On peut qualifier les filtrations selon la taille des pores du filtre. On parlera alors, selon leur taille, de microfiltration (avec le cas particulier de la filtration stérilisante) ou d'ultrafiltration. Ces deux techniques sont utilisées pour éliminer différentes particules telles que des bactéries, des virus, des résidus organiques et certains colorants.

Elles sont mises en œuvre dans des étapes de séparation, de purification ou de concentration le long des chaînes de production. Elles contribuent à améliorer la qualité sanitaire, la couleur, le goût, la turbidité, l'odeur de nombreux produits, notamment dans les domaines agroalimentaire et pharmaceutique. Notre article pour tout comprendre.

Microfiltration et ultrafiltration : comment ça marche ?

Micro et ultra filtration reposent sur la séparation physique entre particules polluantes d'une part, et fluide résiduel de l'autre. La quantité de particules éliminées et leur taille sont déterminées par la taille des pores du filtre. Les substances qui sont plus grosses que les pores du filtre sont entièrement éliminées, celles qui sont plus petites sont partiellement éliminées, selon la nature et l'épaisseur de la couche de particules à filtrer déposée sur le filtre au fil de son utilisation.

La microfiltration 

Pour réaliser une microfiltration, on utilise des membranes dont la taille des pores est comprise entre 0,1 et 10 µm. Les membranes de micro-filtration éliminent toutes les bactéries. Elles retiennent également indirectement une partie de la contamination virale. Bien qu'en moyenne plus petits que les pores, les virus peuvent malgré tout être arrêtés par la membrane, en se liant au biofilm bactérien qui la recouvre.


La microfiltration élimine donc les microparticules, les macromolécules comme les polymères, les micro-organismes en suspension et certains virus. Elle est utilisée dans les domaines suivants :

  • stérilisation à froid des boissons et produits pharmaceutiques
  • clarification des jus de fruit, vins et bières
  • séparation des bactéries de l'eau, par exemple dans le traitement des eaux usées biologiques
  • traitement des effluents
  • séparation des émulsions huile/eau
  • pré-traitement de l'eau 
  • séparation solide-liquide dans les industries alimentaires et pharmaceutiques

L'ultrafiltration 

Pour éliminer la totalité des virus, il faut avoir recours à une ultrafiltration, qui permet d'éliminer des fluides traités les particules dissoutes de 0.001 à 0.1 µm (soit 1 à 100 nm). Elle bloque donc les bactéries, les levures et la plupart des virus. 
Elle est par exemple appliquée dans : 

  • l'industrie laitière 
  • l'industrie alimentaire 
  • l'industrie du métal, par exemple pour réaliser des séparations d'émulsion huile/eau
  • l'industrie textile

L'ultrafiltration peut aussi être mise en place comme prétraitement de l'eau avant une nanofiltration ou une étape d'osmose inverse. Elle est utilisée également en recherche fondamentale, pour la séparation et la purification des protéines. Lorsque les pores du filtre sont encore plus étroits, on parlera de nanofiltration puis d’osmose inverse.

Ultrafiltration vs microfiltration : qui peut le plus peut le moins ?

L'ultrafiltration n'est pas forcément la solution à privilégier. Ainsi par exemple, dans l'industrie laitière, on procède au fractionnement du lait, qui permet d’isoler et de concentrer différents composés du lait, telles par exemple les protéines, ou encore d’en éliminer d'autres, comme le lactose. Il peut être nécessaire d'éliminer les colloïdes tout en conservant les protéines dans le fluide résiduel. La microfiltration sera alors à préférer à l'ultrafiltration.

Dans le cas du lait, l'ultrafiltration consistera à faire passer du lait sur une membrane munie de micropores, après l'avoir au préalable écrémé pour éviter le colmatage des pores par les globules gras. Elle permettra d'obtenir un lait de qualité hygiénique satisfaisante, sans le chauffer, et allongera sa durée de conservation. Le lait microfiltré conservera son goût initial, ses qualités nutritionnelles comme sa capacité à être transformé en fromage.

Zoom sur la filtration stérilisante

On parle de filtration stérilisante lorsque l'objectif premier de la microfiltration mise en oeuvre est d'éliminer les micro-organismes. La filtration stérilisante possède un intérêt particulier pour les produits renfermant des molécules thermosensibles qui ne peuvent subir de stérilisation par la chaleur.

En pratique, cela revient à recourir à des pores de filtre de diamètre inférieur à 0,22 µm (220 nm). Pour pouvoir être qualifié de stérilisant, un filtre doit satisfaire à des tests précis impliquant différentes méthodes microbiologiques ou physiques. Le procédé de validation d'un filtre stérilisant comporte notamment une étape de vérification de l'efficacité stérilisante du filtre dans les conditions d'utilisation par un test de challenge microbien, réalisé avec un micro-organisme de référence, tel que Brevundimonas Diminuta.

Les filtrations stérilisantes peuvent par exemple être réalisées sur une membrane de filtration plissée en PES (polyéthersulfone), qui assure une excellente réduction bactérienne. Choisir en outre des cartouches thermosoudées optimise leur intégrité et assure un niveau d’extractibles dans le filtrat aussi faible que possible.

Conseil de l'expert :

Outre le média filtrant, il convient de choisir attentivement le corps de filtre utilisé pour réaliser une filtration stérilisante. Utiliser des corps de filtre inox sanitaire en finition poli mécanique pour une rugosité inférieure à 0,8 µm permet de garantir l’absence de rétention de produit et donc de développement bactérien.

 

Pour en savoir plus sur la filtration stérilisante

Retrouvez deux exemples de mise en oeuvre de filtration stérilisante :

Filtration tangentielle ou frontale ?

On peut également classer les techniques de filtration selon le mode de passage du fluide à travers la membrane, indépendamment de toutes considérations sur la taille de ses pores. On parlera alors de filtration frontale si le fluide à filtrer s'écoule perpendiculairement à la surface du filtre, qui retient les particules. Lorsque le fluide circule tangentiellement à la surface du filtre, on parle de filtration tangentielle. C'est alors la pression du fluide qui lui permet de traverser le filtre. Les particules restent dans ce cas dans le flux de circulation tangentiel.

 

Conseil de l'expert :

Pour réaliser une filtration stérilisante assurant la rétention des endotoxines, on peut utiliser des cartouches composées de faisceaux de fibres creuses FiberFlo®, qui présentent une grande surface de filtration pour un encombrement réduit. Utilisées en filtration frontale, elles restituent la totalité du flux entrant, là où les autres équipements de rétention d’endotoxines nécessitent l’utilisation de systèmes de filtration tangentielle, plus onéreux.

 

Pour en savoir plus sur les filtrations tangentielle et frontale

 

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