Filtre à cartouches
From Wikipedia, the free encyclopedia
Un filtre à cartouche est un type de filtre, de forme cylindrique, dans lequel plusieurs cartouches contenant du matériel filtrant (fibres textiles, membrane polymère, toile métallique..) sont disposées. Le fluide (liquide ou gazeux) à filtrer est envoyé sous pression dans le filtre, jusqu'à ce que le matériel de filtration des cartouches soit saturé en particules à filtrer. Le filtre est alors ouvert, et les cartouches changées (cartouches consommables) ou nettoyées (cartouches réutilisables) pour permettre une nouvelle filtration.
Types de cartouches
Cartouches consommables
Les cartouches consommables sont constitués d'un média filtrant qui doit être jeté une fois saturé de particules à filtrer. Ils en existe une grande variété, selon la matière utilisée comme média filtrant et la manière dont celle-ci est agencée dans la cartouche.
Cartouches bobinées
L'élément filtrant est du fil ou une nappe textile, qui peut être naturel (coton) ou synthétique (viscose, acétate de cellulose, polypropylène), enroulé autours d'un tube (noyau collecteur), pouvant être en acier galvanisé, en acier inoxydable, en polypropylène ou autre matériau[1]. La forme est similaire à celle d'une bobine de fil.
Cartouches plissées
L'élément filtrant est une sorte de papier, composé de fibres non-tissées (fibre de verre, polyester, polypropylène), et arrangé en plis verticaux (en accordéon) autour du tube central de la cartouche. La filtration se produit à la surface du matériel, la finesse de filtration (de 0,25 µm à 100 µm) dépend des diamètres des pores du média utilisé. Les cartouches plissée permettent de réaliser une filtraiton plus fine et efficace que les cartouches bobinée. À dimensions égales, leur surface filtrante et leurs capacités de rétention sont plus importantes[1]. De plus, les pertes de charges générées sont relativement faibles, par rapport à un filtre à manche par exemple. Les paramètres de plissage (hauteur, angle et espacement des plis) doivent être optimisés pour minimiser la perte de charge[2].
Cartouches plissées à membranes
La forme des cartouches plissées à membranes est similaire à celle des autres cartouches plissées, mais l'élément filtrant est une membrane en polymère organique de 10 µm à 50 µm, maintenue sur un support poreux ou entre deux supports poreux. Leurs seuils de séparation varient de 0,1 µm à 20 µm[1].
Cartouches régénérables
Les cartouches régénérables sont des cartouches qui peuvent être nettoyées pour pouvoir être réutilisées. Ce nettoyage peut s'effectuer par contre-courant, par ultrasons, ou par trempage dans un bain pour dissoudre les impuretés. Cependant, en fonction des impuretés, le colmatage est parfois irréversible et le nettoyage impossible[1].
Les cartouches régénérables sont généralement formées de métaux (acier inoxydable, bronze, nickel, monel) sous différentes formes[1] :
- métaux frittés. Leur finesse de filtration est de 3 µm à 40 µm,
- toiles métalliques frittées. Leur finesse de filtration est de 5 µm à 250 µm
- toiles métalliques classiques, à tissage croisé ou REPS, supportées par une armature rigide perforée. Leur finesse de filtration est de 5 µm à 200 µm (au-delà de 200 µm, ces filtres doivent être considérés comme des crépines et entrent dans la catégorie des tamis) ;
Elles peuvent également être en agglomérés de pierre ou de céramique. Leur finesse de filtration est alors de 1 µm à 200 µm. Ces dernières peuvent résister à des pertes de charge importantes (20 bar à 30 bar)[1].
Dimensionnement
Les filtres à cartouche travaillent sous une pression de 4 bar à 200 bar. Pour augmenter la durée de vie des cartouches, il est nécessaire d'ajuster la finesse du filtre en fonction de la qualité du filtrage recherchée ; une finesse trop fine entraînera une plus grande rapidité de colmatage et une plus grande fréquence de changement de cartouches. Il est également nécessaire de choisir un nombre de cartouche adapté : pour un même débit, en doublant le nombre des cartouches, on peut quadrupler leur durée de vie[1].
Domaines d'utilisations
Les filtres à cartouches ont des applications très variées.
En situation industrielle :
- filtration de sécurité de liquides avant conditionnement (liquides alimentaires, pharmaceutiques, peintures),
- maintenir propres des circuits fermés (liquides hydrauliques, radioactifs, etc),
- protection d’appareillage de contrôle.
Les filtres à cartouches sont utilisés pour différents traitement de l'eau : adoucisseurs, réduction des polluants comme les nitrates, les pesticides, les métaux lourds, et les matières organiques (cartouches à charbon actif), ainsi que pour des usages domestiques avec les cartouches de carafe d'eau (la cartouche est générallement en polypropylène recyclable, et le média filtrant est charbon actif souvent imprégné d’iodure d’argent, pour piéger le chlore, les bactéries, les molécules organiques et les pesticides, ainsi que des billes de résines échangeuses d'ions, anioniques pour éliminier les nitrates, sulfates, et phosphates, et cationiques pour éliminier les ions calcium, magnésium, fer et métaux lourds[3].
Les cartouches filtrantes plissées sont utilisés dans les systèmes d'épuration des particules dans l'air[2].
Les cartouches filtrantes en polymère sont utilisées l’industrie pharmaceutique, en chimie fine, en agroalimentaire, en électronique, pour la rétention de micro-organismes, en dépollution, en stérilisation[1], par exemple pour la stérélisation des fermenteurs industriels[4].
