Article de référence | Réf : P1415 v3

Décantation et filtration dans les processus analytiques
Décantation – Filtration

Auteur(s) : Gwenola BURGOT

Date de publication : 10 sept. 2013

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NOTE DE L'ÉDITEUR

Cet article est la réédition actualisée de l'article P1415 paru en 1997 rédigé par Jean HACHE

03/02/2014

RÉSUMÉ

La décantation et la filtration sont deux techniques de séparation entre phases, utilisées soit dans les procédés, soit dans les méthodes analytiques, dans des domaines aussi variés que l'agro-alimentaire, la biologie, la pharmacie, le traitement de l'eau ou l'industrie chimique . L'objectif de l'article est de décrire les phénomènes en jeu, de façon à bien situer ces procédés dans les processus analytiques. Sont détaillés également les différents éléments et matériels permettant leur mise en oeuvre.

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ABSTRACT

Decantation - Filtration

Decantation and filtration are two techniques of separation between phases that are used in processes or analytical methods, in areas as varied as agrifood, biology, pharmacy, water treatment or the chemical industry. The aim of this article is to describe the phenomena involved, so as to situate these processes in the analytical processes. The various elements and materials allowing for their implementation are also detailed.

Auteur(s)

  • Gwenola BURGOT : Professeur des Universités – Praticien hospitalier - Université de Rennes 1

INTRODUCTION

La décantation et la filtration sont deux techniques de séparation entre phases, utilisées soit dans les procédés, soit dans les méthodes analytiques. L'article s'adressant à tous ceux qui sont à la recherche d'une méthode de séparation analytique ou d'une méthode de préparation d'échantillons en vue d'une analyse, les techniques ne sont abordées que du point de vue analytique, c'est-à-dire à l'échelle du laboratoire.

L'objectif est de décrire les phénomènes en jeu, de façon à bien situer ces techniques dans les processus analytiques, et de présenter les différents éléments permettant leur mise en œuvre.

La décantation est un procédé permettant de séparer :

  • soit une phase solide de matières en suspension dans un liquide de masse volumique moindre ;

  • soit deux phases liquides non miscibles de densités différentes.

Dans les deux cas, l'action consiste à laisser reposer les phases en contact et à attendre un temps suffisant pour qu'elles se séparent sous l'action de la pesanteur. C'est une opération simple mais longue, ne nécessitant que peu de matériel, donc peu coûteuse, mais peu sélective. Elle ne met en jeu qu'une force extérieure constante, la pesanteur, et ne nécessite que d'éviter toute agitation ou toute action de remélange, une fois que la séparation est faite.

La filtration est un procédé permettant de séparer une phase continue (liquide ou gazeuse) et une phase dispersée (solide ou liquide) initialement mélangées. La séparation se fait en faisant passer le mélange au travers d'un milieu filtrant, milieu poreux adapté aux caractéristiques de la suspension à filtrer, sous l'action d'une force de pression fournissant à la suspension l'énergie nécessaire qui lui permet de traverser le milieu poreux. Elle suppose donc de définir le média filtrant adapté, ainsi que ses conditions de mise en œuvre, c'est-à-dire le filtre et son environnement.

Pratiquement, l'application de la filtration aux méthodes analytiques concerne le plus souvent les suspensions (solides dispersés dans un liquide) ou les fumées (solides dispersés dans un gaz) qui font appel aux mêmes milieux de filtration. Le cas des brouillards (liquide dispersé dans un gaz) ou des émulsions (dispersion d'un liquide dans un autre liquide non miscible) ne sera pas abordé, seule la séparation solide-liquide étant retenue. Des applications dans les domaines aussi variés que l'agro-alimentaire, la biologie, la pharmacie ou le traitement des eaux seront développées.

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KEYWORDS

dead-end filtration   |   cross-flow filtration   |   membrane filtration   |   food industries   |   biotechnology   |   filtration   |   decantation

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-p1415


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1. Décantation et filtration dans les processus analytiques

La décantation et la filtration sont des procédés permettant de préparer des échantillons avant analyse, sachant que, suivant les cas, on cherche à récupérer :

  • soit la phase continue débarrassée au maximum des matières en suspension (dans le cas, par exemple, d'analyse d'air, d'eau, d'un liquide alimentaire...) ;

  • soit la phase dispersée (analyse de précipités de cristaux...).

Les deux procédés se complètent. La décantation est une opération peu sélective et longue, mais elle permet de clarifier les solutions et donc de ne pas réaliser une filtration sur des solutions trop chargées. La filtration est plus sélective et s'adresse à des particules de tailles diverses allant de 0,1 à 10 μm pour la microfiltration, de 1 μm à 2 mm ou plus pour la filtration. Elle nécessite cependant de maîtriser le colmatage des filtres dans le cas de solutions complexes, notamment dans le cas de solutions intégrant des macromolécules biologiques.

Cette préparation d'échantillons permet de séparer différentes espèces chimiques, de les concentrer et d'obtenir des solutions prêtes à être analysées de façon quantitative et en évitant les phénomènes d'interférences entre les espèces, mais elle ne suffit généralement pas par elle-même. Elle doit être complétée par des méthodes plus sélectives, telles que les méthodes d'extraction liquide-liquide ou les méthodes chromatographiques, par exemple.

La décantation et la filtration sont les méthodes de démarrage les plus employées pour préparer les échantillons avec la centrifugation. Il convient donc de les positionner les unes par rapport aux autres. Au cours de la centrifugation, une particule solide ou liquide, en suspension dans un liquide, est mise en rotation. Elle est soumise à une force égale à la force centrifuge diminuée de la poussée d'Archimède, qui peut être beaucoup plus importante que la force de pesanteur. La performance atteint 1 500 g (avec g accélération due à la pesanteur) pour une centrifugeuse conventionnelle tournant à 3 000 tr/min.

On peut alors beaucoup plus facilement lutter contre l'homogénéisation que tend à créer la diffusion, conséquence de l'agitation thermique, en l'absence de force extérieure provoquant un flux de masse suffisant. La centrifugation...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - RIVET (P.) -   Guide de la séparation liquide-solide.  -  IDEXPO Cachan (1981).

  • (2) - BROCK (T.) -   Membrane filtration : a user's guide and reference manual.  -  Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York (1983).

  • (3) - MENDRET (J.) -   Mise au point de méthodes de caractérisation du colmatage de membranes : application à la caractérisation in situ d'un dépôt particulaire en ultrafiltration frontale en lien avec les performances du procédé.  -  Thèse de doctorat de génie des procédés et de l'environnement, INSA Toulouse (2007).

  • (4) - RATHORE (A.), SOFER (G.) -   Process validation in manufacturing of biopharmaceutics.  -  CRC Press, Boca Raton (2012).

  • (5) - KANANI (D.), FISSEL (W.), ROY (S.), DUBNISHEVA (A.), FLEISCHMAN (A.), ZYDNEY (A.) -   Permeability-selectivity analysis for ultrafiltration : effect of pore geometry.  -  J. Memb. Sci., 349(1-2), p. 405-409 (2010).

  • ...

1 Sites internet

A3P Services http://www.a3p.org (page consultée le 20 mars 2013)

Club français des membranes (CFM) http://www.cfm-mb.fr/ (page consultée le 03 avril 2013)

European Membrane Society (EMS) http://www.emsoc.eu/ (page consultée le 03 avril 2013)

Institut national de la recherche agronomique (INRA) http://www.inra.fr/ (page consultée le 03 avril 2013)

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KOCH http://www.kochmembrane.com

MERCK http://www.merck-chemicals.com

MACHEREY-NAGEL ...

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