Les filtres lenticulaires : atouts et défis

Utilisés de longue date dans l'industrie agroalimentaire, les filtres lenticulaires offrent des solutions optimales et économiques pour le traitement des aliments et boissons. Ils sont utilisés notamment pour les applications de production en petits lots ou opérant à un débit modéré. Chaque module est constitué de « lentilles filtrantes » superposées. Quels sont les atouts, les limites et les évolutions de ces filtres ?

Les filtres lenticulaires classiques

Les filtres lenticulaires standard sont composés de cellules, composées chacune de deux disques de média filtrant isolées par un séparateur en polypropylène. Ce système de drainage est situé au cœur de la cellule, sur la face aval des deux plaques, l’écoulement s’effectuant de la surface extérieure des plaques vers l’intérieur. Un joint en polypropylène courant le long du bord extérieur des deux disques permet de former une cellule complète. Les médias filtrants utilisés sont de même nature que ceux utilisés pour réaliser des plaques filtrantes : cellulose, fibres synthétiques, diatomées, silice, charbon actif ... Selon le cas, la filtration est réalisée en surface ou en profondeur.

Les cellules sont empilées les unes sur les autres, pour obtenir un module lenticulaire de la hauteur souhaitée. Des adaptateurs fixés à l’axe central permettent de maintenir chaque cellule en position. Cette géométrie permet de maximiser la surface filtrante dans un volume donné. L'ensemble est placé dans un carter de filtration étanche dont les dimensions sont fonction du diamètre des cellules et de leur nombre.

Les modules laires offrent tous les avantages des plaques filtrantes classiques, dans un milieu fermé et stérile, pour éviter les contaminations externes et les pertes de produit. A noter que plusieurs modules peuvent être empilés dans un même corps de filtre.

 

Limites des dispositifs classiques

Les modules lenticulaires classiques présentent des limites inhérentes à leur conception.

• Le média filtrant étant non protégé, son intégrité peut être mise à mal lors de l’expédition, la manutention, l’installation ou la maintenance. Après utilisation, et pour les mêmes raisons, les modules lenticulaires peuvent se désintégrer lorsqu’ils sont retirés du corps du filtre.
• Les cellules étant très proches les unes des autres, elles peuvent se déformer ou se déplacer légèrement jusqu'à entrer par endroit en contact lors des phases de stérilisation, de rinçage ou pendant la filtration. Cela réduit in fine la surface de filtration efficace.
• Ces dispositifs ne résistent à aucune contre-pression : le média de cellules, non fixé, peut se rompre très facilement, avec une contre-pression aussi faible que 0,05 bar. A la clef des déchirures, qui dévient le fluide et compromettent la qualité du filtrat.
• Enfin, les modules lenticulaires classiques sont peu résistants et se déforment sous l'effet des hautes températures. Cette sensibilité pose problème lors de la désinfection à l’eau chaude, la stérilisation à la vapeur ou les opérations de filtration à chaud.

 

Des filtres lenticulaires nouvelle génération

Pour optimiser la capacité, la fiabilité et la robustesse des filtres lenticulaires, certains fabricants proposent des dispositifs innovants, reposant sur l'utilisation de séparateurs doubles, situés de part et d'autre des cellules filtrantes. Le media filtrant est ainsi protégé des contraintes mécaniques, comme encagé entre ces deux séparateurs en polypropylène, qui sont soit encliquetés, soit reliés par soudure ultrasonique. Les séparateurs extérieurs, les disques du média filtrant et les séparateurs intérieurs sont placés sur un axe central rigide en polypropylène. L'ensemble forme une structure extrêmement robuste.

Cet agencement permet de prévenir tout risque d'obturation. Grâce aux séparateurs, le dispositif présente une surface de filtration maximale tout au long de sa vie fonctionnelle. La déformation ou la chute d’une cellule n’est plus possible et le risque de dommage des disques est limité au maximum. Il devient possible de procéder au rinçage à contre-courant pour régénérer les modules.

Ces dispositifs lenticulaires nouvelle génération offrent une multitude d’avantages. Leur durée de vie est plus grande que celle des filtres classiques en raison d’une meilleure utilisation de la surface filtrante, de l'absence d’obturation des surfaces filtrantes et d'une optimisation de la distribution du fluide entrant et du drainage. Les modules peuvent être régénérés par rinçage à contre-courant pour être réutilisés.

La fiabilité du dispositif est elle aussi meilleure, grâce à la résistance au vide ou aux chocs liés à une contre-pression et à l'absence de déformation des cellules lors du fonctionnement, de la désinfection ou de la stérilisation à chaud. La qualité de filtration s'en trouve accrue, sans risque de by-pass. La manipulation et la mise en place sont facilitées par la solidité de la structure et le fait que les disques filtrants sont désormais protégés.

 

 

Un exemple : la filtration du sirop de glucose

Certains fluides utilisés dans l'industrie agroalimentaire, comme le sirop de glucose, contiennent de fines particules en suspension qui doivent être éliminés. L'objectif est multiple : améliorer la clarté du produit filtré, réduire le niveau de contamination, protéger les systèmes situés en aval ...

Cette contamination solide (spores thermorésistants par exemple) est souvent trop importante pour mettre en place une filtration traditionnelle utilisant des cartouches filtrantes, la capacité de rétention de ces dispositifs étant limitée par la surface filtrante disponible et le volume de vide. Le sirop de glucose présente en outre une viscosité élevée, qui imposerait un large dimensionnement des filtres à cartouches.

Plutôt que d'investir dans équipements couteux destiné à éliminer les particules solides (centrifugeuses, filtres plaques …), il est recommandé de privilégier des modules lenticulaires qui offrent une solution rapide à mettre en place, économique et parfaitement adaptée à ce type de fluides.

Dans le domaine des huiles alimentaires, ces filtres lenticulaires peuvent être utilisés par exemple pour réaliser la filtration finale et éliminer les particules organiques, les colloïdes et les triglycérides pour éviter les phénomènes de floculation à l’intérieur des bouteilles.