Lorsque l’on place deux solutions de concentrations différentes (en sel, en sucre ou autre soluté) de part et d’autre d’une membrane semi-perméable, une différence de pression apparaît spontanément, provoquant le passage de l’eau de la solution la moins concentrée vers la solution la plus concentrée. Ce phénomène naturel, l’osmose, s’exerce jusqu’à ce que la concentration soit identique de chaque côté de la membrane. Il est utilisé industriellement dans deux procédés de séparation : l’osmose inverse et l’osmose directe.
L’OSMOSE INVERSE
Le fonctionnement de l’osmose inverse est relativement simple : lorsqu’on applique une forte pression sur la solution faiblement concentrée, son eau migre à travers la membrane, ce qui augmente le niveau de concentration de la solution. L’application la plus connue est la désalinisation de l’eau de mer, mais ce procédé peut aussi servir à concentrer des liquides comme de l’eau d’érable, du jus ou du lactosérum. Le principal avantage de l’osmose inverse est l’absence d’utilisation de chaleur et son efficacité énergétique, en comparaison avec d’autres méthodes de concentration comme l’évaporation ou l’atomisation. Par contre, à mesure que le fluide se concentre, la pression appliquée doit être augmentée pour conserver un débit de production intéressant, augmentant ainsi les dépenses énergétiques. Au-delà d’un certain seuil (de 15 à 25 % de solides), il devient plus avantageux d’utiliser d’autres procédés de concentration.
L’OSMOSE DIRECTE
Moins connue en industrie que l’osmose inverse, l’osmose directe consiste à concentrer un liquide grâce à l’utilisation d’une solution de soutirage très concentrée en sel, en sucre ou autre soluté. Cette solution de soutirage va attirer l’eau du liquide que l’on cherche à concentrer. L’osmose directe ne nécessite pas l’application de pressions élevées et peut être utilisée à température ambiante, ce qui évite de dégrader les molécules fragiles. Elle permet également d’atteindre un niveau de concentration allant jusqu’à 65 % de solides. En revanche, la solution de soutirage se dilue à mesure qu’elle attire l’eau du liquide à concentrer ; il faut donc continuellement la régénérer afin qu’elle ne perde pas son efficacité. Cette régénération peut se faire par le remplacement de la solution de soutirage, par ajout de soluté, par évaporation ou par osmose inverse. La recherche dans le domaine porte principalement sur la conception de membranes plus efficaces et plus résistantes, et sur la composition des solutions de soutirage.
LE VERDICT
L’osmose inverse est une technologie mature, utilisée pour une foule d’applications, mais qui ne permet pas d’atteindre une teneur élevée en solides totaux. L’osmose directe, quant à elle, présente un grand potentiel : elle permet d’obtenir une teneur élevée en solides totaux et elle est particulièrement bien adaptée à la concentration de molécules fragiles. Cependant, les applications industrielles sont encore récentes, et cette technologie peut encore être améliorée.
Pour obtenir le maximum de ces deux formes d’osmose, il est avantageux de les utiliser en synergie. Par exemple, l’entreprise française Ederna a récemment développé un produit issu de ces deux technologies : un concentré de café infusé à froid. Après l’infusion, le café est d’abord concentré par osmose inverse pour retirer le plus d’eau possible, puis par osmose directe afin d’atteindre un taux de solides de 60 %. Des analyses ont démontré que le concentré obtenu par Ederna préservait 85 % des composés aromatiques, en comparaison avec 35 % pour le procédé traditionnel (évaporation). Cette méthode de fabrication combinant les deux formes d’osmose peut s’appliquer à des produits à base d’eau, particulièrement ceux pour lesquels il est important de préserver les propriétés sensorielles et les composés thermosensibles.
