PErSeVAL

Responsable

Laurence MUHR • Professeur des universités

Plan

SAFE : Sécurité Aérosol Filtration Explosion
Procédés HydroMétallurgiques : de la Conception à l’Optimisation
Procédés pour l’Eau et l’Energie Electrique

Voir aussi

Mots-clefs :
Valorisation des ressources
Hydrométallurgie
Mobilité bas carbone
Sécurité
Procédés séparatifs
Traitement des effluents
Procédés Polyphasiques
Modélisation et simulation de procédés

Procédés pour l’Environnement, la Sécurité et la Valorisation des Ressources

L’essor industriel au niveau mondial, s’il est indubitablement source d’amélioration des conditions de vie, est également à l’origine de risques portant sur la sécurité des personnes, des biens et sur l’intégrité de l’environnement. En parallèle, depuis plus d’un demi-siècle, la conjonction de la croissance démographique et de l’augmentation de la consommation font peser sur l’humanité des menaces liées notamment à la dégradation des écosystèmes, au changement climatique et à l’épuisement des ressources naturelles.

L’amélioration de la qualité des milieux (air, eaux, sols), l’exploitation raisonnée des ressources et la maîtrise des risques industriels sont ainsi devenus des enjeux fondamentaux dans le contexte d’une économie et d’un développement durables. En tant que science intégrative, le procédés contribue à relever ces défis.

Au sein de l’axe Perseval, trois thématiques (Sécurité Aérosols Filtration Explosion, Procédés HydroMétallurgiques : de la conception à l’Optimisation et Procédés pour l’Eau et l’Energie Electrique) s’associent afin de répondre à ces défis scientifiques, en :

développant des procédés innovants de traitement des effluents (gazeux, aérosols, liquides) et pollutions (sols),
proposant des procédés intrinsèquement plus propres et plus sûrs, notamment au moyen d’approches multi-échelles,
contribuant à la gestion raisonnée des ressources, en valorisant les ressources secondaires peu ou pas exploitées (hydrométallurgie, méthanisation, valorisation des déchets…)
s’appuyant sur le concept de l’ingénierie circulaire
concevant et/ou optimisant des procédés permettant l’utilisation et la production d’énergies renouvelables (procédés électrochimiques pour la conversion d’énergie, pour la mobilité décarbonée…),
développant des outils d’analyse environnementale de procédés pour l’évaluation des impacts et des risques.

SAFE : Sécurité Aérosol Filtration Explosion

L’équipe SAFE partage une vision et une finalité commune : développer l’expertise dans le domaine de la prévention des risques afin de proposer des procédés intrinsèquement plus propres et plus sûrs. Trois thématiques sont plus particulièrement abordées dans une optique de compréhension des phénomènes, de modélisation, de simulation et l’optimisation de procédés :

la séparation gaz/particules,
l’adsorption,
l’explosion de poussières.

L’équipe SAFE est ainsi dotée de trois plateformes technologiques spécifiques permettant les études i) des aérosols et de leur filtration, ii) des adsorbants et des dynamiques d’adsorption, iii) de l’inflammation/l’explosion de poudres et de mélanges gaz/poussières. En complément de l’approche expérimentale, des simulations numériques sont effectuées afin de proposer des approches prédictives. Enfin, elle collabore notamment avec l’INRS dans le cadre du laboratoire commun LFA (Laboratoire Filtration et Adsorption) et l’IRSN dans le cadre du LIMA (Laboratoire sur les Interactions Médias Aérosol)

Procédés HydroMétallurgiques : de la Conception à l’Optimisation

L'utilisation croissante de métaux pour des applications stratégiques telles que celles liées à la transition énergétique ou la mobilité électrique entraîne des problèmes d'approvisionnement et de criticité pour certains d’entre eux. La nécessité d'exploiter des minerais plus pauvres et des ressources secondaires conduit à des défis scientifiques que notre équipe tente de relever en concevant, en mettant en œuvre et en optimisant des procédés hydrométallurgiques, avec une expertise dans toute une gamme de procédés de séparation tels que la précipitation, l'échange d'ions, la nanofiltration et l'électrodialyse. La spéciation joue un rôle clé dans toutes ces opérations unitaires et des méthodologies ont été développées pour la prendre en compte. Les métaux récupérés proviennent de diverses ressources secondaires. L'agromine constitue un domaine d'expertise de l'équipe. La récupération de métaux dans les sols grâce à des plantes hyperaccumulatrices permet une phytoremédiation ainsi qu’une valorisation de ces métaux biosourcés. La mine urbaine est une autre ressource, avec le développement de procédés de recyclage (batteries, DEEE, catalyseurs, etc.). L'impact environnemental de ces procédés est évalué grâce à l'analyse de cycle de vie (ACV). L'équipe dispose également d'une expertise dans la modélisation, la simulation et l'optimisation de ces procédés.

Procédés pour l’Eau et l’Energie Electrique

L’équipe se consacre à deux thématiques principales :

Procédés pour le traitement des eaux résiduaires urbaines et industrielles, des eaux naturelles ainsi que pour le recyclage et la valorisation des ressources,
Procédés de conversion de l’énergie électrique à destination du transport péri-urbain en couplant production et stockage.

L’étude de ces thématiques s’appuie sur des expertises dans quatre corps méthodologiques :

Aspects métrologiques pour l’acquisition de données physiques (champ de vitesse, température, pression, potentiel), physico-chimiques (pH, redox, conductivité, concentrations), ou biologiques (biomasse, ATP, métagénomique). Ces données sont interprétées par des modélisations de phénomènes d’écoulement, de transferts et de cinétiques réactionnelles chimiques, biologiques et électrochimiques afin de comprendre par exemple la dissémination de polluants et de micropolluants ou la répartition de puissance d’une source hybride.
Étude des phénomènes polyphasiques : hydrodynamique, transferts de matière, de chaleur et de charges électriques vers une interface (bulles, gouttes, cellules vivantes ou encore électrodes) avec possible couplage de cinétiques réactionnelles et ce, avec une approche multi-échelle.
Conception innovante de procédés comme pour le développement de solutions d’épuration des eaux fondées sur la nature (exemple : Zones de Rejets Végétalisées).
Évaluation environnementale de procédés au moyen de l’Analyse de Cycle de Vie, ACV.

L’équipe dispose d’un large parc de matériels adapté aux besoins expérimentaux tant à l’échelle du laboratoire que dans des plates-formes technologiques telles que HyMob pour la mobilité électrique hydrogène à la Faculté des Sciences et Technologies de Nancy. Par ailleurs, les travaux de recherche de P3E sont souvent menés en collaboration avec d’autres laboratoires comme LCPME, IJL, CRAN, GREEN ou la Zone Atelier Moselle, ZAM.