La filtration est un procédé de séparation servant à séparer les constituants d'un mélange qui possède une phase liquide et une phase solide au travers d'un milieu poreux. La filtration est une technique particulièrement utilisée que ce soit dans le domaine de l'agro-alimentaire ou de la pharmacie ou par de nombreuses espèces animales, essentiellement aquatique.

L'utilisation d'un filtre sert à retenir les particules du mélange hétérogène qui sont plus grosses que les trous du filtre (porosité). Le liquide ayant subi la filtration s'appelle filtrat, et ce que le filtre retient s'appelle un résidu (aussi couramment nommé "gâteau" ou rétentat).

Définition

La filtration : La filtration est une opération dans laquelle les particules solides restent sur le filtre et on récupère un mélange homogène.

Classification des filtrations

Mode de passage du fluide

Il existe deux principales techniques de filtration :

• La filtration frontale, la plus connue, consiste à faire passer le fluide à filtrer perpendiculairement à la surface du filtre. C'est la technique employée par exemple pour les filtres à café. Les particules étant retenues par le filtre, cette technique est limitée par l'accumulation des particules à sa surface, qui finissent progressivement par le boucher (colmatage).
• La filtration tangentielle, au contraire, consiste à faire passer le fluide tangentiellement à la surface du filtre. C'est la pression du fluide autorise ce dernier de traverser le filtre. Les particules, dans ce cas, restent dans le flux de circulation tangentiel, et le bouchage s'effectue ainsi nettement moins vite. Cependant, cette technique est réservée à la filtration des particulièrement petites particules, d'une taille allant du nanomètre jusqu'au micromètre.

Dimension des particules

On peut aussi nommer différemment l'opération de filtration suivant la taille des pores du filtre :

• filtration clarifiante  : quand le diamètre des pores se situe entre 10 et 450 micromètres
• microfiltration : quand le diamètre des pores se situe entre 10 nm et 10 micromètres
• ultrafiltration : quand le diamètre des pores se situe entre 1 et 10 nm
• osmose inverse : quand le diamètre des pores se situe entre 0, 1 et 1 nm
• filtration stérilisante  : quand le diamètre des pores est inférieur à 0, 22 micromètres (permet la rétention de Micro-organisme)

Mécanismes de filtration

Le criblage (ou tamisage)

C'est un phénomène mécanique, autrement nommé filtration en surface. Le filtre est une membrane perforée par des pores calibrés et de diamètres voisins. Le filtre retient l'ensemble des particules dont le diamètre est supérieur au diamètre des pores. On parle de filtre écran ou de filtre membrane.

L'avantage de cette technique est qu'elle ne retient pas les liquides. Les inconvénients sont :

• Possibilité de colmatage du filtre. Pour y pallier, on augmente le diamètre du filtre et/ou on utilise un préfiltre de diamètre supérieur.
• Faible capacité de rétention.

L'adsorption

Autrement nommée filtration en profondeur. Ce mécanisme consiste à retenir à l'intérieur du réseau poreux du filtre des particules dont la taille peut être inférieure au diamètre des pores.

C'est un phénomène physique, avec 2 facteurs principaux :

• Réseau poreux chargé électriquement
• Constitué par de longs et fins canalicules fortement contournés.

Filtres constitués de cellulose, laine, coton.

L'avantage principal est la grande capacité de rétention.

Les inconvénients sont :

• Possibilité de relâcher les particules (relarguage ou désorption).
• Adsorption de liquides.
• Difficulté de définir la porosité.

Caractéristiques physiques des filtres

Capacité de rétention

Elle correspond au diamètre de la plus grande particule solide qui passe à travers le filtre. Selon le mécanisme, on parlera de diamètre moyen des pores (pour le criblage) ou de seuil de rétention (pour l'adsorption).

Diamètre moyen des pores

La porosité est le diamètre maximum des particules retenues par le filtre. La porosité est déterminée par la mesure d'une pression, selon la formule suivante :

Il y a une arrivée d'air comprimé dans un tube hermétiquement clos qui contient le filtre à étudier. De l'eau est apportée pour humecter la partie supérieure du filtre. Puis, on augmente progressivement la pression de l'air et on note la pression indispensable pour faire apparaître la première bulle d'air, c'est le point de bulle, servant à déterminer la taille des particules les plus grosses pouvant passer à travers le filtre et par conséquent, sa spécificité. Après avoir toujours augmenté la pression, des bulles apparaissent sur la totalité de la surface, et on obtient le diamètre moyen des pores.

Grâce à la formule, on calcule deux valeurs de porosité :

1. le diamètre des plus gros pores
2. la porosité elle-même du filtre

Seuil de rétention

C'est le diamètre de la plus grande particule sphérique solide qui passe au travers du filtre dans des conditions données. Il correspond à 1% des particules d'un diamètre donné retenues par le filtre.

Débit de filtration

Il correspond à la quantité de filtrat recueillie pendant une unité de temps. La formule de poiseuille permet théoriquement de le déterminer :

3

Le débit augmente avec la surface, la pression et le diamètre des pores. Il diminue avec la viscosité du fluide et la longueur du filtre.

Ce débit n'est pas constant, car il se produit un phénomène de colmatage. Le colmatage ralentit la filtration par augmentation de l'épaisseur du filtre, mais également par réduction du diamètre des pores.

Caractéristiques des performances des filtres

Pouvoir de séparation

Il doit être homogène et stable dans le temps. Il dépend de la structure du filtre avec répartition homogène du pore, et il ne doit pas y avoir d'évolution du diamètre avec le temps.

Efficacité nominale

C'est la valeur arbitraire relative basée sur le pourcentage de rétention (en million de particules) comparé à la valeur de référence donnée par le fabricant. Malheureusement différents fabricants de filtres définissent l'efficacité nominale de manière différente. Certains définissent l'efficacité sur la base du pourcentage de rétention des particules de taille égale au seuil de filtration, tandis que d'autres la définissent sur la base du pourcentage de rétention des particules de taille égale ou supérieure au seuil de filtration, ce qui donne bien entendu une valeur plus élevée. Cette variété de définitions rend la comparaison entre filtres particulièrement ardue pour les utilisateurs.

Efficacité absolue

Elle correspond au diamètre de la plus grande particule sphérique et indéformable qui traverse le filtre dans les conditions de test spécifiées.

Les matériaux de filtration

Les fibres de cellulose ou de bois

Les adjuvants organiques de filtration forment une solution de remplacement de la terre de diatomées et de la perlite, en offrant à l'utilisateur de nouveaux avantages techniques et économiques.

En plus de leur excellente capacité de séparation liquide-solide, les adjuvants organiques de filtration sont spécifiquement économiques, écologiques, inoffensifs, fiables et performants.

Il est envisageable de traiter quasiment l'ensemble des filtrations liquide solide dans les secteurs suivants : Industrie chimique et pharmaceutique, Agro industrie, Boissons, jus de fruits, spiritueux, Métallurgie, travail des métaux - Environnement : traitement des eaux usées, conditionnement des boues.

Liens externes

• Echelles de granulométrie utilisées surtout en filtration selon les normes internationales et industrielles

Voir aussi

Les fibres de polypropylène thermosoudées

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