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Performances des filtres et des milieux filtrants pour l’eau

07 juillet 2020 Paru dans le N°433 à la page 115 ( mots)
Rédigé par : Marie andrée SIRVAIN de IFTS Institut de la Filtration et des Technique...

La filtration de l’eau s’applique à tous les usages (eau potable, eaux industrielles de production de vapeur, de refroidissement, eaux ultrapures, eaux de piscine, eaux usées, eaux à réutiliser, solutions aqueuses…). Les technologies utilisées couvrent les filtres à lit épais (sable, granulés de verre, anthracite…), à cartouches, à poches, à plaques, à précouche (adjuvant de filtration?: diatomite, perlite, microfibres de cellulose, …), à membrane (micro, ultra, nanofiltration, osmose inverse…).

Les performances souvent annoncées de manière qualitative, sans décrire les conditions de leur mesure, ne sont pas comparables.
Pourtant des méthodes normalisées françaises, internationales ont été élaborées depuis les années 2000 applicables à beaucoup de milieux filtrants ciblant la rétention des particules de moins d’1 µm, de 1 à 80 µm, de 80 à 150 µm et au-delà.
Les filtres pour l’industrie (filtres à tamis, à cartouches, poches, toiles, non tissés, media granulaires pour lit épais, précouche…) peuvent exprimer leurs performances « filtrantes » à retenir des particules de référence (silice) au cours d’un cycle de filtration jusqu’à leur colmatage (figure 1) :
Figure 1 : Détermination de performances de filtration de milieux filtrants/filtres.

efficacité moyenne de filtration (%) : avec Ne, Ns : nombres de particules supérieures à des seuils dimensionnels fractionnels présentes en entrée et en sortie du filtre. Ces seuils dimensionnels sont choisis par exemple entre 1 et 80 µm :3-5-10-20-30-40-50-60-80 µm,

  • capacité de rétention : masse de polluant de référence (silice) retenue sur le cycle de filtration,
  • seuil de filtration : taille des particules de référence retenues avec une efficacité moyenne de filtration supérieure à une valeur définie dans la norme par le groupe d’experts du domaine :
  • exemple pour l’industrie : à une efficacité moyenne de filtration supérieure à 99.8 % (norme NF X45-303 remplacée par la norme NF EN 13443),
  • exemple pour les piscines privées : à une efficacité moyenne de filtration supérieure à 80 % (norme EN 16713-1).
La capacité d’un milieu filtrant (media granulaire, toile, membrane…) à être contre lavé, preuve du détachement rapide, aisé, complet des solides ou des colloïdes retenus est aussi quantifiable.
De même l’efficacité de filtration à moins d’1 µm, grâce aux compteurs de particules à diffusion de lumière peut être déterminée par la méthode IFTS FEEIS - 01-2013, développée à l’IFTS.
Ces deux derniers critères seront intégrés dans la prochaine norme en cours de rédaction par un groupe d’experts Filtration de la commission AFNOR S52L - Piscines publiques.
Les performances « hydrauliques » des filtres, des milieux filtrants peuvent aussi être déterminées. Elles expriment leur capacité à être traversés par un courant d’eau sans développer une trop forte perte de charge en lien avec une moindre consommation d’énergie recherchée ; ce sont la perméabilité, le flux à l’eau, les courbes de débit/perte de charge (NF EN 13443-1 pour le domaine de 80-150 µm, NF EN 13443-2§7.3 pour le domaine de 1-80 µm, NF X 45-101 pour les membranes de micro, ultrafiltration, NF X 45-402 §6.1 pour les milieux filtrants granulaires (sables, grain de verre…), NF X 45-404 ou NF EN 12902§5.3 pour les précouches d’adjuvants de filtration).
Pour les milieux filtrants granulaires (sables, grain de verre…) la perte de charge en fluidisation au contre lavage est déterminée selon la NF X 45-402§6.2.
Les performances « de structures » des filtres, des milieux filtrants les décrivent selon des caractéristiques souvent plus simples mais mettant pas en œuvre une filtration ; elles ne peuvent pas à elles seules confirmer les performances « filtrantes ». Elles sont toutefois nécessaires pour le dimensionnement des filtres/unités de filtration (taille, volume, encombrement su sol, en hauteur…).
Avec les performances « de résistances » des filtres, des milieux filtrants, elles sont intéressantes pour :
confirmer l’adéquation avec la filtration d’eaux brutes, industrielles, de piscines, de solutions aqueuses, d’eaux de procédés, d’eaux usées…
et/ou comparer l’état neuf et après utilisation de milieux filtrants/filtres d’un seul ou de plusieurs lots/références sur quelques cycles de filtration, et/ou après exploitation sur plusieurs années.
(Structures : distribution granulométrique, tailles moyennes, des plus petites particules ISO 13320, NF X45-401, NF EN 12902, NF ISO 2591-1, ISO 4407, NF E48-660, NF X11-634 – distribution des tailles des pores, tailles maximales, moyennes des pores, des mailles, des perforations NF EN 13443-2, NF ISO 565, NF EN 24003, ISO 4003, ASTM F 316, ASTM D 6908, – masse volumique NF X45-401, EN 12902, NF X45-405 – propreté/migration/perte de masse/substances extractibles NF EN 13443-2, NF EN 12902, NF x45-401.
Figure 2 : Exemples de moyens d’essais de milieux filtrants/filtres IFTS.

Résistances : à la pression statique, dynamique, aux températures élevées, à l’attrition NF EN 13443-1 et 2, ISO 2758, NF EN 16713-1, IFTS CFTHT-01-2013, NF x45-402, NF EN 12902…).

Ces méthodes d’essais développées dans l’IFTS, Institut de la Filtration et des Techniques Séparatives, Centre d’essais reconnu à l’international, accrédité COFRAC ISO 17025, certifié ISO 9001, sont déployées sur de nombreux bancs d’essais (fig. 2) pour répondre aux demandes des fabricants ou fournisseurs de matériels ou des donneurs d’ordre utilisateurs.
Ces données de référence produites sont à mettre à profit pour comparer des produits et équipements, dimensionner les unités, prévoir et comparer les coûts de leur exploitation.
Figure 3 : a) Centre d’essais Roger Ben Aïm au point D (cf. vue b) près de la Garonne et du pont-canal  (Canal du Midi), alimenté depuis A, B, C en différentes qualités d’eau de l’usine de production d’eau potable et depuis E, F, G de l’usine d’épuration d’eau urbaine, ou encore en eaux-modèle en cuves, formées à l’aide
d’une des eaux additionnées de marqueurs, de traceurs spécifiques, arrivant sur la plateforme où les unités  à tester sont déployées (c).

Avec son nouveau centre d’essais Roger Ben Aïm (fig. 3 - (plateforme de 280 m² d’essais), l’IFTS dispose à Agen d’un outil complémentaire où peuvent être qualifiées, validées des performances de matériels de traitement d’eau, de systèmes, de composants des circuits hydrauliques :

  • dans des conditions d’alimentation à grands débits (10 m³/h ou bien plus, jusqu’à 300 m³/h) en continu,
  • sur des durées courtes (quelques heures) longues (quelques jours) à très longues (quelques semaines ou mois),
  • selon les demandes des acteurs du traitement de l’eau dont l’eau de piscine.
Le Centre d’Essais Roger Ben Aïm est aussi une plateforme dédiée à la recherche scientifique en profitant de la disponibilité continue des eaux à forts débits pour déployer des pilotes d’études et d’essais d’un ou plusieurs procédés de traitements des eaux.
Actuellement le projet MARTEAU, Mobilisation Alternative des Ressources Territoriales en EAux Urbaines, est en phase expérimentale pour étudier l’adéquation d’une ressource en eau issue de la réutilisation des eaux usées (REUSE) à un usage donné, visant à participer à la création d’îlot de fraîcheur dans les villes.