Introduction. La filtration membranaire est largement utilisée pour la séparation et concentration des solutés et/ou des colloïdes. Par exemple, la microfiltration tangentielle, MF du lait écrémé est appliquée pour la séparation de protéines sériques PS (macromolécules, qui peuvent traverser la membrane et passer dans le perméat) des micelles de caséine MC (nanoparticules, qui sont retenues par la membrane et s’accumulent dans le rétentat) et la concentration des micelles de caséine dans le rétentat. La transmission des solutés TR (e.g., la transmission de PS, TRPS) et le flux de la perméation (Jp) sont deux paramètres majeurs qui définissent l’efficacité de la séparation-concentration membranaire. Pour un module de filtration donné, TR et Jp dépendent des paramètres opératoires de la filtration (notamment, la pression transmembranaire PTM, et la vitesse de recirculation du rétentat v) et de la composition du rétentat (qui est classiquement prise en compte via la valeur du facteur de réduction volumique du rétentat, FRV). La MF est normalement réalisée en continu dans un système multi-étagé où chaque étage i est composé de plusieurs modules de filtration, qui fonctionnent à FRVi constant. Le rétentat issu de l’étage i – 1 alimente l’étage i de sorte que FRV1 < FRV2 < … < FRVi–1 < FRVi < … < FRVN (avec N, le nombre total d’étages). Les valeurs de N et de FRVN sont classiquement imposées par les coûts d’investissement et de fonctionnement (plus N est grand, plus le nombre de pompes, de capteurs … est élevé) et le cahier de charges du procédé de concentration-séparation (FRVN doit correspondre au taux de concentration des molécules/particules cibles souhaité dans le produit issu du système MF). Le débit volumique du rétentat issu de chaque étage est défini par le débit volumique d’alimentation de cet étage ainsi que par ni·S·Jpi, le débit volumique de perméat produit (où ni est le nombre de modules de l’étage i, S est la surface membranaire d’un module, et Jpi le flux de perméation de l’étage i, qui dépend de la composition du rétentat i, notamment de FRVi, PTMi, et vi). Pour concevoir un système de filtration continue multi-étagé, il est nécessaire (1) de minimiser la surface membranaire (nombre de modules de filtration) nécessaire pour assurer le fonctionnement continu du système, et (2) de maximiser la séparation (i.e. le taux de récupération des PS et la séparation des PS et des MC dans le cas de la MF de lait) en définissant la meilleure combinaison des FRVi (i = 1…N) et de paramètres opératoires (PTMi et vi) pour chaque étape. Cette conception doit également intégrer les coûts d’investissement et de fonctionnement qui seront minimisés. L’approche de Jeantet et al. (2011), qui repose sur des bilans matières (global et sur chaque étage), peut être utilisée pour définir la surface membranaire à mettre en œuvre sur chaque étage pour des FRVi données, ainsi que pour calculer la meilleure combinaison des FRVi, qui correspond à la surface membranaire minimale du système (Objectif 1). Cette approche nécessite la connaissance de la relation Jpi vs. FRVi, qui peut être obtenue expérimentalement (classiquement, dans un système qui fonctionne en mode batch pour raison de simplicité). Cependant, cette approche ne prend pas en compte les relations complexes entre l’efficacité de la séparation et les paramètres opératoires (Objectif 2). Objectifs. Ce travail porte sur le développement d’une méthode générale de conception et de dimensionnement de systèmes multi-étagés continus qui prend en compte simultanément les objectifs de minimisation de surface (Objectif 1) et d’efficacité de séparation (Objectif 2). Basée sur des approches de bilan matière (théorique), cette méthode vise l’identification des paramètres clés du dimensionnement (en plus de la surface membranaire et de FRV de chaque étage) et propose le design d’une étude multiparamétrique pour obtenir les résultats expérimentaux (comme les valeurs de Jp et TR en fonction de la composition du rétentat, PTM, et v) en mode batch. La démarche est illustrée par le dimensionnement d’un système de microfiltration multi-étagé pour séparer-concentrer les protéines du lait. Résultats et conclusions. La méthode développée a démontré qu’un compromis doit être trouvé entre la minimisation de la surface membranaire de modules et l’augmentation du taux de la séparation de solutés dans le perméat. Il a été mis en évidence que dans un cas général, les essais réalisés dans un système qui fonctionne en mode batch sans modification du produit à filtrer ne permettent pas d’obtenir des rétentats de composition similaire à la composition de rétentats obtenus en mode continu dans un système multi-étagé, ce que remet en question l’applicabilité des dépendances Jp vs. FRV et TR vs. FRV obtenus en mode batch pour le dimensionnement de systèmes multi-étagés. Par conséquent, le changement du ratio entre le composé retenu et le soluté transmissible dans les essais réalisés en mode batch est nécessaire pour obtenir les résultats pertinents pour un tel dimensionnement. Les essais de MF de lait ont été réalisés à l’échelle pilote (mode batch, système UTP, membrane céramique, taille de pores 0.1 μm) dans une gamme des paramètres opératoires compatibles à celle utilisée industriellement pour la concentration-séparation de protéines laitières : PTM = 0.4 – 1.0 (bar), v = 6.0 – 7.0 (m·s–1), et FRV = 1.0 – 3.5. Le rôle de la durée de la filtration sur Jp et TRPS a été également étudié (t = 30 min – 4 h). Il a été démontré que la TRPS dépendait de la concentration en PS dans le rétentat ainsi que de la durée de la filtration à FRV donné, mais que cette dépendance avait une faible influence sur le dimensionnement de la microfiltration du lait écrémé et pouvait être négligée dans le cas de la MF du lait (FRVN = 3.5, t = 8 h).