Les paramètres de fonctionnement
Texte légal :
Bravo, vous avez votre permis de pilote de filtration donc vous savez comment utiliser un module membranaire pour filtrer. Nous allons voir maintenant les mesures à faire pour caractériser le fonctionnement de la filtration membranaire. Vous devriez à l'issu acquérir le brevet de filtromètre expert !
La mesure : pourquoi et comment ?
Lorsque on réalise une expérience de filtration (ou sur tout procédé en général), il est important de faire des mesures afin de récupérer des informations sur le fonctionnement. Ceci est la base pour ensuite :
pouvoir quantifier la productivité et l'efficacité
pouvoir détecter des dysfonctionnement ou d'éventuelles dérives dans le temps (qui peuvent entraîner des problèmes de sécurité ou des consommations exagérées)
pouvoir anticiper le fonctionnement pour d'autres conditions opératoires avec des modèles
pouvoir prévoir le fonctionnement à des échelles supérieures (pour dimensionner des installations de plus grandes tailles)
pouvoir concevoir des modifications à apporter aux procédés (pour trouver des solutions à des dysfonctionnements)
Pour un module de filtration, il est nécessaire d'avoir des informations sur :
le débit de circulation
les pressions au minimum à l'entrée et à la sortie du module de filtration (le perméat étant souvent à la pression atmosphérique)
le débit de perméation
les concentrations dans l'alimentation et le perméat (et possiblement dans le retentât)
Pour la mesure de pression, les capteurs peuvent être analogiques ou numériques. Ils peuvent mesurer une pression absolue ou différentielle (une différence de pression). Attention, vous pouvez donc avoir des capteurs qui donnent la pression absolue (il doivent indiquer 1 atm au repos) ou la pression relative (ils indiquent 0 à la pression atmosphérique). C'est le plus souvent ces derniers que nous utilisons comment vous avez pu voir sur les vidéos sur les filtrations sur membrane plane et sur fibres creuses.
Les mesures de débit peuvent se faire par des débitmètres. Il existe une grande variété de débitmètres avec des principes de mesure très différents -flotteurs, électromagnétiques, thermiques ...-. Il est aussi possible de réaliser les mesure de débits avec une variation de masse ou de volume par unité de temps (un chronomètre et une éprouvette peuvent suffire). Cette manipulation est d'ailleurs plus intéressante d'un point de vue pédagogique !
Les mesures de concentration peuvent être très différentes selon les solutés ou dispersions que vous voulez mesurer. Cela peut être de la spectrophotométrie pour des solutions de protéines, de la réfractométrie pour les sucres, de la conductimétrie pour les sels, de la turbidimétrie pour les dispersions, de la chromatographie pour des mélanges complexes... Ces mesures nécessitent souvent l'établissement au préalable d'une courbe d'étalonnage.
Fondamental : Que mesurer sur une unité de filtration et pour en déduire quoi ?
Avant de réaliser une expérience, il faut se poser la question suivante : pourquoi je vais faire cette expérience ? En terme de communication scientifique, c'est aussi cette raison que vous devrez énoncer avant de présenter vos résultats.
Dans le cas de la filtration, avant de commencer à utiliser le procédé pour séparer, on commence toujours par caractériser le fonctionnement du procédé avec un fluide qui ne colmate pas la membrane : on appelle ceci communément dans le jargon des "membranologistes" le flux à l'eau. Cette mesure constituera une référence (comme un blanc en chromatographie ou le fonctionnement à reflux total en distillation). Vous pourriez considérer que cela ne sert à rien (le procédé ici ne sépare rien) mais cela va constituer votre ligne de base. La connaissance de la ligne de base est indispensable pour pouvoir ensuite pouvoir rigoureusement exploiter vos résultats de séparation.
La vidéo ci-dessous vous présente les principaux paramètres de fonctionnement ainsi que les équations permettant d'évaluer ces paramètres.