Efficacité des filtres

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:

• en poids
• en nombre

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 10⁷/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 10⁷/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.