principes généraux de la filtration

mécanismes de filtration

Trois mécanismes principaux interviennent successivement : capture, fixation et détachement. Leur importance dépend des caractéristiques des particules à retenir et du matériau filtrant mis en œuvre.

mécanismes de capture

Ils sont essentiellement de deux natures :

• tamisage mécanique : il s’agit de la rétention des particules plus grosses que la maille du filtre ou que celle des éléments déjà déposés formant eux-mêmes matériau filtrant. Ce phénomène intervient d’autant plus que la maille du matériau filtrant est plus fine : il est de peu d’importance pour un lit filtrant composé de matériau relativement grossier, en revanche il est prépondérant dans une filtration sur support mince : tamis, manchon filtrant…

• rétention dans les espaces intergranulaires : la taille de la particule comparée à celle des pores, pourrait lui permettre de traverser le matériau filtrant sans être arrêtée et pourtant, lors de sa trajectoire tortueuse dans le lit, des zones de moindre courant et des contacts particule/matériau vont permettre sa capture. C’est un mécanisme très important dans la filtration en profondeur.

mécanismes de fixation

La fixation des particules à la surface du matériau filtrant est favorisée par une faible vitesse d’écoulement. Elle est due à des forces d’origine physique (coincement, cohésion…) et à des forces d’adsorption, principa­lement les forces de Van der Waals.

mécanismes de détachement

Sous l’action des mécanismes précédents, il se produit une diminution de l’espace entre les parois du matériau recouvertes de particules déjà déposées. Il y a alors augmentation de la vitesse d’écoulement inter­granulaire. Les dépôts déjà retenus peuvent alors se détacher partiellement et être entraînés plus avant dans le matériau filtrant (progression du « front de filtration ») ou même dans le filtrat (« crevaison »).

Les particules solides contenues dans un liquide et les particules colloïdales plus ou moins floculées n’ont pas du tout les mêmes caractéristiques et ne réagissent pas dans la même proportion aux divers mécanis­mes précédents. La filtration directe d’un liquide dont les matières en suspension conservent leur état et éventuellement leur charge électrique est donc très différente de la filtration d’un liquide coagulé.

colmatage et lavage du matériau filtrant

On appelle colmatage l’obstruction progressive des interstices du matériau filtrant. Comme déjà vu, le col­matage provoque une augmentation de la perte de charge et si l’on fonctionne à pression d’alimentation constante, le débit du filtrat baisse (filtre à débit décroissant, «declining rate»).

Si l’on désire fonctionner à débit constant, il faut donc :

• soit augmenter la pression appliquée au lit filtrant au fur et à mesure du colmatage (ex. : filtre « à encrassement ») ;
• Soit maintenir cette pression constante et placer à la sortie du filtre un système de régulation qui exerce une perte de charge complémentaire, laquelle décroît au fur et à mesure que le lit se colmate : ces filtres dits « à compensation du colmatage » sont les plus utilisés en traitement des eaux (voir les filtres).

La vitesse de colmatage dépend :

• des matières à retenir : elle est d’autant plus grande que le liquide est plus chargé en MES, que ces matières ont une plus grande cohésion et qu’elles sont susceptibles, elles-mêmes, de prolifération (algues, bactéries) ;
• de la vitesse de filtration ;
• des caractéristiques de l’élément filtrant : dimension des pores, homogénéité, rugosité, forme du maté­riau.

Le filtre est colmaté lorsqu’il a atteint la perte de charge maximale prévue par construction. Il importe alors de le ramener à son état initial par un lavage efficace dont le mode est lié au type de filtre et à la nature des éléments retenus. Le temps de fonctionnement écoulé entre deux lavages successifs s’appelle un cycle de filtration.

choix du mode de filtration

Le choix entre les divers types de filtration sur support ou sur lit granulaire dépend de plusieurs critères :

• caractéristiques du liquide à filtrer, de ses impuretés et de leur évolution dans le temps ;
• qualité du filtrat à obtenir et tolérances admises ;
• conditions d’installation ;
• possibilités et moyens disponibles pour le lavage.

La possibilité d’un lavage aisé, efficace et économique est aussi importante dans le choix du filtre que l’obtention de la meilleure qualité de filtration, étant donné que cette dernière ne se conserve dans le temps que si le lavage permet de retrouver en début de chaque cycle les caractéristiques d’un filtre propre.