QCM : Techniques membranaires et dialyse — 33 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle est la fonction fondamentale d’une technique membranaire ?

Mélanger plusieurs phases pour homogénéiser leur composition
Chauffer un mélange afin d’en vaporiser les constituants
Transformer chimiquement les espèces présentes dans une seule phase
Transporter sélectivement des espèces entre deux phases séparées

Transporter sélectivement des espèces entre deux phases séparées

Explication

Une technique membranaire assure un transport sélectif et contrôlé d’espèces chimiques entre deux phases séparées par une membrane. La transformation chimique, le chauffage ou l’homogénéisation ne définissent pas ce procédé.

2. Quelle distinction décrit correctement la concentration et la purification dans un procédé membranaire ?

La concentration déplace le fluide, tandis que la purification contrôle la charge électrique
La concentration augmente la teneur d’une espèce, tandis que la purification élimine des impuretés
La concentration élimine les impuretés, tandis que la purification augmente la teneur d’une espèce
La concentration sépare deux phases, tandis que la purification impose une différence de pression

La concentration augmente la teneur d’une espèce, tandis que la purification élimine des impuretés

Explication

Concentrer consiste à augmenter la teneur d’une espèce, alors que purifier vise à retirer des impuretés. Assimiler ces deux objectifs inverse leur rôle respectif.

3. Qu’est-ce qu’une membrane perméselective ?

Une surface qui empêche tout transfert entre deux milieux de nature différente
Une interphase qui sépare deux milieux et contrôle sélectivement le transfert de leurs constituants
Un matériau qui transforme les constituants traversants par une réaction chimique
Une phase homogène qui mélange deux milieux afin d’égaliser leurs compositions

Une interphase qui sépare deux milieux et contrôle sélectivement le transfert de leurs constituants

Explication

Une membrane perméselective sépare deux milieux et règle de façon sélective le passage de leurs constituants. Elle ne bloque pas tout transfert et n’a pas pour définition de provoquer une réaction chimique.

4. Quelle association entre mode de transport et force motrice est correcte ?

La diffusion dépend d’un gradient de concentration, tandis que la convection accompagne le déplacement global du fluide
La diffusion dépend d’une réaction chimique, tandis que la convection résulte d’une charge électrique
La diffusion accompagne le déplacement global du fluide, tandis que la convection dépend d’un gradient de concentration
La diffusion exige une vaporisation, tandis que la convection résulte d’un équilibre thermique

La diffusion dépend d’un gradient de concentration, tandis que la convection accompagne le déplacement global du fluide

Explication

La diffusion est entraînée par un gradient de concentration, tandis que la convection est liée au mouvement global du fluide. Une différence de pression transmembranaire peut notamment fournir la force motrice du transport.

5. Pourquoi la filtration tangentielle convient-elle à un fonctionnement continu ?

La filtration tangentielle impose une vaporisation qui régénère automatiquement le filtre
L’écoulement parallèle à la membrane limite l’accumulation de particules sur le filtre
La filtration tangentielle supprime la séparation entre les particules et le fluide traité
L’écoulement perpendiculaire à la membrane accélère l’accumulation de particules sur le filtre

L’écoulement parallèle à la membrane limite l’accumulation de particules sur le filtre

Explication

En filtration tangentielle, l’écoulement parallèle réduit l’accumulation de particules à la surface, ce qui favorise le fonctionnement continu. La filtration frontale est davantage sujette à l’accumulation et généralement discontinue.

6. Quel avantage énergétique caractérise généralement les procédés membranaires ?

Ils remplacent généralement la membrane par une distillation à haute température
Ils nécessitent généralement une combustion, ce qui concentre les constituants dissous
Ils évitent généralement un changement de phase, ce qui réduit les besoins énergétiques
Ils provoquent généralement plusieurs changements de phase, ce qui accélère la séparation

Ils évitent généralement un changement de phase, ce qui réduit les besoins énergétiques

Explication

Les procédés membranaires ne requièrent généralement pas de changement de phase, ce qui diminue leur consommation énergétique. Les séparations fondées sur la vaporisation peuvent au contraire demander davantage d’énergie.

7. Quel effet la diversité des matériaux membranaires permet-elle d’obtenir ?

Des membranes ayant toutes une sélectivité identique pour chaque mélange
Des membranes possédant des sélectivités variées et parfois très élevées
Des membranes dont la séparation dépend principalement d’une réaction de combustion
Des membranes réservées aux mélanges contenant des particules visibles

Des membranes possédant des sélectivités variées et parfois très élevées

Explication

La variété des polymères et des matériaux inorganiques permet d’adapter la membrane à des sélectivités diverses, parfois très élevées. Cette diversité ne rend pas toutes les membranes équivalentes et ne limite pas leur usage aux particules visibles.

8. Pourquoi une température de fonctionnement proche de la température ambiante est-elle utile pour des constituants thermodégradables ?

Elle provoque leur vaporisation afin d’accélérer leur dégradation contrôlée
Elle permet de les traiter en préservant leur qualité biochimique ou organoleptique
Elle augmente leur température jusqu’à dépasser leur seuil de stabilité
Elle remplace la sélectivité membranaire par une séparation fondée sur la densité

Elle permet de les traiter en préservant leur qualité biochimique ou organoleptique

Explication

Une mise en œuvre proche de la température ambiante limite l’altération de constituants sensibles à la chaleur et préserve leurs qualités. Une température élevée ou une vaporisation pourrait au contraire dégrader ces constituants.

9. Pourquoi un procédé membranaire produit-il rarement deux produits totalement purs ?

Les deux flux sont généralement constitués de solvants ayant la même composition
Un des deux flux contient généralement une faible fraction de l’autre constituant
Le procédé impose généralement une réaction qui détruit les constituants séparés
La membrane transforme généralement les deux flux en un seul produit homogène

Un des deux flux contient généralement une faible fraction de l’autre constituant

Explication

La séparation membranaire laisse presque toujours une faible fraction du second constituant dans l’un des flux, de sorte que les produits ne sont pas totalement purs. Un flux presque pur ne signifie donc pas une pureté absolue.

10. Quel risque les solvants aromatiques ou oxygénés peuvent-ils présenter pour une membrane polymère ?

Ils peuvent augmenter sa résistance mécanique et prolonger sa durée de vie
Ils peuvent la dissoudre ou la déformer et réduire sa durée de vie
Ils peuvent convertir le polymère en matériau inorganique plus sélectif
Ils peuvent supprimer le transfert de matière sans modifier la structure polymère

Ils peuvent la dissoudre ou la déformer et réduire sa durée de vie

Explication

Certains solvants aromatiques ou oxygénés peuvent dissoudre ou déformer les membranes polymères, ce qui réduit leur durée de vie et leur compatibilité industrielle. Ils ne renforcent donc pas systématiquement la structure de ces membranes.

11. De quels paramètres dépend notamment la durée de vie d’une membrane ?

De la couleur du module, de sa forme extérieure et de la vitesse de remplissage
De la masse du réservoir, de la luminosité ambiante et du volume disponible
De la température, de la pression et de sa réactivité chimique avec le mélange
De la viscosité de l’air, de la distance au sol et du matériau des conduites

De la température, de la pression et de sa réactivité chimique avec le mélange

Explication

La température, la pression et la réactivité chimique entre la membrane et le mélange influencent notamment sa durée de vie. Les caractéristiques visuelles ou l’environnement mécanique proposés ne constituent pas les facteurs opératoires indiqués.

12. Quelle conséquence le colmatage entraîne-t-il sur le fonctionnement d’une membrane ?

Il augmente fortement le débit de perméat en ouvrant les pores
Il provoque une forte diminution du débit de perméat
Il élève la température de fonctionnement au-delà de la limite opératoire
Il transforme le perméat en produit totalement pur

Il provoque une forte diminution du débit de perméat

Explication

Le colmatage obstrue progressivement la membrane et entraîne une grande diminution du débit de perméat. Il ne favorise donc pas l’écoulement et ne garantit pas une pureté totale du produit.

13. Quel phénomène définit la dialyse à travers une membrane sélective ?

La migration d’un solvant à travers une membrane qui retient l’impureté
La filtration de toutes les espèces dissoutes selon leur masse moléculaire
Le déplacement d’ions sous l’action d’un champ électrique à travers la membrane
La diffusion d’une impureté peu moléculaire à travers une membrane qui retient le solvant

La diffusion d’une impureté peu moléculaire à travers une membrane qui retient le solvant

Explication

La dialyse correspond à la diffusion d’une impureté de faible masse moléculaire, tandis que la membrane ne laisse normalement pas passer le solvant. La migration ionique sous champ électrique relève de l’électrodialyse, et non de la dialyse classique.

14. Quelle force motrice provoque principalement le transfert d’une impureté en dialyse ?

Une différence de pression hydrostatique entre les deux compartiments
Un gradient de concentration entre les deux compartiments
Une différence de température entre les deux solutions
Un champ électrique appliqué perpendiculairement à la membrane

Un gradient de concentration entre les deux compartiments

Explication

Le transfert de l’impureté est entraîné par la différence de concentration entre les deux côtés de la membrane. Un champ électrique constitue plutôt la force motrice caractéristique de l’électrodialyse.

15. Selon la loi de Fick, comment évolue le flux du soluté lorsque le gradient de concentration augmente, toutes les autres grandeurs restant constantes ?

Il diminue proportionnellement au gradient de concentration
Il devient proportionnel à la pression osmotique du solvant
Il reste indépendant du gradient de concentration
Il augmente proportionnellement au gradient de concentration

Il augmente proportionnellement au gradient de concentration

Explication

La loi de Fick exprime le flux par Ji=K⋅CiI−CiIIρJ_i = K \cdot \frac{C_i^I-C_i^{II}}{\rho}, donc le flux croît avec la différence de concentration. La pression osmotique peut provoquer un flux de solvant, mais elle ne remplace pas le gradient de concentration dans cette relation.

16. Quelle expression définit la clairance d’une impureté dans un dispositif de dialyse ?

Cℓ=NCeI=QeI(1−CsICeI)C_{\ell}=\frac{N}{C_e^I}=Q_e^I\left(1-\frac{C_s^I}{C_e^I}\right)
Cℓ=NCsI=QeI(1−CeICsI)C_{\ell}=\frac{N}{C_s^I}=Q_e^I\left(1-\frac{C_e^I}{C_s^I}\right)
Cℓ=CeI−CsIN=QeI(1−CeIICsI)C_{\ell}=\frac{C_e^I-C_s^I}{N}=Q_e^I\left(1-\frac{C_e^{II}}{C_s^I}\right)
Cℓ=NCeI−CeII=QeI(1−CsICeII)C_{\ell}=\frac{N}{C_e^I-C_e^{II}}=Q_e^I\left(1-\frac{C_s^I}{C_e^{II}}\right)

$$C_{\ell}=\frac{N}{C_e^I}=Q_e^I\left(1-\frac{C_s^I}{C_e^I}\right)$$

Explication

La clairance est le débit équivalent d’épuration rapporté à la concentration d’entrée du compartiment traité, selon Cℓ=NCeI=QeI(1−CsICeI)C_{\ell}=\frac{N}{C_e^I}=Q_e^I\left(1-\frac{C_s^I}{C_e^I}\right). La différence entre les deux concentrations d’entrée intervient dans la définition de la dialysance.

17. Un dispositif reçoit le soluté aux concentrations CeIC_e^I et CeIIC_e^{II} dans ses deux compartiments. Quelle grandeur rapporte le débit transféré à l’écart entre ces concentrations d’entrée ?

La dialysance, définie par Dia=NCeI−CeIID_{ia}=\frac{N}{C_e^I-C_e^{II}}
La clairance, définie par Cℓ=NCeIC_{\ell}=\frac{N}{C_e^I}
Le coefficient de partage, défini par K=CsICeIK=\frac{C_s^I}{C_e^I}
Le rendement d’extraction, défini par E=CeI−CeIINE=\frac{C_e^I-C_e^{II}}{N}

La dialysance, définie par $$D_{ia}=\frac{N}{C_e^I-C_e^{II}}$$

Explication

La dialysance utilise l’écart de concentration entre les deux entrées, soit Dia=NCeI−CeIID_{ia}=\frac{N}{C_e^I-C_e^{II}}. La clairance est rapportée à la concentration d’entrée du compartiment traité et ne compare pas directement les deux entrées.

18. Quelle relation permet de calculer le rendement d’extraction dans un dispositif de dialyse ?

E=DiaQeI=CeI−CsICeI−CeIIE=\frac{D_{ia}}{Q_e^I}=\frac{C_e^I-C_s^I}{C_e^I-C_e^{II}}
E=QeIDia=CeI−CeIICeI−CsIE=\frac{Q_e^I}{D_{ia}}=\frac{C_e^I-C_e^{II}}{C_e^I-C_s^I}
E=DiaCeI=QeI−CsICeIIE=\frac{D_{ia}}{C_e^I}=\frac{Q_e^I-C_s^I}{C_e^{II}}
E=NQeI=CsICeI−CeIIE=\frac{N}{Q_e^I}=\frac{C_s^I}{C_e^I-C_e^{II}}

$$E=\frac{D_{ia}}{Q_e^I}=\frac{C_e^I-C_s^I}{C_e^I-C_e^{II}}$$

Explication

Le rendement d’extraction compare la dialysance au débit d’entrée du compartiment traité et s’écrit aussi comme un rapport de différences de concentration. L’inversion de ce rapport correspondrait à une grandeur réciproque, pas au rendement défini ici.

19. Quelle est la finalité principale de l’hémodialyse ?

Remplacer la digestion intestinale et concentrer les nutriments sanguins
Traiter une insuffisance respiratoire et éliminer le dioxyde de carbone
Suppléer une fonction rénale insuffisante et extraire les déchets métaboliques
Stimuler la production hormonale et augmenter la synthèse des protéines

Suppléer une fonction rénale insuffisante et extraire les déchets métaboliques

Explication

L’hémodialyse applique le principe de la dialyse pour suppléer les reins défaillants et retirer des déchets métaboliques du sang. Les fonctions digestives, respiratoires et la synthèse protéique ne constituent pas sa finalité principale.

20. Quel ensemble contient des déchets métaboliques ciblés par l’hémodialyse ?

Le glucose, l’albumine et les triglycérides
Les protéines, les anticorps et les enzymes
Les phospholipides, les hormones et les vitamines
L’urée, l’acide urique et la créatinine

L’urée, l’acide urique et la créatinine

Explication

L’urée, l’acide urique et la créatinine font partie des déchets métaboliques que l’hémodialyse vise à extraire. Les protéines, notamment, doivent être préservées plutôt qu’éliminées par le traitement.

21. Lors d’une hémodialyse, quelles substances et quels équilibres doivent être préservés ?

Les protéines, certains sels minéraux et les bilans électrolytique et aqueux
Les déchets azotés, les protéines et l’excès d’eau du compartiment sanguin
Les sels minéraux, la créatinine et les déchets métaboliques pour éviter leur extraction
Les protéines, l’urée et l’acide urique afin de maintenir la composition du sang

Les protéines, certains sels minéraux et les bilans électrolytique et aqueux

Explication

L’hémodialyse doit éliminer les déchets métaboliques tout en préservant les protéines, certains sels minéraux et les équilibres électrolytique et aqueux. L’urée et la créatinine sont au contraire des déchets ciblés par l’épuration.

22. Quel phénomène caractérise la dialyse de Donnan ?

Le passage sélectif d’ions à travers une membrane perméable à ces ions
Le déplacement d’ions sous l’action d’un champ électrique extérieur
Le passage d’une impureté dissoute à travers une membrane sans sélection ionique
La rétention de toutes les espèces dissoutes par une membrane poreuse

Le passage sélectif d’ions à travers une membrane perméable à ces ions

Explication

La dialyse de Donnan repose sur la diffusion d’anions ou de cations à travers une membrane qui leur est perméable. La dialyse classique concerne plutôt une impureté diffusible et ne requiert pas de sélectivité ionique.

23. Quelle force motrice permet à la dialyse de Donnan d’éliminer des sels d’une solution ?

Une différence de concentration entre les solutions séparées
Un champ électrique appliqué entre deux électrodes
Une réaction chimique produisant des ions dans la membrane
Une différence de pression à travers la membrane

Une différence de concentration entre les solutions séparées

Explication

La dialyse de Donnan utilise une différence de concentration comme force motrice, ce qui peut entraîner l’élimination des sels. Le champ électrique est la force motrice caractéristique de l’électrodialyse.

24. Une membrane dense porte des groupements ionisés fixes et ne possède pas de pores : comment la caractériser ?

Comme une membrane neutre de diffusion non sélective
Comme une membrane ionique sélective
Comme une membrane poreuse de filtration mécanique
Comme une membrane bipolaire destinée à dissocier l’eau

Comme une membrane ionique sélective

Explication

Une membrane ionique est dense, dépourvue de pores, et contient des groupements ionisés fixes qui sélectionnent les ions traversants. Une membrane bipolaire possède en plus deux faces ioniques et une interphase hydrophile.

25. Une membrane porte des groupements fixes négatifs : quels ions peuvent principalement la traverser ?

Les cations et les anions dans les mêmes proportions
Les cations, attirés par les charges fixes opposées
Les molécules neutres, retenues par effet Donnan
Les anions, attirés par les charges fixes identiques

Les cations, attirés par les charges fixes opposées

Explication

Les groupements fixes négatifs attirent les cations et excluent les anions de même signe par effet Donnan. La nature des ions mobiles dépend donc du signe des charges fixes de la membrane.

26. Quelle condition provoque le transfert d’ions en électrodialyse ?

L’établissement d’une différence de concentration sans champ appliqué
L’application d’un champ électrique à travers une membrane sélective
La compression mécanique d’une membrane dépourvue de pores
La dissociation spontanée de l’eau dans une membrane neutre

L’application d’un champ électrique à travers une membrane sélective

Explication

L’électrodialyse transfère les ions à travers des membranes perméables sous l’action d’un champ électrique. Une différence de concentration constitue plutôt la force motrice de la dialyse de Donnan.

27. Comment une membrane pluripolaire amphotère se comporte-t-elle selon le pH ?

Elle peut se comporter comme une membrane cationique ou anionique
Elle perd ses groupements ionisés et devient une membrane neutre
Elle devient une membrane bipolaire avec dissociation de l’eau
Elle conserve une perméabilité identique aux cations et aux anions

Elle peut se comporter comme une membrane cationique ou anionique

Explication

Une membrane pluripolaire amphotère contient les deux types de groupements dans sa masse et son comportement dépend du pH. Elle peut ainsi fonctionner comme membrane cationique ou comme membrane anionique.

28. Quelle structure constitue une membrane bipolaire ?

Une face neutre, une face anionique et une couche métallique conductrice
Une seule couche ionique contenant des pores remplis d’électrolyte
Une face anionique, une face cationique et une interphase hydrophile
Deux faces cationiques séparées par une couche poreuse neutre

Une face anionique, une face cationique et une interphase hydrophile

Explication

La membrane bipolaire associe une face anionique, une face cationique et une interphase hydrophile de jonction. L’eau s’y dissocie en ions, ce qui la distingue d’une membrane ionique simple.

29. Dans un électrodialyseur, quel circuit alimente les électrodes ?

Le circuit de concentration qui recueille les ions transférés
Le circuit commun qui mélange les solutions des compartiments
Le circuit annexe dédié à l’alimentation des électrodes
Le circuit de dilution qui traverse les compartiments dilués

Le circuit annexe dédié à l’alimentation des électrodes

Explication

Les circuits de dilution et de concentration alimentent en parallèle leurs compartiments respectifs, tandis qu’un circuit annexe alimente les électrodes. Ces fonctions hydrauliques et électriques sont donc séparées.

30. Comment calculer la résistance électrique spécifique d’une membrane d’épaisseur ee et de résistivité ρm\rho_m ?

rm=ρm+er_m=\rho_m+e
rm=ρmer_m=\rho_m e
rm=e−ρmr_m=e-\rho_m
rm=ρmer_m=\frac{\rho_m}{e}

$$r_m=\rho_m e$$

Explication

La résistance électrique spécifique est donnée par le produit de la résistivité de la membrane et de son épaisseur, soit rm=ρmer_m=\rho_m e. Elle s’exprime en Ω·cm².

31. Quelle combinaison contribue à limiter la consommation d’énergie d’une membrane ionique ?

Une forte résistance électrique et une grande épaisseur
Une faible résistance électrique et une faible épaisseur
Une forte capacité de gonflement et une grande épaisseur
Une faible résistance électrique et une épaisseur très élevée

Une faible résistance électrique et une faible épaisseur

Explication

Une faible résistance réduit l’opposition au passage du courant, et une membrane généralement plus mince limite le trajet électrique. L’épaisseur est habituellement inférieure à 0,5 mm, voire à 1 mm.

32. Que mesure le gonflement d’une membrane ionique ?

Le nombre de groupes échangeurs d’ions par gramme de matériau
L’augmentation de volume de la membrane humide par rapport à son volume sec
L’opposition électrique de la membrane au passage du courant
Le flux d’une substance non chargée sous une différence de concentration

L’augmentation de volume de la membrane humide par rapport à son volume sec

Explication

Le gonflement compare le volume de la membrane humide à celui de la membrane sèche et vaut généralement 10 à 20 %, avec un maximum de 50 %. Le nombre de groupes échangeurs correspond plutôt à la capacité d’échange.

33. Pour une substance non chargée, quelle relation exprime le coefficient de dialyse lorsque UU est la mobilité et Δc\Delta c la différence de concentration ?

J=U+ΔcJ=U+\Delta c
J=U⋅ΔcJ=U\cdot\Delta c
J=UΔcJ=\frac{U}{\Delta c}
J=U−ΔcJ=U-\Delta c

$$J=U\cdot\Delta c$$

Explication

Pour une substance non chargée, le coefficient de dialyse est le produit de la mobilité par la différence de concentration, soit J=U⋅ΔcJ=U\cdot\Delta c. Une division ou une addition ne correspond pas à la relation donnée.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 61 flashcards sur Techniques membranaires et dialyse.

Qu'est-ce qu'une technique membranaire ?

Un procédé pour un transport sélectif et contrôlé entre deux phases séparées par une membrane.

À quoi servent les techniques membranaires ?

À concentrer, purifier ou fractionner un mélange.

Qu'est-ce qu'une membrane perméselective ?

Une interphase contrôlant sélectivement le transfert entre deux milieux.

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