Filtration frontale
Définition
La filtration consiste à séparer une phase continue par passage à travers un milieu filtrant. En filtration frontale,ainsi nommée pour la distinguer de la filtration tangentielle sur membrane, le passage s'effectue perpendiculairement au milieu filtrant. L'objectif recherché est soit l'extraction du solide, sous forme plus ou moins sèche, soit la purification du liquide. En fait, on s'intéresse souvent autant aux deux phases, car même si l'un des produits est le produit noble et recherché, l'autre doit être éliminé ou valorisé.
Le liquide ayant subi la filtration se nomme filtrat, et ce que le filtre retient se nomme un résidu, aussi communément appelé "gâteau" ou rétentat.
Principe - procédé
La filtration frontale s'opère selon trois modes: le tamisages, la filtration sur support et la filtration en profondeur.
Le tamisage:
Il permet de séparer d'un liquide les particules solides dont la taille est supérieure à la maille du tamis. Il concerne des particules généralement comprises entre 100µm et quelque mm de diamètre, en concentration faible. C'est ainsi que l'on sépare, par exemple, les fibres de la fécule, les enveloppes cellulosiques de l'amidon, les bagasses du jus de canne ou les particules en suspension dans les sirops de sucre. Les tamis fonctionnent sous de faible pertes de charge*.
* En hydraulique, une perte de charge se définit comme une chute de pression résultant du passage d'un fluide à travers un corps poreux ou par frottement le long d'une paroi. La perte de charge correspond en réalité à l'évolution de la charge calculée par l'équation de Bernoulli. On l'exprime couramment sous la forme d'une pression (on l'appelle aussi delta P), bien qu'elle soit en fait représentative d'une dissipation d'énergie.
La filtration sur support:
Elle entraîne l'entassement des particules à la surface d'un support et crée ainsi progressivement un "gâteau" qui permet de retenir des particules plus petites que la maille du support, devenant le véritable milieu filtrant. Le support, toile synthétique ou grille métallique, est choisi le plus lâche possible pour permettre la constitution du gâteau sans provoquer de perte de charge inutile; les premiers volumes filtrés sont d'ailleurs souvent impurs et doivent être recyclés. Ce mode de filtration s'adresse à des suspensions dont la concentration en particules est suffisamment élevé (> 0.1% en poids) pour pouvoir constituer rapidement une épaisseur significative de gâteau.
La filtration en profondeur:
Lors de la filtration en profondeur, les particules sont piégées, par des effets mécaniques ou électrostatique, dans l'épaisseur du milieu filtrant. Selon le milieu, on peut retenir des particules de 0.2µm à 100µm, donc par exemple des micro-organismes tels que des bactéries ou des levures. En revanche ce mode de filtration implique un colmatage assez rapide du milieu, ce qui la destine à des suspensions peu chargées (< 0.1% en poids). Le terme de clarification est souvent utilisé pour ce mode de filtration et indique qu'il ne permet pas de récupération du solide. Les milieux utilisés sont extrêmement variés: plaques de cellulose de quelque mm d'épaisseur (filtration stérilisante de sirops, clarification d'huile de table), lit de sable de 1 à 2 m de hauteur (traitement d'eau potable), cartouches ou précouches d'adjuvant (élimination de protéines floculés de sirops, filtration de saumure).