Procédés de sédimentation

BTS BIOANALYSES ET CONTROLES
2. Filières, produits, procédés
AFBB
Sciences et technologies bioindustrielles
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Procédés de sédimentation
1. Décantation
La décantation est une opération unitaire de séparation d'une suspension grâce à la vitesse de
sédimentation des particules en suspension. Une suspension se compose d’un liquide de dispersion (de
masse volumique F et viscosité n) et de particules solides en suspension (de masse volumique P et de
volume V). Ces particules sont soumises à une force résultante FR, résultant :
 du poids : P = m.g = V.P.g
 de la force d’Archimède : FA = V.F.g
FR = P - FA = V.P.g - V.F.g = V.g (P - F)
De par cette force, les particules se mettent en mouvement (elles subissent une accélération). Lorsque la
vitesse se stabilise, on obtient la vitesse de sédimentation VS. Pour mesurer cette vitesse de sédimentation
en régime laminaire, on utilise la loi de Stockes :
Les décanteurs statiques fonctionnent généralement en continu. A une des extrémités, arrive la suspension
et à l’autre, c’est la phase claire qui s’écoule. Durant son passage dans le décanteur, la suspension a eu le
temps de décharger ses particules.
L’alimentation se fait par le bas, les particules
sédimentent et peuvent être récupérées au fond
du cône, tandis que la suspension traitée est
évacuée par le haut, par débordement. La vitesse
de sédimentation est généralement faible. Le
degré de séparation dépend de la longueur, de la
viscosité du fluide, de la taille (volume) et des
masses volumiques. En décantation dynamique,
on peut agir sur la trajectoire pour séparer en
continu des particules de taille et de masse
volumique différentes.
Décanteur vertical
Bassin avec écoulement du surnageant

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2. Centrifugation
La décantation peut être améliorée par la centrifugation, c’est le cas des décanteurs centrifuges, à bol
conique et munis d’une vis convoyeuse des particules solides. La centrifugation est une décantation
accélérée par la force centrifuge. Une particule animée d’un mouvement rotatif autour d’un axe, subit une
force qui l’éloigne de l’axe. Si on définit z (ou « nombre de g »), on peut comparer la force centrifuge au
poids qui intervient pour la décantation. La centrifugation multiplie l’effet de la décantation naturelle par
un nombre z. z est souvent de l’ordre de quelques milliers ou dizaines de milliers. z est une caractéristique
du matériel puisque ce nombre ne dépend que du rayon de la centrifugeuse et de sa vitesse. Comme pour
les décanteurs, on détermine un débit limite d’alimentation qui permettra la séparation.
Le débit limite dépend :
 de la différence de masses volumiques entre les 2 phases à séparer,
 de la taille moyenne des particules (D²),
 de l’inverse de la viscosité du produit,
 du coefficient z de la centrifugeuse,
 de l’agencement des surfaces de séparation.
La loi de Stockes prend l’expression suivante :
En 1878, la compagnie suédoise De Laval a mis
au point une écrémeuse à débit continu
composée d’un « bol » tournant à haute vitesse.
La force centrifuge permet de déplacer la crème,
plus légère, vers le centre du contenant et le lait
écrémé vers l’extérieur.