Comprendre la filtration des liquides : pourquoi 5 nm ne sont pas toujours égaux à 5 nm

Dans les fiches techniques sur la filtration des liquides, on trouve des mentions telles que « finesse de filtration 5 µm » ou « degré de rétention 10 µm ». Cela semble clair. Mais ce n'est pas le cas dans la pratique. Le taux de rétention décrit la taille des particules qu'un filtre retient et avec quel degré de certitude. Cependant, cette valeur seule ne dit pas grand-chose sur les performances réelles du filtre. D'autres facteurs sont déterminants : valeur nominale ou absolue, filtration en surface ou en profondeur, taux de séparation, forme des particules et charge du filtre.

•    Le taux de rétention à lui seul ne dit pas grand-chose sur les performances du filtre
•    Nominal signifie : une partie des particules traverse le filtre
•    Absolu signifie : presque toutes les particules sont retenues
•    La forme des particules et la charge du filtre influencent considérablement la rétention

Le taux de rétention décrit la taille des particules qu’un filtre retient et avec quel degré de certitude. Il est exprimé en micromètres. Un filtre avec un taux de rétention de 10 µm est censé retenir les particules à partir de 10 µm.

Mais ce n’est pas seulement le chiffre en micromètres qui est déterminant, mais aussi :

•    Filtration en surface ou en profondeur
•    Taux de rétention
•    Absolu ou nominal
•    Forme des particules
•    Encrassement du filtre

Sans ces informations, le taux de rétention n’est qu’un chiffre marketing.

Filtration superficielle : le liquide s'écoule uniquement sur la couche extérieure du filtre. Les particules restent à la surface. Exemple : tamis ou filtre en papier comme dans les machines à café. S'encrasse rapidement, car toutes les particules se trouvent en surface.

Filtration en profondeur : le liquide s'écoule à travers tout le matériau filtrant. Les particules sont retenues à différents niveaux. Exemple : filtres spongieux ou filtres à bougie. Les particules se répartissent dans le matériau, durent plus longtemps et peuvent absorber de plus grandes quantités de saletés.

Le taux de séparation indique le nombre de particules d'une taille donnée réellement retenues par le filtre.

Exemple : un filtre avec un taux de séparation de 90 % à 10 µm retient 90 particules sur 100 de cette taille. Si le taux de séparation n'est que de 50 %, la moitié des particules passent à travers.

Le degré de séparation détermine la performance réelle du filtre. Un filtre de 20 µm avec un degré de séparation de 95 % peut filtrer plus efficacement qu'un filtre de 10 µm avec un degré de séparation de 60 %.

Les particules peuvent être anguleuses, fibreuses ou boueuses. Chaque forme se comporte différemment dans le filtre.

Anguleuses : copeaux métalliques issus de l'usinage. Ils ont tendance à rester collés au filtre.

Fibreuses : résidus textiles ou papier. Ils peuvent obstruer le filtre ou s'agglutiner.

Boueuses : poussière fine ou boue huileuse. Elles peuvent se fixer dans le matériau filtrant et réduire le débit.

La charge du filtre indique le degré d'utilisation du filtre. Autrement dit, le nombre de particules accumulées par unité de temps ou la pression exercée sur le filtre.

Exemple : si un circuit de lubrification par refroidissement génère beaucoup de copeaux, le filtre est fortement sollicité et doit être nettoyé ou remplacé plus souvent.

De nombreux filtres sont indiqués avec un taux de rétention nominal. Cela signifie qu’une partie des particules de cette taille est retenue, mais pas toutes.

Un taux de rétention absolu signifie en revanche que presque toutes les particules de cette taille sont retenues. Les valeurs typiques se situent entre 98 et 99 %.

Exemple :

•    « 10 µm nominal » = une grande partie des particules de 10 µm passe tout de même à travers
•    « 10 µm absolu » = presque toutes les particules de 10 µm restent dans le filtre

Dans la filtration des fluides pour les lubrifiants de coupe, cette distinction est déterminante. Lorsque les exigences de qualité sont élevées, le filtrage nominal ne suffit pas.

Même si le taux de rétention semble correct sur le papier, les performances réelles du filtre peuvent être nettement inférieures :

Charge polluante élevée : le filtre s'encrasse plus rapidement, les particules passent à travers.

Particules boueuses : elles encrassent les pores et obstruent le filtre.

Coups de bélier ou variations de débit : les particules sont poussées à travers.

Dimensionnement incorrect : surface filtrante trop petite pour le débit.

Média filtrant inadapté : la structure des pores ne correspond pas à la forme des particules.

C'est pourquoi la question n'est pas seulement : « Quelle est la finesse de filtration du filtre ? », mais aussi : « Dans quelle mesure cette performance de filtration reste-t-elle stable en fonctionnement réel ? »

Filtre à bande (papier) : taux de rétention dépendant du papier, généralement nominal

Filtre en non-tissé : bonne séparation des particules fines, de nominale à partiellement absolue selon le média

Filtre à cartouche : degré de rétention fin possible, souvent spécifié comme nominal ou absolu

Centrifugeuse : pas de degré de rétention classique. Séparation dépendante de la force g, de la densité et de la taille des particules. Les centrifugeuses utilisent la séparation plutôt que la filtration mécanique.

Séparateur magnétique : pas de degré de rétention en µm. Sépare en fonction des propriétés magnétiques, et non de la taille.

Le taux de rétention est un paramètre technique qui n'a de sens que si vous savez :

•    S'il est nominal ou absolu
•    Dans quelles conditions de fonctionnement il s'applique
•    Si le média filtrant est adapté à la structure des particules

Un « filtre de 5 µm » sur le papier peut, dans la pratique, filtrer moins bien qu’un « filtre de 20 µm » correctement dimensionné dans le système approprié. La meilleure solution résulte de la combinaison du taux de rétention, du taux de séparation, du procédé de filtration et des exigences du processus.

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