides contenus dans un hydrolysat trypsique de β-lactoglobuline (β-LG), d’une part en déterminant comment le fractionnement des peptides de l’hydrolysat enzymatique total est influencé par les phénomènes de polarisation de concentration et de colmatage et, d’autre part, en vérifiant s’il est possible d’accentuer le fractionnement de ces peptides par l’application d’un champ électrique en cours de filtration, procédé appelé électrofiltration (EF). Les résultats ont montré que le phénomène de polarisation des peptides peut être utilisé favorablement afin d’augmenter la transmission sélective des peptides cationiques (pI basique) dans le perméat durant la NF d’un hydrolysat trypsique de β-LG à pH basique. Dans ces conditions, la résistance hydraulique associée au colmatage des membranes est généralement restreinte. Cependant, bien que limité, le phénomène de colmatage par les peptides trypsiques de β-LG modifie les propriétés de rétention stérique et électrostatiques d’une membrane. Les interactions peptides-membrane et la nature des peptides conduisant au colmatage varient en fonction du pH. Certaines séquences spécifiques semblent jouer un rôle prépondérant dans le processus de colmatage des membranes. Quant au module expérimental d’EF développé dans le cadre de ce travail, celui-ci a permis d’augmenter de façon importante la séparation des peptides cationiques, comparativement à la NF conventionnelle. / The purpose of this work was to study the peptide fractionation of a tryptic β-lactoglobulin (β-LG) hydrolysate using nanofiltration (NF). More specifically this thesis aimed at determining how the fractionation process was influenced by concentration polarization and fouling, and next, to show if it was possible to increase peptide fractionation by applying an electric field during NF, a process called electrofiltration (EF). The results showed that the polarization of peptides can be used favorably to increase the selective transmission of cationic peptides (basic pI) in the permeate during NF of the tryptic β-LG hydrolysate at basic pH. Under these conditions, the hydraulic resistance associated with fouling of the NF membrane is generally restricted. However, although limited, fouling by tryptic β-LG peptides modify both the sieving and electrostatic properties of the membrane. Peptide-membrane interactions and the nature of interacting peptides vary according to the pH. In this regard, some specific peptides seem to be prevailing in the membrane fouling process. Regarding EF, the purpose-built module developped during this work allowed to increase the separation of cationic peptides, as compared to conventional NF.

Les hydrolysats enzymatiques de protéines de lactosérum sont riches en peptides fonctionnels et bioactifs, ce qui justifient l’intérêt de les fractionner afin de concentrer ou purifier ces molécules. Les techniques membranaires présentent un fort potentiel pour la séparation de ces hydrolysats à l’échelle industrielle, mais des interactions peptide-peptide semblent affecter leur efficacité. Cette étude visait donc à caractériser les interactions peptide-peptide dans un mélange de peptides issus d’un hydrolysat trypsique de β-LG, à identifier les conditions physico-chimiques et les peptides responsables de ces interactions, puis à évaluation l’influence de ces interactions sur le fractionnement de cet hydrolysat par nanofiltration. La focalisation isoélectrique a d’abord été utilisée pour fractionner l’hydrolysat et a permis de démontrer la formation d’agrégats peptidiques à pH acide. Une étude de turbidimétrie a par la suite mis en évidence la solubilité de l’hydrolysat en fonction du pH et de certaines conditions physico-chimiques. Les agrégats obtenus à pH 4 ont été centrifugés et séparés, puis les peptides responsables de cette agrégation ont été identifiés. Parmi ces peptides, la présence de fragments chymotrypsiques a justifié une étude subséquente sur l’activité résiduelle chymotrypsique dans la préparation trypsique, et son impact sur le phenomène d’agrégation des peptides à pH acide. La dernière partie de cette étude a permis d’évaluer l’impact des agrégats peptidiques sur le fractionnement par nanofiltration de l’hydrolysat trypsique de β-LG. Il a été démontré que les interactions peptide-peptide ne nuisent pas au fractionnement, mais semblent plutôt être bénéfiques, et ce en modifiant la couche de polarisation créée en cours de filtration. / Whey protein enzymatic hydrolysates contain several functional and bioactive peptides which justify their fractionatation to isolate such interesting molecules. Membrane separation technologies have an excellent potential for peptide separation but peptide-peptide interactions seem to reduce their efficiency. The objectives of this study were to demonstrate the occurrence of peptide-peptide interactions in a tryptic hydrolysate of β-LG, to identify the optimal physico-chemical conditions and peptides responsible of such interactions, as well as to evaluate the influence of such interactions on the fractionation of this hydrolysate by nanofiltration. Isoelectric focusing was used to fractionate the hydrolysate and to demonstrate a peptidic aggregation phenomena at acidic pH. Turbidimetry was then used to highlight the solubility of the hydrolysate according to the pH and some physico-chemical conditions. Peptide aggregates formed at pH 4 were centrifuged and separated, and peptides responsible for this aggregation were identified. From these peptides, the presence of chymotryptic peptides has justified a study of the impact of residual chymotryptic activity in the tryptic preparation on the aggregation phenomena. The second part of this work allowed the evaluation of the effect of these aggregates on the fractionation of the tryptic hydrolysate of β-LG by nanofiltration. It was shown that peptide-peptide interactions do not impair the fractionation. On the contrary, these interactions taking place in the polarized layer may have a positive impact on the fractionation.

This document details the results of a study that employed a single element, spiral-wound, thinfilm composite nanofiltration (NF) membrane pilot to assess the treatment effectiveness for aerated and unaerated groundwater supplies. Phase 1 consisted of using raw, unaerated groundwater with standard cartridge filtration (CF) and scale inhibitor (SI) as pretreatment to NF. During the first phase, four water recoveries and crossflow velocities were evaluated to observe how operational conditions affected permeate water quality. Phase 2 involved the simulation of a 70-foot transmission pipeline and sand filter (SF) pilot in series with CF and SI addition pretreatment, prior to NF. Phase 3 employed tray aeration prior to the SF pilot. The pilot was operated for 1,483 run-hours over the three phases, whereupon operational and water quality monitoring ensued to assess NF efficiency. Biological activity tests and foulant analyses were performed to further characterize source water. It was determined statistically that changes in operational conditions in Phase 1 such as crossflow velocity did not significantly affect constituent mass transfer. Phase 2 demonstrated that NF removed total dissolved solids and total organic carbon content greater than 96 percent (%) and 86%, respectively. Phase 3, which exhibited operational difficulties and flux decline, suggested that additional pretreatment is required for NF operation using aerated groundwater. Dimensional analysis (DA) and diffusionbased mass transfer models were employed to predict permeate chloride content for each testing phase; it was determined that the DA overpredicted chloride concentrations by 10 magnitudes and diffusion models were predictive when compared to actual values. The transient response to feed water perturbations within the single-stage membrane process was determined to cause a log-logistic two-and-a-half-minute delay.

L'extraction de biomolécules à partir de ressources renouvelables devient l'un des thèmes clés dans les domaines de la biotechnologie, de la cosmétologie et de la pharmacie. Pour minimiser la consommation de solvant organique et augmenter l'efficacité, l'extraction avec des mélanges eau/alcool semble être une approche prometteuse. De plus, des étapes supplémentaires de purification et de concentration sont généralement nécessaires pour enrichir le milieu avec les molécules cibles. La nanofiltration (NF) est une technique de séparation idéale et durable pour de telles opérations car elle est propre, sobre et sûre. Il existe néanmoins peu de littérature concernant la NF dans ces mélanges eau/éthanol. Cette étude vise à mieux comprendre les mécanismes de transfert qui régissent la sélectivité dans ces milieux. Dans un premier temps une étude fondamentale est réalisée sur la NF dans des mélanges eau/ alcool seuls ou en présence de solutés neutres et/ou chargés. Les résultats obtenus montrent que lorsque la teneur en alcool augmente, la membrane gonfle, le rayon des pores augmente mais la résistance intrinsèque reste constante. Les mécanismes de transfert bien connus en milieux aqueux (exclusion stérique, interaction électrostatique, interaction diélectique) et en milieux organiques (interactions hydrophobes, affinité soluté-membrane-solvant) sont tous présents dans des mélanges eau/alcool mais leur intensité relative semble être différente. Différents modèles (Spiegler-Kedem & Film, Hydrodynamique & Film, Solution-Diffusion & Film, Pore-Flow & Film, Steric Electric and Dielectric Exclusion) ont été utilisés pour modéliser les rétentions et estimer les paramètres de transfert. / The extraction of bio-molecules from renewable resources is emerging as one of a key topics in the fields of biotechnology, cosmetology and pharmacy. To minimize the organic solvent consumption, as well as to increase the efficiency, extraction by water/alcohol mixtures appears to be a promising approach. Moreover, additional purification and concentration steps are generally required to enrich the medium with the target molecules. Nanofiltration is a de-facto separation technique for such operations because it is clean, sober and safe. Unfortunately, there is few literature on the transfer of water/ethanol mixtures regarding nanofiltration. This study aims to better understand the transfer mechanisms that govern selectivity in these media. At the first step, a fundamental study is realized on nanofiltration in water/alcohol mixtures alone or with the presence of neutral or charged solutes. The obtained results show that when the alcohol content increases, the membrane is swelling, the pore radius increases but the intrinsic resistance is still constant. The well-known transfer mechanisms in aqueous media (steric exclusion, electric interaction, dielectric interaction) and in organic media (hydrophobic interaction, affinity solute-membrane-solvent) are all present in the water/alcohol mixtures, but relative intensity appears to be different. Different models (Spiegler-Kedem & Film, Hydrodynamics & Film, Solution-Diffusion & Film, Pore-Flow & Film, Electric Steric and Dielectric Exclusion) were used to model the retentions and estimate the transfer parameters.

Le manque croissant en eau potable dans le monde est un problème d’envergure pour la population. La filtration par des membranes des eaux usées, insalubres ou la désalination apparaît comme une alternative viable pour le futur. La modification de membranes d’ultrafiltration par l’assemblage couche-par-couche permet d’obtenir des propriétés de nanofiltration en contrôlant avec une précision nanométrique l’épaisseur de la couche active de séparation déposée. Lors de cette thèse, nous avons étudié la construction de la couche de séparation ainsi que sa régénérabilité. Pour ce faire, nous avons développé des surfaces « membrane-like » pour étudier la construction sur des surfaces possédant des fonctions chimiques similaires à l’applicative. Par ailleurs, le temps de déposition a aussi été investigué afin de déterminer si les propriétés de séparation des membranes modifiées dépendaient du nombre de couches déposé ou du temps de dépôt. Les membranes ainsi développées présentent une couche de séparation régénérable et des propriétés de nanofiltration. / The increasing lack of drinking water in the world is of major concern for the population. Membrane filtration of brackish water, seawater appears to be a viable alternative for the future. Nanofiltration membranes can be obtained by modifying ultrafiltration membranes by the Layer-by-Layer (LbL) technique. This method also the deposition of an ultra-thin separation layer with a nanoscale precision and with tunable properties. During this PhD thesis, the build-up and the regenerability of the separation layer was investigated. For this purpose, mimicry surfaces were developed in order to study the LbL-assembly on surfaces presenting similar chemical functions as the applicative one. In addition, the deposition time was also investigated in order to determine if the separation properties of the membrane depend on the number of deposited layers or on the coating time. The developed membranes possessed a regenerable separation layer presenting nanofiltration properties.

Hibiscus sabdariffa L. est une plante vivace herbacée localisée dans les zones tropicales et subtropicales des deux hémisphères. Au Sénégal, où elle a été introduite au 19ème siècle, H. sabdariffa, encore appelé bissap ou roselle, est cultivé sur l'ensemble du territoire et exploité principalement pour ses calices. Une boisson désaltérante est traditionnellement élaborée à partir des calices séchés par extraction à l'eau. La caractérisation physico-chimique et biochimique des calices nous a tout d'abord permis de mieux évaluer le potentiel de ce produit. Ainsi, les calices contiennent entre 767 et 1480 mg.100g -1 d'anthocyanes et entre 1347 et 3736 mg.100g-1 de polyphénols totaux. Ils présentent un pouvoir antioxydant voisin de 260 µmolTrolox.g-1. L'acide malique y est l'acide organique majoritaire avec une teneur pouvant atteindre 2,3 g.100g-1. De part ces caractéristiques, l'extrait aqueux de calices d'H. sabdariffa constitue une excellente source d'anthocyanes. Le travail s'est ensuite focalisé sur le procédé d'obtention de cet extrait. L'étude de l'extraction solide-liquide a été réalisée à partir de calices séchés et d'eau à des températures comprises entre 25 et 90 °C. Un rendement d'extraction en anthocyanes maximum de 88 % a été obtenu à 25 °C avec un ratio calice/eau de 1/25. La réduction de la taille des particules et l'augmentation de la température diminuent le temps d'extraction mais n'affectent pas le rendement d'extraction. Un modèle d'extraction solide-liquide incluant les cinétiques de dégradation thermique des anthocyanes a été proposé puis validé. La microfiltration tangentielle sur membrane céramique de diamètre moyen de pores 0,2 µm a permis de produire un extrait stérilisé à froid, stable pendant 90 j à 20 °C. Nous avons montré à ce niveau que la pression transmembranaire optimisée à un facteur de réduct ion volumique (FRV) égal à 1 n'est plus optimale lorsque le FRV augmente. Pour concentrer les anthocyanes présents dans l'extrait, l'ultrafiltration sur une membrane de seuil de coupure de 5 kDa peut être utilisée malgré une rétention incomplète (95-97 %). Par contre, la nanofiltration offre une rétention totale des anthocyanes. Le procédé, mis en uvre dans des conditions semi-industrielles, a permis d'augmenter la teneur en extrait sec soluble (ESS) de 40 à 250 g.kg-1 à 35 °C, à une pression transmembranaire comprise entre 20 et 30 bar avec un flux moyen de 15 kg.h-1.m-2. L'évaporation osmotique, testée sur un pilote équipé d'une membrane en polypropylène de 10 m2, a permis de concentrer l'extrait anthocyanique jusqu'à 620 g d'ESS.kg-1. Cet extrait concentré conserve toutes les qualités physico-chimiques, biochimiques, nutritionnelles et aromatiques de l'extrait initial. Le flux évaporatoire est directement corrélé à la teneur en extrait sec solub le du produit à concentrer. Enfin, divers couplages d'opérations unitaires ont été comparés pour obtenir un extrait concentré à partir de calices d'H. sabdariffa. Le procédé qui associe une extraction à froid, une pré-concentration par nanofiltration et une concentration par évaporation osmotique est la meilleure voie tant en terme de coûts d'investissement et de fonctionnement que de qualité de l'extrait. / Hibiscus sabdariffa L. is a herbaceous plant, cultivated largely in tropical and subtropical areas of both hemispheres. In Senegal, where it was introduced in the 19th century, H. sabdariffa L. also called bissap or roselle is grown throughout the territory and operated primarily for its calyx. A refreshing drink is traditionally made from dried calyx by water extraction. The physical-chemical and biochemical characterization of the calyx allowed us to assess better the potential of this product. Thus, the calyx contained between 767 and 1480 mg.100g-1 of anthocyanins and between 1347 and 3736 mg.100g-1 of total polyphenols. They have an antioxidant capacity closed to 260 μmolTrolox.g-1. Malic acid is the major organic acid with content up to 2.3 g.100g-1. Because of these characteristics, the aqueous extract of H. sabdariffa calyx is an excellent source of anthocyanins. The work was then focused on the process for obtaining this extract. The study of solid-liquid extraction was performed from dried calyx with water at temperature range from 25 and 90 ° C. A maximum extraction yield of anthocyanin of 88 % was obtained at 25 ° C with a solid-to-solvent ratio of 1/25. Reducing the particle size and increasing the temperature decreased the extraction time but do not affect the extraction efficiency. A model of solid-liquid extraction which included the thermal anthocyanins degradation kinetics has been proposed and validated. Crossflow microfiltration with tubular ceramic 0.2 pore size membrane has produced a cold sterilized extract, stable during 90 days at 20 °C. We have shown here that the transmembrane pressure optimized at a volume reduction ratio (VRR) equal to 1 is no longer optimum when the VRR is increasing. To concentrate the anthocyanins present in the extract, the ultrafiltration membrane with a cutoff of 5 kDa can be used despite incomplete retention (95-97%). By cons, nanofiltration offers a tot al retention of anthocyanins. The method, implemented in semi-industrial conditions, has increased the content of total soluble solids (TSS) from 40 to 250 g.kg-1 at 35 °C at a transmembrane pressure between 20 and 30 bar with an average flow of 15 kg.h-1.m-2. The osmotic evaporation, tested on a pilot equipped with a polypropylene membrane of 10 m2, has concentrated anthocyanin extract up to 620 g TSS. kg-1. This concentrated extract retains all the physical-chemical, biochemical, nutritional and aromatic quality of the original extract. The evaporation flux is directly correlated with the total soluble solids content of the product to concentrate. Finally, various couplings of unit operations were compared to obtain a concentrated extract from H. sabdariffa calyx. The process which combines a cold extraction, a pre-concentration by nanofiltration and concentration by osmotic evaporation is the best way both in terms of investment costs and operating and quality of the ext ract.

Le mémoire rapporte les travaux effectués pour l’élaboration de membranes asymétriques de type co-polyalcoxyéther-imide (PEI) afin d'obtenir des membranes polymères à haut flux, sélectives pour la séparation de molécules organiques à partir de mélanges aqueux par procédés membranaires. La séparation des mélanges liquides (i.e. toluène - heptane, eau - éthanol, soluté organique dilué en solution aqueuse) a été étudiée par pervaporation (PV) et par nanofiltration (NF) à l'aide de membranes PEI originales asymétriques comportant une peau dense autosupportée. Ces membranes ont été préparées dans des conditions expérimentales contrôlées à partir de solutions DMF-H2O de l'acide polyamique correspondant (APA) en relation avec le diagramme de phase ternaire ; après l’inversion de phase dans un bain d'eau, les membranes d’APA ont été cyclisées en imides par traitement thermique. Les propriétés physiques des membranes (IR, TGA) ont été caractérisées, et les morphologies correspondantes, enregistrées par SEM, ont été utilisées pour optimiser la préparation des membranes asymétriques pour améliorer les propriétés de séparation en ajustant l'épaisseur de la couche dense. Les performances obtenues en pervaporation et en nanofiltration ont été examinées à la lumière de l'influence de trois séries de paramètres, à savoir les paramètres d’élaboration des membranes (composition du collodion, température du bain d'inversion de phase), les conditions expérimentales de perméation (température, pression) et des propriétés moléculaires du soluté (masse molaire, rayon, polarité). Les résultats de pervaporation ont montré que des membranes asymétriques PEI à peau denses pouvaient bien être obtenues, donnant lieu à une sélectivité moléculaire en accord avec le modèle de solution-diffusion. Les résultats obtenus en NF pour des solutés organiques dilués dans l'eau (≈ 500 ppm) ont montré que le degré de rejet des solutés étaient fortement liés aux conditions d’élaboration des membranes PEI et des propriétés des solutés. Les valeurs de seuil de coupure moléculaire des membranes (MWCO) ont été déterminées avec une série de polyéthylène glycol (400 <MW (g/mole) < 6000) pour une pression appliquée allant jusqu'à 10 bar. Il a été montré que le seuil de coupure des membranes était compris entre 400 et 1000g/mol à 30°C. Il a également été constaté pour certaines membranes PEI que de grandes valeurs de flux de perméation associées à de bonnes sélectivités pouvaient être obtenues, conduisant à des performances intéressantes par rapport aux données de la littérature. Ainsi le développement de ces nouvelles membranes asymétriques copolyimides comprenant un bloc élastomère devrait permettre d’obtenir des membranes de hautes performances pour des applications dans les séparations liquide-liquide, en particulier pour les séparations de nanofiltration en milieu aqueux / The work aimed to prepare co-polyalkylether-imide (PEI) asymmetric membranes in order to get high flux water selective polymeric membranes suitable for the separation of organic molecules from aqueous mixtures by membrane processes. The separation of liquid mixtures (i.e. toluene – heptane, water – ethanol and low concentrated organic solute in aqueous solutions) was studied by pervaporation (PV) and by nanofiltration (NF) using homemade integrally skinned asymmetric PEI membranes. These membranes were prepared under controlled experimental conditions from DMF-H2O solutions of the corresponding polyamic acid (PAA) with respect to the ternary phase diagram; after the wet phase inversion in a water bath, the PAA membranes were imidized by thermal treatment. The membrane physical properties (IR, TGA) were characterized and the related morphologies, recorded by SEM, were used to optimize the asymmetric membrane preparation to improve the separation properties by tuning the thickness of the dense top layer. The performances of the pervaporation and nanofiltration separations were examined in the light of the influence of three sets of parameters, i.e. membrane elaboration parameters (dope composition, inversion bath temperature), experimental permeation conditions (temperature, applied pressure) and solute molecular properties (molecular weight, radius, polarity). The PV results showed that tight asymmetric PEI membranes could well be obtained, giving rise to a molecular selectivity in agreement with the solution-diffusion model. The NF results obtained with diluted organics in water (≈500ppm) have shown that the degree of rejection of the organic solutes was strongly linked to the PEI elaboration conditions and to the solute properties. The molecular cutoff values (MWCO) of the membranes were determined with a series of polyethyleneglycol (400 < Mw (g/mole) <6000) for an applied NF pressure up to 10 Bar; it was shown that the PEI membrane MWCO could be ranged between 400 and 1000g/mol at 30°C. It was also found with some PEI membranes that high permeation fluxes together with good separation selectivity could be obtained leading to interesting performances compared to literature data. Thus, it is expected that the development of these new asymmetric block copolyimide rubbery membranes might give rise to high performance membrane systems for applications in liquid-liquid separations, in particular in nanofiltration separations

La problématique de l’élimination de l’excès d’ions fluorure présents dans les eaux de forage destinées à la consommation humaine peut être résolue en utilisant plusieurs méthodes. Dans cette thèse, les procédés testés sont : l’adsorption sur des particules d’os de seiche, l’adsorption sur des particules de calcite en présence d’acide acétique, la nanofiltration et l’échange d’ions. L’objectif est d’optimiser les différents procédés pour des solutions modèles en ions fluorure, puis de réaliser pour ces conditions optimales le traitement d’une eau de forage tunisienne. La concentration limite en ions fluorure imposée par la WHO est de 1.5 mg.L-1. Les essais d’adsorption en utilisant l’os de seiche, disponible en Tunisie, sont simples à mettre en œuvre et permettent des traitements à petite échelle avec des coûts très compétitifs en utilisant un matériau non toxique. La défluoration de l'eau souterraine avec l’os de seiche présente une concentration résiduaire en fluorure de 1,3 mg.L-1 (TR = 61,5%). Dans le cas de la précipitation des ions fluorures sous forme de fluorite suivi de microfiltration, l’addition d’acide acétique aux particules de calcite (CaCO3) favorise l’élimination des ions fluorure. La défluoration de l'eau souterraine montre que l’eau traitée présente une concentration résiduaire en fluorure de 1,24 mg.L-1 (TR = 53,7%). En utilisant une résine échangeuse d’ions Purolite A520E, la défluoration de l'eau souterraine montre que l’eau traitée présente une concentration résiduaire en fluorure de 1,2 mg.L-1 (TR = 54%). La nanofiltration permet de traiter des volumes importants d’eau et les taux de rétention des ions fluorure sont satisfaisants (88% et 57%) / The issue of the removal of excess fluoride ions present in well water for human consumption can be solved using several methods. In this PhD thesis, four processes have been tested: adsorption using cuttlefish bone particles, adsorption on calcite particles with acid acetic addition, nanofiltration and ion exchange. The aim is to optimize the different processes by using model solutions of fluoride ions, and to treat a Tunisian groundwater at these optimal conditions. The limiting concentration given by the WHO is 1,5 mg.L-1. The adsorption using cuttlefish bone, available in Tunisia, is simple to implement and provides treatment at small scale with very competitive costs by using a non-toxic material. Defluorination of groundwater shows that the water treated with cuttlefish bones has a residual fluoride concentration of 1.3 mg L-1 (TR = 61.5%). In the case of precipitation of fluoride ions in the form of fluorite followed by microfiltration, the addition of acetic acid to the particles of calcite (CaCO3) promotes the removal of fluoride. Defluorination groundwater shows that the treated water has a residual fluoride concentration of 1.24 mg L-1 (TR = 53.7 %). Using a ion exchange resin Purolite A520E, defluorination groundwater shows that water treated has a residual fluoride concentration of 1.2 mg L-1 (TR = 54%). Nanofiltration is particularly interesting as it allows the treatment of large volumes. The retention of fluoride ions are again satisfactory (88% and 57%)

La synthèse de matériaux polymères stables en milieu organique a été réalisée sur la base d’une série de copolymères à blocs de type polyuréthane. La synthèse de membranes denses autosupportées a permis la caractérisation des différents polyuréthanes et la sélection des formulations les plus adaptées pour l’obtention de membranes composites à peau dense. Les propriétés des membranes ont été ajustées par modulation des réactifs de départ. Une bonne résistance aux solvants organiques a été notée et les flux de perméation les plus importants ont été obtenus avec les matériaux les plus souples. Une membrane rigide a été testée pour la récupération du catalyseur Grubbs-HoveydaII du toluène. Malgré un faible taux de gonflement, le taux de rejet était limité à 48%, permettant de rompre avec l’idée liant la rigidité du réseau à une bonne sélectivité. Une démarche compréhensive du mécanisme de transport en nanofiltration organique (NFO) a été menée sur des membranes en polydiméthylsiloxane (PDMS). L’effet de la pression sur le gonflement a été examiné à travers deux appareils mimant les conditions de pression en NFO. Il a été démontré que la pression n’affectait pas l’équilibre amont de sorption mais induisait une diminution du gonflement de l’interface aval de la membrane. Le gradient de gonflement a été proposé comme force motrice du transport des solvants. La perméation des solvants purs et des solutés a été ensuite étudiée. Le modèle de solution-diffusion a pu être proposé comme mécanisme de transport des solvants purs. La sélectivité des membranes s’est avérée être indépendante de l’affinité solvant-membrane mais dépendante de l’affinité soluté - solvant et soluté - membrane / The synthesis of polymeric solvent stable materials was carried out on the basis of block copolymers polyurethane. A series of self-supported dense membranes allowed characterizing the different polymers and the selection of the most suitable ones to prepare composite membranes with a dense top layer. The properties of the membranes were adjusted by tailoring the starting reagents. Good resistance of the membranes in organic solvents was observed and the most important permeation flows were obtained with the softer materials. A rigid membrane was tested for the recovery of the Grubbs-HoveydaII catalyst from toluene. Despite a low swelling rate, the selectivity of the membrane was limited to 48%. This result is in contradiction with the common idea stating that high selectivity is due to rigid polymer network. A comprehensive approach of the transport mechanism in organic solvent nanofiltration (OSN) was conducted using polydiméthylsiloxane membranes (PDMS). The effect of pressure on the swelling was examined using two devices mimicking the pressure conditions in OSN. It has been shown that the pressure does not affect the upstream equilibrium sorption but induced a decrease of the swelling of the downstream interface of the membrane. The swelling gradient between the two sides of the membrane was proposed as driving force of solvents transport. The nanofiltration of solvents and solutes were then studied. The results showed that the solution–diffusion model was fully valid for pure solvents transport. The selectivity of the membrane was found to be independent of the membrane-solvent interaction but affected by the solute-membrane affinity and solute-solvent interaction

La présente étude a été consacrée à l'étude du potentiel du PDMS pour l'élaboration d'un procédé de séparation membranaire à sélectivité variable et contrôlée. La nanofiltration se base une théorie relativement jeune. Les mécanismes impliqués dans les performances des membranes sont encore sujet à controverse au vu des données de la littérature. La caractérisation du gonflement solvo-dépendant du polymère, ainsi que de ses propriétés de compressibilité à l'état gonflé, ont permis de relier directement les propriétés de perméation et de tamisage moléculaire d'une membrane de PDMS à son état physico-chimique. L'étude de l'influence des paramètres opératoires a dans un premier temps permis d'apporter des éléments de compréhension significatifs concernant les propriétés de perméation résultant de la variabilité de l'agencement structural et géométrique du réseau polymérique. Degré de gonflement, compressibilité de la membrane lorsque soumise à la pression transmembranaire, affinités solvant/membrane et viscosité du solvant ont été mise en avant pour décrire le flux de solvant à travers la membrane. Au vu des résultats, ce dernier résulterait davantage d'un transport de type hydraulique à travers les interstices du PDMS gonflé, qui se comporte analogiquement à un système poreux dans cet état. Les mécanismes de transport impliqués ont pu être confirmés et agrémentés au cours d'une étude de la rétention de molécules modèles : les polyéthylèneglycols. Il a alors été montré, via l'étude de leur rétention individuelle, la faisabilité d'un procédé membranaire dont les performances sont variables et peuvent être ciblés par un choix adéquat des conditions opératoires. Deux types majeures d'influences ont alors pu être soulignée : celles liées à la structure du système solvant/PDMS et celles attribuées aux propriétés physico-chimique de la solution à traiter, présentant des effets synergique pour certains d'entre eux. Après avoir démontré la flexibilité contrôlée des performances de filtration, l'application du système de NF a été concrétisée par l'étude de la purification et du fractionnement de peptides : une purification d'un milieu issu d'une synthèse par voie chimique (un hydrazynopeptide) et le fractionnement ciblé d'un hydrolysat de protéines en provenance de ressources agroalimentaires. Cette étude prospective a alors permis de conclure à de prometteuses capacités du système de NF pour la mise en oeuvre de séparations membranaire dont la sélectivité et la productivité peut être appréhendée et ciblée par des conditions opératoires adaptées / The present study aimed to study the ability to build an adaptative and controlled separation process using PDMS membranes for organic solvent nanofiltration (OSN). Despite the well understanding of mechanisms implied in the performances of nanofiltration in aqueous media, the ones conditioning OSN productivity and sieving properties remains unclear. The characterization of the PDMS swelling when put in contact with several solvent and submitted under pressure allowed for correlating the structural conformation of the PDMS membrane to its permeation properties. The study of the influence of different operating parameters on the solvent fluxes has brought significant insights in the understanding of permeation mechanisms. Swelling degree (SL), membrane compressibility under transmembrane pressure (TMP), solvent/membrane affinity and solvent viscosity were pointed out as major parameters governing the filtration through PDMS membranes. The results concluded on a molecular transport attributed to hydraulic transport through the swollen PDMS, which behavior in this state was similar to a porous material. The transport mechanisms were confirmed and deepened with a study of solute retention using homologous series of polyethylenglycols as « model » molecules. The results have shown the ability to build a separation process with targeted performances when using the appropriate operating conditions (TMP, SL, temperature...). Two main categories of impact were shown to condition the selectivity and the productivity of the membrane: the ones attributed to the polymer/solvent layout and the ones concerning the physico-chemical properties of the filtrated solution. Both categories have in addition presented synergetic effects on the process performances. After the demonstration of the ability to vary and control the sieving properties of the PDMS membranes, the nanofiltration system was applied to two concrete case studies: a purification of a hydrazynopeptide after its production via a chemical synthesis and a fractionation of a protein hydrolyzate originating from renewable resources. In both cases, the prospection of the PDMS ability in terms of targeted selectivity and productivity showed interesting results that confirmed a promising development of a separation process among the sieving properties can be regulated by the application of suitable operating conditions