Les composants métalliques poreux, qu'il s'agisse de tubes, plaques ou disques, constituent les briques de base utilisées dans les ensembles de filtration, les systèmes de distribution de gaz, les limiteurs de débit et les cellules électrochimiques. Le bon format dépend de l'emplacement de la pièce dans le système et de sa fonction. Ce guide présente les trois formes standard, leurs plages dimensionnelles et les applications auxquelles chacune convient le mieux.
Matériaux et structure poreuse
Les trois formes sont fabriquées par frittage de poudre métallique, en inox 316L ou en titane pur Grade 2, dans un four sous vide à 1000-1200°C. La structure obtenue présente une porosité interconnectée sur toute l'épaisseur de la paroi ou du corps, avec des tailles de pores contrôlables de 0.22 à 100 µm selon la granulométrie de départ et les paramètres de frittage. La porosité typique est de 30 à 45%, ce qui signifie qu'environ un tiers du volume de la pièce est constitué de pores ouverts.
Le choix entre 316L et titane dépend du fluide de procédé. Le 316L convient à la plupart des fluides industriels : eau, air, azote, hydrocarbures, acides faibles et solutions caustiques. Le titane est choisi lorsque le milieu contient des chlorures, des acides minéraux forts comme HCl ou H2SO4, de l'eau de mer, ou lorsqu'une biocompatibilité est requise en pharmaceutique.
Tubes poreux
Plage de diamètre extérieur : 14 – 200 mm (titane) / 20 – 200 mm (316L)
Longueur : 100 – 1200 mm
Épaisseur de paroi : 2 – 10 mm
Porosité : 30 – 45%
Taille de pores : 0.22 – 100 µm
Les tubes poreux sont la forme la plus polyvalente. Leur géométrie cylindrique permet une installation directe en ligne, une insertion dans un boîtier ou un montage vertical dans une cuve. Le fluide peut circuler de l'extérieur vers l'intérieur en mode filtration, ou de l'intérieur vers l'extérieur en mode sparging/aération.
Sparging et aération
Lorsqu'un tube poreux est mis sous pression de gaz par l'intérieur, le gaz sort à travers les pores sous forme de fines bulles uniformément réparties sur la surface externe. La taille des bulles est pilotée par la taille des pores : des pores plus fins donnent des bulles plus petites, donc une surface spécifique plus grande et un meilleur transfert de masse. Les applications typiques incluent l'oxygénation d'eaux usées, la carbonatation de boissons et les réactions gaz-liquide en chimie. Pour l'aération, des pores de 10-50 µm sont fréquents ; pour les bioreacteurs à bulles fines, 2-10 µm sont typiques.
Fluidisation
Dans les réacteurs à lit fluidisé et les systèmes de manutention de poudres, les tubes poreux distribuent le gaz de façon homogène sur leur longueur afin de maintenir une fluidisation régulière. La perte de charge à travers la paroi poreuse agit comme une résistance naturelle qui limite le phénomène de canalisation, même si la densité du lit varie localement. C'est un avantage important par rapport aux distributeurs en tuyaux percés, où le gaz tend à passer préférentiellement par les zones de moindre résistance.
Filtration en ligne
En tant qu'éléments filtrants en ligne, les tubes poreux fonctionnent en écoulement extérieur-intérieur. Les particules sont retenues lorsque le fluide traverse la paroi du tube vers l'alésage propre. La géométrie cylindrique offre une surface filtrante importante par rapport au diamètre du boîtier, et plusieurs tubes peuvent être montés en parallèle dans un même carter pour augmenter la capacité de débit.
Plaques poreuses
Taille maximale : 600 x 400 mm (titane) / 300 x 300 mm (316L)
Épaisseur : 0.5 – 20 mm (titane) / 0.5 – 10 mm (316L)
Porosité : 30 – 45%
Taille de pores : 0.22 – 100 µm
Les plaques poreuses sont des composants plats, rectangulaires ou carrés, présentant une porosité traversante uniforme. Elles sont utilisées lorsqu'une surface perméable plane est requise plutôt qu'une surface cylindrique.
Composants pour électrolyseurs PEM
Dans les électrolyseurs PEM, les plaques poreuses en titane servent de couches de transport poreuses (PTL) et de plaques de distribution sur le côté anodique. Elles doivent permettre à l'eau d'atteindre la couche catalytique, conduire l'électricité et évacuer les bulles d'oxygène. Le titane est indispensable dans cet environnement fortement oxydant. Pour les applications PTL, l'épaisseur typique est de 0.5 à 2 mm avec une porosité ajustée au design de cellule.
Distribution de flux
Lorsqu'il faut répartir uniformément un flux sur toute une section, par exemple à l'entrée d'un lit catalytique ou sur la face d'un échangeur, une plaque poreuse agit comme un répartiteur passif. La perte de charge à travers la plaque force le fluide à se redistribuer latéralement avant de la traverser, ce qui réduit les effets de jet typiques des distributeurs simples à buses.
Disques poreux
Diamètre : 5 – 400 mm (titane) / 5 – 300 mm (316L)
Épaisseur : 0,5 – 20 mm
Tolérance : diamètre extérieur ±0.1 mm, épaisseur ±0.05 mm
Porosité : 30 – 45%
Taille de pores : 0.22 – 100 µm
Les disques poreux sont des composants circulaires adaptés aux boîtiers ronds, brides et raccords de tuyauterie. Ce sont les éléments les plus simples à installer, généralement posés dans un siège puis bridés ou boulonnés, et ils sont très répandus en laboratoire et sur petits équipements.
Filtration d'échantillons et laboratoire
En chimie analytique et en laboratoire de contrôle qualité, les disques métalliques frittés servent de supports filtrants réutilisables dans les montages de filtration sous vide, les porte-échantillons en ligne et les entonnoirs de type Büchner. Un disque de 25 à 50 mm avec une finesse de 0.22 à 1 µm permet une filtration très fine d'échantillons sans les coûts récurrents des membranes jetables.
Diffusion de gaz
De petits disques poreux de 5 à 50 mm sont utilisés comme éléments de diffusion de gaz dans les capteurs, analyseurs et petits contacteurs gaz-liquide. Le disque contrôle le taux de perméation du gaz dans une chambre de mesure ou dans un volume liquide, offrant un débit régulier et reproductible sans vanne ni régulation active.
Égalisation de pression
Les enceintes étanches, comme les boîtiers électroniques, capteurs de pression ou batteries, doivent équilibrer les pressions internes et externes lors de variations de température ou d'altitude. Un petit disque poreux, généralement de 5 à 15 mm avec des pores de 0.22 à 5 µm, permet un échange gazeux lent tout en bloquant l'eau liquide, la poussière et les contaminants. Le principe est similaire à celui des évents en Gore-Tex, mais en version métallique pour des températures et charges mécaniques plus élevées.
Choisir le bon format
Le choix se fait généralement à partir de la géométrie d'installation :
- Tube lorsque la pièce se place dans une conduite, une cuve ou un carter cylindrique ; lorsqu'un sparging distribué ou une filtration en ligne est nécessaire ; ou lorsqu'il faut des embouts tels que filetage, bride ou bouchons soudés.
- Plaque lorsqu'une surface perméable plane doit couvrir une section rectangulaire ou carrée, pour des composants de stack d'électrolyse ou pour une distribution de flux sur grande surface.
- Disque lorsqu'une pièce s'insère dans un siège rond ou une bride, pour les équipements de laboratoire et de paillasse, les évents ou petits diffuseurs de gaz, ou lorsque le diamètre requis reste inférieur à environ 300 mm.
Les trois formats sont disponibles sur mesure. Si votre application requiert une dimension non standard, une classe de pores spécifique ou une configuration d'extrémité particulière, consultez notre page produit composants poreux ou contactez-nous avec vos besoins.
