L'efficacité d'un filtre exprime sa capacité à retenir des particules
en fonction de leur taille. Deux paramètres sont à prendre en compte:
- la taille des particules
- la fraction de particules retenues
L'efficacité est souvent exprimée par:
- soit un simple seuil de filtration
- soit le pourcentage de rétention de
particules plus grosses que ... µm.
Le pourcentage peut être compté:
Ces indications sont pauvres en enseignement:
- les particules les plus grosses sont toujours les mieux
retenues
- les particules les plus grosses forment la fraction la plus
importante en poids
- la répartition granulométrique n'est pas prise en compte
Efficacité nominale et absolue
Il
est d'usage courant de qualifier un seuil de rétention des particules
des qualificatifs "nominal" ou "absolu". Ces qualificatifs n'ont pas de
définition normalisée. Les taux de rétention correspondants et les méthodes de détermination peuvent varier.
Efficacité nominale
Elle
désigne généralement le diamètre des particules pour lequel le taux de
rétention atteint 90%. Toutes les particules plus grosses auront un
taux de rétention supérieur.
Efficacité absolue
Elle désigne le diamètre des particules pour lequel le
taux de rétention atteint une valeur généralement supérieure à 98%. Toutes les particules plus grosses
auront un taux de rétention supérieur.
Le rapport Bêta β
Le rapport bêta est défini comme:
(le nombre de particules en
amont)/(le nombre de particules
en aval) pour chaque taille de particule.
Ainsi, si en aval du filtre on observe 10 particules de 5µm pour 1000
particules de même taille en amont, le rapport bêta sera de 1000/10 =
100 pour les particules de 5µm.
Le taux de rétention peut en être déduit par la relation:
%rétention =
(( β -1) / β) × 100
La détermination du rapport Bêta est décrite dans la norme ISO
16889.
β |
proportion des particules
passant le filtre |
% de rétention |
2 |
1 particule sur 2 |
50% |
10 |
1 particule sur 10 |
90% |
20 |
1 particule sur 20 |
95% |
75 |
1 particule sur 75 |
98,7% |
100 |
1 particule sur 100 |
99% |
200 |
1 particule sur 200 |
99,5% |
1000 |
1 particule sur 1000 |
99,9% |
2000 |
1 particule sur 2000 |
99,95% |
5000 | 1 particule sur 5000 | 99,98% |
Un média filtrant pourra ainsi être qualifié pour différentes
tailles de particules; par exemple:
taille de
particule |
β |
% rétention |
5µm |
12 |
85% |
10µm |
20 |
95% |
15µm |
50 |
98% |
20µm |
1000 |
99,9% |
Attention! certains fournisseurs calculent ce rapport bêta
pour le cumul de toutes les particules de taille supérieure à la valeur
seuil. Cette donnée est naturellement plus valorisante pour le filtre
en question, mais moins informative pour l'utilisateur.
Test de bullage
Le
test de bullage est non destructif et permet de tester l'intégrité du
filtre avant et après son utilisation, et de déterminer la taille
maximale de ses pores. Il est basé sur la loi de la capilarité qui
énonce que la pression (P) qu'il faut appliquer à un gaz pour lui faire
traverser un capilaire est inversement proportionnelle au diamètre (d)
du capilaire.
P = K/d
Le facteur de proportionalité K dépend des unités utilisées et de la nature du liquide mouillant et du matériau du filtre.
La procédure de test est décrite dans le standard ASTM F316.
La
face supérieure du filtre est couverte d'eau, tandis que la face
inférieure est reliée à une alimentation en air dont la pression est
ajustable.
On augmente progressivement la pression de l'air jusqu'à
l'apparition de bulles à la surface de l'eau. La pression
correspondante permet de calculer la taille des pores les plus grosses.
Le test de bullage permet en particulier de confirmer l'efficacité du filtre vis à vis de la rétention de micro organismes.
Efficacité microbienne
Les
micro organismes font partie des éléments les plus difficiles à
retenir, et pour lesquels les exigences sont les plus importantes. La
stérilisation par la chaleur par exemple n'est pas toujours possible.
Des filtres dont les diamètres de pores sont <0,5µm sont employés
pour produire des fluides stériles.
L'aptitude des filtres à éliminer la contamination par les micro organismes conduit à deux classes d'équipements:
- classe "réduction de la bio-contamination"
- classe 'stérilisation"
Un
test de rétention de micro organismes est décrit par le standard ASTM
F838-05 (2005) qui a succédé à la version ASTM F838-83 de 1983:
Une réduction supérieure à 10
7/cm²
(LRV>7/cm²) de la teneur en bactérie "Brevundimonas diminuta" en
aval de la filtration valide le filtre dans la classe "stérilisation";
si la réduction est inférieure à 10
7/cm² (LRV<7/cm²), le filtre n'est validé que pour la classe "réduction de la bio-contamination".
L'utilisateur
doit être capable de vérifier l'intégrité de son filtre, sans pour
autant le contaminer en pratiquant le test de rétention de micro
organismes. Il peut le faire en se basant sur un test de bullage, et se
référer à une corrélation fournie par son fournisseur de filtre.