Simulations Monte-Carlo pour l'estimation de la perméabilité effective des membranes à matrice mixte

Ces dernières années ont vu un développement important des membranes à matrice mixte (MMM) pour une myriade d'applications. Pour la séparation des gaz, on souhaite simultanément améliorer la perméabilité, la sélectivité et les propriétés physico-chimiques de la membrane. Pour aider à atteindre ces objectifs, la caractérisation expérimentale et les modèles prédictifs peuvent être utilisés en synergie. Dans ce travail, un algorithme de Monte-Carlo (MC) est proposé pour estimer rapidement et avec précision la perméabilité relative des MMM idéales sur une large gamme de conditions. La différence des coefficients de diffusivité entre la matrice du polymère et la particule intégrée permet d'ajuster la progression aléatoire des espèces migrantes à l'intérieur de chaque phase. Les coefficients de solubilité des deux phases sont utilisés pour contrôler la migration des molécules d'une phase à l'autre de manière à atteindre progressivement l'équilibre de phase à l'interface. Les résultats de diverses MMM ont été comparés aux résultats obtenus avec la méthode des différences finies sous des conditions identiques, où les résultats de la méthode des différences finies sont utilisés dans cette étude comme méthode de référence pour tester la précision de l'algorithme de Monte-Carlo. Les résultats se sont avérés très précis (en général < 1% d'erreur) sur une large gamme de caractéristiques du polymère et de la particule intégrée. L'algorithme de MC est simple et rapide à mettre en œuvre.