Contrairement aux membranes filtrantes, les plaques assurent une filtration dans toute la profondeur du média, ce qui permet d’obtenir une grande capacité de rétention des impuretés. Mais ce n'est pas leur unique atout en matière de séparation solides/liquide. Principe de filtration, spécificités du média filtrant, applications … Notre article pour tout savoir sur les plaques filtrantes.
Une triple action contre les impuretés
Les plaques filtrantes offrent une grande capacité de rétention des agents contaminants. Elles combinent filtration de surface, filtration en profondeur et adsorption. Au cours du processus de filtration, le liquide à purifier s'écoule, sous l’effet d’une pression différentielle, à travers les fibres de la plaque.
Les plus grosses particules à éliminer sont arrêtées dès la surface d'entrée par effet de tamisage. Les particules de tailles intermédiaires sont retenues mécaniquement, piégées dans les structures poreuses asymétriques du média, le liquide à filtrer traversant des pores de plus en plus petits au fur et à mesure qu'il progresse dans la plaque. Enfin, les particules résiduelles -les plus fines, celles dont la taille est inférieure à celles des pores les plus petits- sont retenues par adsorption sur la face de sortie de la plaque.
Le principal avantage des filtres en profondeur est donc leur grande capacité de rétention des polluants, par opposition à la filtration de surface, où ceux-ci sont retenus par simple action mécanique de crible superficiel.
Quel média pour la filtration en profondeur ?
Les plaques filtrantes sont constituées de fibres cellulosiques, auxquelles sont ajoutés en proportions variables des adjuvants de filtration inorganiques : diatomées naturelles et perlite. On y adjoint également des agents de résistance à l'humidité, comme le polyamidoamine.
Les fibres de cellulose, finement fibrillées et raffinées, forment un tamis tridimensionnel présentant un grand nombre de petits canaux fins et sinueux. La méthode de fabrication adoptée permet d’obtenir une structure asymétrique : la taille des pores rétrécit progressivement entre la face d'entrée et celle de sortie de la plaque.
Des adjuvants de filtration sont ensuite incorporés dans cette matrice cellulosique afin d’augmenter la surface interne et de garantir la porosité souhaitée. La terre de diatomées, ou kieselguhr, est une poudre issue du concassage de la diatomite, une roche composée de silice résultant de la sédimentation et de la fossilisation d'algues microscopiques, les diatomées. Elle permet de constituer un tamis naturel entre les fibres de cellulose ; elle retient prioritairement les polysaccharides et protéines.
La perlite est là pour combler les vides laissés par la cellulose et les diatomées. Il s'agit d'une roche volcanique, majoritairement composée de silice. Une fois extraite, elle est expansée thermiquement pour former une structure alvéolaire très fine, que l'on concasse.
Enfin, les résines thermodurcissables, ajoutées en petites quantités comme agents de résistance à l’état humide, empêchent les plaques gorgées d'eau de se désagréger. Ces résines facilitent en outre l’adsorption de particules ou micro-organismes chargés négativement et de taille inférieure à celle des canaux, grâce à des interactions électrostatiques.
Conseil de l'expert :
Attention, la quantité de résine présente dans le média filtrant doit être parfaitement dosée dans le filtre par le constructeur, pour éviter la rétention indésirable de principes actifs et le colmatage prématuré du filtre.
Des formats et caractéristiques adaptés à vos besoins de filtration
Les plaques filtrantes présentent généralement une épaisseur comprise entre 2.5 et 4.5 mm. Elles sont disponibles en plusieurs grades adaptés à la réduction microbienne et aux applications nécessitant une filtration fine, une filtration clarifiante (diamètre des pores entre 10 et 450 µm) ou une filtration grossière. Lorsque le diamètre des pores est inférieur à 0,22 µm (220 nm), les plaques filtrantes permettant la rétention des micro-organismes.
Les plaques filtrantes sont disponibles dans différents formats (20 x 20, 40 x 40, 60 x 60 cm) pour couvrir les dimensions standard des filtres-presses de forme carrée, perforées ou non, ou au format disque. Elles peuvent également être dimensionnées sur mesure. Elles doivent être manipulées avec précaution pour ne pas être endommagées. Il faut notamment éviter les chocs, les torsions et l'abrasion.
Le constructeur communique un seuil de rétention nominal de la plaque filtrante, à titre indicatif. Mais les caractéristiques effectives de rétention d’une plaque filtrante dépendent également des conditions opératoires et des propriétés du liquide à filtrer (viscosité, pH, concentration et polarité des polluants). Il est donc toujours nécessaire de réaliser des essais en conditions pour valider le choix d’une plaque filtrante.
Pour une filtration optimale, chaque modèle de plaques filtrantes doit être utilisé dans des conditions précises de pression différentielle (différence de pression entre l’entrée et la sortie du filtre), de débit et de vitesse de filtration, et ce notamment pour éviter tout risque de colmatage prématuré ou de relargage des polluants. Certains modèles sont adaptés à la filtration de fluides très visqueux (liquides à forte teneur en colloïdes ou particules) ou aptes à l’élaboration de produits destinés à la consommation humaine directe.
Quand sa matrice interne est remplie de particules, le filtre en profondeur est colmaté et doit être changé. Si la pression différentielle est anormalement haute et le débit de liquide sortant de plus en plus faible, c'est probablement le cas. Elles présentent une durée de vie accrue par rapport aux filtres en surface.
Conseil de l'expert :
Lors du montage, il faut veiller à positionner les plaques de filtration dans le bon sens, en tenant compte du sens de filtration. Généralement, la plaque filtrante possède un côté lisse et un côté rugueux. Le liquide doit toujours entrer du côté rugueux et sortir du côté lisse.
Des applications variées
Les plaques filtrantes sont utilisées dans le domaine agroalimentaire, les industries chimique et pharmaceutique et en cosmétique-parfumerie. En agroalimentaire, elles sont notamment utilisées pour le traitement des huiles et des boissons, comme les spiritueux, le vin ou la bière. Pour la bière par exemple, elles permettent de retenir les troubles colloïdaux ultra-fins.
Certains modèles intègrent du charbon actif. Les propriétés d'adsorption du charbon retiennent les acides gras, décolorent et désodorisent le produit. Les plaques filtrantes sont également utilisées pour arrondir la saveur et réduire l’astringence de certaines boissons.
En oenologie, on utilise des plaques clarifiantes pour réaliser un compromis de filtration : elles permettent de conserver les qualités organoleptiques du vin filtré et de garantir une stabilité visuelle et microbiologique acceptable. Les plaques filtrantes sont utilisées pour le filtrage dégrossissant des moûts, la clarification et le filtration stérilisante des vins, jusqu'à a désodorisation.
Dans l'élaboration des huiles d'olive, la filtration en profondeur permet de stabiliser le produit et d'obtenir une huile d'olive vierge extra organoleptiquement supérieure. Elle augmente la qualité du produit présenté au consommateur grâce à l’élimination des solides initialement présents dans l’huile d'olive.
On évite ainsi leur combustion pendant la friture et donc la formation de fumées et d’odeurs désagréables. Filtrer l'huile améliore également sa conservation.
Conseil de l'expert :
Pour la filtration des huiles d'olive, il est conseillé d'utiliser des plaques filtrantes fabriquées avec des α-celluloses de première qualité. Hautement cristallines, elles possèdent un haut degré de polymérisation et sont les plus stables et les plus pures des trois types de cellulose.
La lie présente au fond des bouteilles est en effet riche en glucides et substances protéiques qui subissent une fermentation anaérobie et en enzymes lipolytiques détruisent les molécules de graisse. Si on ne les élimine pas par filtration, on s'expose, en cas de conservation prolongée de l'huile, à l'apparition d’odeurs de fermentation et l’augmentation de l’acidité à cause des acides qui sont libérés.
