Soutenance de thèse de Maryse DROUIN

Suite à la réduction des émissions de composés soufrés en pleine mer de 85 %, des unités de traitement de gaz d’échappement hybrides ont été installées sur les navires de commerce. Ces unités combinent le traitement du gaz par absorption et l’épuration des effluents liquides par filtration membranaire. La mise en place de ces procédés embarqués est récente (2020) et les contraintes d’opérabilités sont nombreuses notamment en ce qui concerne le fonctionnement des unités membranaires. Dans ce contexte, la thèse a pour principaux objectifs : (i) d’étudier le transfert de matière au travers des membranes (ii) d’optimiser les conditions opératoires et la gestion des procédés afin de (iii) fiabiliser le couplage des procédés en vue d’une utilisation continue. Pour cela, une caractérisation des différentes qualités d’eau à traiter obtenue après le lavage des gaz d’échappement a été réalisée. Puis le comportement et les performances des membranes multitubulaires, en carbure de silicium (SiC) et en oxyde de zircone (ZrO2), ont été étudiés à l’échelle semi-industrielle pour la filtration d’effluents réels. Les résultats obtenus ont permis pour chaque membrane de préconiser des paramètres de fonctionnement stable et de simplifier la gestion des unités embarquées. Les paramètres recommandés pour les membranes SiC, ont été validés en conditions réelles sur l’un des navires au cours de la navigation. Lors de cette étude, les résultats ont également mis en avant mettant une robustesse et une flexibilité de l’unité membranaire vis-à-vis du procédé global de désulfuration. Le traitement des eaux permet une navigation plus respectueuse de l’environnement avec la production d’un perméat exempt de matières en suspension et moins concentré en ions métalliques et en hydrocarbures. De plus, les paramètres préconisés ont permis une réduction de 70 % du volume de concentrat, dont le stockage est aujourd’hui la principale limitation à l’utilisation continue des unités en Closed Loop.

The SOx exhaust gas emission concentration allowed in open seas decreases by 85 %. Thus, hybrid exhaust gas cleaning systems (EGCS) have been installed on maritime vessels. The EGCS combined absorption columns for the gas treatment and a membrane filtration unit for the generate liquid effluent purification. Due to the novelty of this type of installation on board (2020), some limitations and operational constraints exist especially regarding the membrane treatment unit. In this context, the thesis main objectives are (i) studying the mass transfer through membranes (ii) optimizing the operating conditions and the entire process on board management in order to (iii) make the coupling (scrubber and membrane) reliable for a long-term and a continuous usage. As a first step, scrubber waters were characterized to screen out their properties. Then, a semi-industrial study was conducted to understand the multi-tubular mineral membrane performances for the real scrubber water filtration. Two membrane materials were studied: silicon carbide (SiC) and zirconia (ZrO2). From results obtained, suitable operating parameters for each membrane are recommended. For the SiC membranes, the defined operating parameters were then applied and validated during the ship navigation. At the same time, results highlighted the robustness and the flexibility of the water treatment unit regarding the entire desulfurization process. Scrubber waters treatment generating a more environmentally friendly navigation. Permeate waters produced did not contain suspended matter and a lower concentration of heavy metal and hydrocarbons were found. Additionally, the recommended parameters highlighted a reduction of 70 % of the concentrate water produced, whose storage is the main limitation of Closed Loop continuous running.