CAPSULE – L’efficacité des filtres

1 juillet 2014

La membrane d’une cartouche de filtration est un média semi-perméable. Elle doit laisser passer le fluide transporteur et bloquer les contaminants. Cependant, les passages pour l’air ne sont pas sélectifs. Si des particules suffisamment petites se présentent et suivent le chemin de l’air, elles se retrouveront du côté propre de la cartouche.

Cette capacité à séparer les polluants solides du fluide est caractérisée par les manufacturiers de cartouche. Généralement, ils donneront le taux de filtration de certaines grosseurs de particules, par exemple 99.998% d’arrêt des particules de plus de 1 micron de diamètre.

 

Mécanismes de filtration

La filtration de particules est un amalgame de processus physiques complexes. La dimension des corps en jeu (2 à 10 microns pour la poussière fine alors qu’un cheveu fin fait 40 microns) mettent de l’avant certaines forces que nous percevons à peine à notre échelle. La filtration se fait par :

  • Interception

Ceci est le phénomène par lequel la particule entrera en contact avec la membrane filtrante alors qu’elle est entrainée par l’écoulement d’air.

  • Diffusion

Les très petites particules auront un déplacement aléatoire dans l’écoulement d’air puisque les forces aérodynamiques ont moins d’emprise sur elles. Ces trajectoires de types Browniennes augmentent les possibilités de collision entre les particules et le média filtrant.

  • Attraction

C’est le phénomène le plus important. Il est basé sur la loi d’attraction universelle, soit la même force qui conserve la Lune en orbite autour de la Terre. Cette loi stipule que deux corps vont nécessairement s’attirer l’un l’autre relativement à leurs masses et leur distance. Ainsi, la membrane à une masse beaucoup plus grande que la particules de poussières et va l’attirer par attraction.

 

« Cake »

Un autre élément contre-intuitif de la filtration par membrane est que le niveau de filtration va augmenter avec son encrassement. Le schéma suivant explique ce phénomène. 

                               (A)                                                               (B)                                                                     (C)

 Formation du gâteau de particules

Au point [A], la membrane est neuve. Les particules plus petites que les pores de la membrane vont pénétrer la membrane. Au point [B], le gâteau est formé. De grosses particules qui ont été bloquées par la membrane par attraction, interception ou diffusion forment un réseau de micro-canaux plus fins et par-dessus la surface de la membrane. Ce nouveau réseau augmente les probabilités d’interception et de diffusion et, conséquemment, augmente le niveau de filtration de la membrane.

Au point [C], le réseau de micro-canaux du gâteau est bouché parce que ce dernier est devenu trop épais et il faut nettoyer ou changer la membrane.

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