La filtration est un processus utilisé pour séparer les particules solides en suspension dans un liquide ou un gaz, en les faisant passer à travers un milieu poreux appelé filtre. Il existe plusieurs types de filtrations et de filtres, chacun adapté à des applications particulières en fonction de la taille des particules à filtrer et des propriétés du liquide ou du gaz.

On peut citer par exemple :

v la filtration sur lit de sable

Le liquide à purifier traverse une couche de sable et se fraye un chemin en utilisant les espaces entre les grains. Les impuretés de taille supérieure aux interstices sont retenues par ce filtre.

v la filtration sur charbon actif (le charbon actif est un matériau à base de carbone obtenu par chauffage d'une matière végétale, par exemple de l'écorce de noix de coco, qui a été activé (chauffé en présence de vapeur d’eau (800 – 1000 °C afin d’ouvrir les pores, d'accroître sa porosité et donc son pouvoir adsorbant)).

Les impuretés sont essentiellement retenues par adsorption (c'est-à-dire qu'elles "s'accrochent" à la surface du charbon actif : forces de Van der Waals, interactions hydrophobes, interactions p-p, interactions dipôle-dipôle).

Les performances des filtres à charbon actif sont fonction de la température et du polluant traité ; ils doivent être changés périodiquement.

v la filtration membranaire

Elle est basée sur la mise en œuvre d’une interface (barrière physique), appelée membrane. Sa porosité qui correspond à la taille des canaux (pores) qu'elle possède est calibrée de façon très précise et permet le passage de certaines particules dont la taille est inférieure à un seuil donné.

Remarque :

- La taille des particules n'est pas le seul paramètre dont dépend leur rétention par une membrane.

- Leur charge électrique peut intervenir aussi ; une membrane peut être chargée et interagir électrostatiquement avec des composés chargés.

- Leur hydratation peut aussi participer à leur rétention.

2) Les différents types de filtrations :
2-1) Filtration par gravité :

C'est le type de filtration le plus simple où la force de gravité est utilisée pour faire passer le liquide à travers un filtre. Il est souvent utilisé pour éliminer les particules grossières et les sédiments.

Principe d'une filtration simple en laboratoire

2-2) Filtration sous pression :

Dans ce type de filtration, une pression externe est appliquée pour forcer le liquide à travers une membrane filtrante. Cela permet une séparation plus rapide et efficace.

Deux types de filtration sous pression :

Filtration frontale

Elle consiste à faire passer le fluide à purifier perpendiculairement à la surface du filtre :

FILTREFRONTAL

Les particules à éliminer sont retenues par le filtre.

Un inconvénient de cette méthode est que l'accumulation progressive des particules à la surface du filtre finit par colmater les pores de celui-ci.

Filtration tangentielle

Le maintien d’une circulation parallèle à la surface de filtration permet de contrôler l’accumulation de matières, limiter le colmatage de la membrane et optimiser le débit de filtration.

FILTRETANGENT

En sortie, on récupère deux flux : une fraction concentrée, le rétentat, enrichie en éléments retenus par la membrane, et une fraction plus diluée, le perméat (ou filtrat) ne contenant que les composés pouvant traverser la membrane. Le débit de filtration est le résultat de l’équilibre entre la pression transmembranaire et la vitesse tangentielle.

2-3) Filtration sous vide :

Contrairement à la filtration sous pression, la filtration sous vide utilise une dépression pour aspirer le liquide à travers la membrane filtrante. Le résultat est le même que précédemment.

Elle est souvent utilisée pour des applications où on filtre des échantillons fragiles qui ne supportent pas les fortes pressions.

3) Incidence de la taille des pores de la membrane sur la filtration

La taille des pores est un paramètre crucial à considérer lors de la sélection d'une membrane pour une application de filtration, car elle détermine à la fois la sélectivité de l'opération (des pores plus petits retiendront des particules plus petites), le débit de filtration (des pores plus larges permettent un débit de filtration plus élevé) et la sensibilité aux colmatages (des pores plus petits peuvent se colmater plus facilement, ce qui réduit le débit de filtration au fil du temps).

En fonction de la taille des pores (par ordre décroissant), on peut distinguer :

3-1) La microfiltration :

Le diamètre des pores varie de 0,1 à 5 µm.

Elle est utilisée pour retenir des bactéries, des macromolécules, des colloïdes ou des particules solides en suspension.

3-2) L'ultrafiltration :

Le diamètre des pores varie de 0,001 à 0,1 µm.

Elle est utilisée pour retenir les virus, les macroprotéines, les antibiotiques….

3-3) La nanofiltration :

Le diamètre des pores varie de 0,1 nm à 0,001µm.

Elle est utilisée pour retenir la majorité des molécules, les colorants, certains ions….. Elle permet l'élimination des phytopharmaceutiques, des nitrates des eaux souterraines, les métaux lourds des eaux usées.

3-4) L'osmose inverse :

Les membranes utilisées ont une structure dense ; elles n'ont pas de pores ; Le transfert de matière se fait par le modèle dissolution-diffusion.

Remarques :

- En général, on utilise une succession de filtres de plus en plus fins avant d'arriver à celui qui va arrêter les substances les plus fines qu'on souhaite éliminer.

Par exemple pour une nanofiltration, il est courant de mettre en amont de la membrane de nanofiltration, un lit de sable, du charbon actif puis des membranes de microfiltration et d'ultrafiltration ; cela permet d'éviter le colmatage le la membrane la plus fine par de grosses particules.

- La taille des pores n'est pas le seul facteur qui intervient dans la sélectivité des membranes ; y contribuent également :

v La distribution des pores et la structure poreuse globale de la membrane

Pores d'une membrane

de microfiltration.

v La charge électrique : Certains types de membranes peuvent être chargées électriquement, ce qui peut influencer la sélectivité en permettant l'adsorption de particules de charges opposées.

v La composition chimique de la membrane qui peut interagir sélectivement avec certaines substances à filtrer.

v D'autres propriétés spécifiques telles que leur hydrophilie/hydrophobicité, leur polarité, la forme des molécules.…

4) Elimination par osmose inverse :

L'osmose inverse qui s'adresse surtout à des milieux aqueux, est le premier procédé membranaire utilisé à l'échelle industrielle dans les années 1960 ; il utilise des membranes denses (non poreuses). La séparation des espèces ne se fait pas donc pas par leur taille mais en fonction de leur affinité vis-à-vis du matériau membranaire.

Le transfert de matière se fait par le modèle dissolution-diffusion. L'eau se déplace en diffusant dans la structure même du polymère qui dans tous les cas est hydrophile et "gonflé" par l'eau.

Dans le cas d'une substance semi-perméable parfaite, seule l'eau rejoint le compartiment perméat.

Le phénomène d'osmose

Une membrane dite semi-perméable est placée entre deux compartiments, l'un contenant de l'eau et l'autre une solution saline ; au départ les surfaces libres des liquides dans les deux compartiments sont au même niveau.

On aperçoit progressivement qu'il se crée spontanément, un décalage entre les deux niveaux, celui du compartiment contenant la solution saline s'élève et l'autre descend. Après un certain temps on arrive à un équilibre. De l'eau a traversé la membrane pour rejoindre la solution saline.

Il existe alors une dénivellation qui traduit une différence de pression que l'on appelle la pression osmotique. Afin d'avoir un ordre de grandeur de cette pression, on peut donner celle de l'eau de mer : environ 25 à 30 bars.

L'osmose inverse

Si on exerce sur la solution saline une pression égale à la pression osmotique, on revient à la situation initiale, les solutions dans les deux compartiments sont au même niveau ; de l'eau a traversé la membrane, venant du compartiment contenant la solution saline.

En exerçant une pression plus importante un déséquilibre se produit, le niveau dans le compartiment de la solution saline s'abaisse et celui de l'autre compartiment s'élève. On a obligé de l'eau qui était dans la solution saline à traverser la membrane. Les sels eux n'ont pas pu traverser ; la solution saline voit sa concentration augmenter.

C'est l'osmose inverse.

La filtration par osmose inverse est largement utilisée pour la purification de l'eau potable et le dessalement de l'eau de mer.

5) Les membranes filtrantes :
Les membranes filtrantes sont fabriquées à partir de matériaux poreux

- soit d'origine organique :

Citons par exemple le polypropylène (PP), le polyéthylène(PE), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polyfluorure de vinylidène ( PVDF), le polyacrylonitrile (PAN), le polystyrène (PS), le polysulfone (PSU), le polyéthersulfone (PES), la cellulose régénérée, l'acétate de cellulose, les polymères d'éther de cellulose, le chitosane, les alginates...

- soit d'origine inorganique :

Comme la zircone (dioxyde de zirconium ZrO₂), l'alumine (Al₂O₃), le dioxyde de titane (TiO₂) mais aussi des carbures (carbure de silicium, carbure de titane ..), des nitrures (nitrures de silicium, nitrure de bore …).

- soit des mélanges polymères/minéraux

La structure d'un ensemble de filtration se compose de :

Un support microporeux pour une bonne tenue mécanique.
Une peau ou couche superficielle qui assure la sélectivité.

5-1) Propriétés des membranes :

On compare les performances des membranes en fonction de leur :

- Sélectivité :

Elle se mesure par un paramètre appelé facteur de séparation.

Il s'agit de leur capacité à permettre le passage de certaines substances tout en empêchant le passage d'autres substances.

Cela dépend des propriétés physiques et chimiques de la membrane ainsi que des propriétés des substances en question. Par exemple, une membrane sélective peut laisser passer certains ions ou molécules tout en bloquant d'autres en fonction de leur taille, de leur charge électrique, de leur solubilité ou d'autres caractéristiques.

- Flux de perméation :

Il s'agit de la quantité de liquide ou de gaz qui traverse la membrane par unité de temps et de surface.

- Rétention :

C'est la capacité de la membrane à retenir les matières indésirables.

- Pores :

La taille des ouvertures dans la membrane détermine quelles substances peuvent passer à travers.

La taille des pores que l'on doit choisir pour une bonne filtration est environ deux fois plus petite que la plus petite espèce à retenir

- Stabilité chimique et thermique :

Il s'agit de la résistance de la membrane aux conditions chimiques et thermiques dans lesquelles elle sera utilisée.

- Durabilité :

Elle correspond à la résistance mécanique de la membrane, à l'usure et à la dégradation au fil du temps.

- Coût :

En tenant compte du coût initial d'achat ainsi que des coûts d'exploitation et de maintenance associés à l'utilisation de la membrane.

5-2) Les matières des membranes organiques

Ces membranes offrent une grande résistance chimique et thermique, ce qui les rend adaptées à un large éventail d'applications industrielles et médicales.

- Polyéthylène – Polypropylène – Polytétrafluoroéthylène - Poly(difluorure de vinylidène) – Polyacrylonitrile – Polystyrène – Polysulfones – Polyéthersulfones - Cellulose régénérée –

Acétate de cellulose - Polymères d'éther de cellulose - Chitosane – Alginates -

Polyéthylène(PE)	Polypropylène (PP)
Il existe deux variétés : polyéthylène " basse densité ", souple, à chaînes ramifiées, dit "haute pression" (1000 atm, 200°C) polyéthylène " haute densité ", dur, peu ramifié, dit "basse pression" (10 atm, 100°C) Elles sont couramment désignées par les sigles PEbd et PEhd. - Inertie chimique remarquable (structure d’alcane) - Facilité de mise en forme - Excellent isolant électrique. Le polyéthylène est l'un des polymères utilisés dans des procédés de filtration n'impliquant qu'une faible différence de pression (moins d'un bar), notamment pour les membranes de microfiltration.	Ressemble au polyéthylène haute densité. Comme le polyéthylène, il est l'un des polymères utilisés dans des procédés de filtration n'impliquant qu'une faible différence de pression (moins d'un bar), notamment pour les membranes de microfiltration. Ces membranes en polypropylène peuvent être détruites par le chlore dont l'usage est proscrit. Matériau assez hydrophobe qui le rend sensible au colmatage.
Polytétrafluoroéthylène (PTFE)	Poly(difluorure de vinylidène) (PVDF)
C’est le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ; Son nom commercial : Téflon. - Résistance chimique remarquable. - Peut supporter 200°C - Anti-adhésif. Il convient pour des procédés de filtration dans lesquels un caractère hautement hydrophobe est exigé, notamment pour filtrer les gaz. .	Polymère thermoplastique du difluorure de vinylidène (VDF), qui possède une structure semi-cristalline. C'est le plus cristallin des thermoplastiques. - Excellentes propriétés physiques et mécaniques (comme la plupart des polymères fluorés au rang desquels le PTFE) notamment une grande rigidité, une grande résistance thermique. - Il possède aussi, une bonne résistance aux agents chimiques les plus durs, les plus corrosifs (notamment les acides vis-à-vis desquels il est inerte jusqu'à des températures de 140°C ; sa résistance aux bases est moindre au delà d'un pH de 11). - Bonne résistance aux UV, il est difficilement inflammable. Son prix de fabrication est important et une grande consommation d'énergie est nécessaire pour son extrusion (à cause de son point de fusion élevé, aux alentours de 175°C) ; son prix de production limite donc ses applications aux domaines de moyenne ou haute technologie et en particulier en biotechnologie pour les membranes de transfert des protéines.
Polyacrylonitrile (PAN)	Polystyrène (PS)
L' acrylonitrile CH₂=CH-CN donne lieu à la polymérisation : Applications : Fibres textiles (Crylor...). Fibres de carbone : Le polyacrylonitrile est un précurseur pour l'obtention de fibres de carbone. Les ultrafiltres dont les pores sont plus fins que les microfiltres et qui travaillent à des pressions élevées sont élaborés à partir de dérivés de polyacrylonitrile. Le PAN est aussi utilisé pour fabriquer des membranes de microfiltration ou d'ultrafiltration pour les hémodialyses (voir acétate de cellulose)	Le vinylbenzène encore appelé styrène donne lieu à la polymérisation : - Il se prête très bien au moulage. - Il se prête bien à l’expansion, on obtient le polystyrène expansé, aux qualités isolantes (thermiques) remarquables. - le PS "cristal" est un homopolymère amorphe, dur et cassant. Il est transparent et thermoplastique. - le PS "choc" qui est constitué d'une phase polystyrène dans laquelle sont noyés des nodules de polybutadiène qui sont capables d'absorber une partie de l'énergie d'un choc éventuel. Il est parfois utilisé dans des filtres à tamis ou des filtres à média granulaires.
Polysulfones (PSU)	Polyéthersulfones (PES)
Les polysulfones (PSU) sont des polymères thermoplastiques appartenant à la famille des polyaryléthers. Exemple : L'Udel ® Ils sont connus pour leur dureté et leur stabilité à haute température. On en fait des membranes poreuses semi-perméables utilisées dans les applications basées sur le phénomène d'osmose. On les utilise notamment pour fabriquer les membranes d'hémodialyse (voir Acétate de cellulose)	Les polyéthersulfones (PES) sont des polymères thermoplastiques appartenant à la famille des polyaryléthers. - Ils sont très résistants à la chaleur (on les utilise à des températures de -100°C à + 200°C) - Ils sont très résistants aux chocs - Ils résistent aussi à l'oxydation ainsi qu'à l'hydrolyse dans une large gamme de pH (2 à 13). Une synthèse possible : Ils sont utilisés comme matériaux pour la fabrication des structures asymétriques de base pour des membranes de nanofiltration ou d'osmose inverse, devant supporter de fortes pressions (plusieurs dizaines de bars).
Cellulose régénérée (voir annexe 1) On peut citer la Viscose, le Modal, le Lyocell, le Cupro. Ces matériaux sont utilisés, entre autres, pour fabriquer des membranes de microfiltration ou d'ultrafiltration.	Acétate de cellulose Une ou plusieurs molécules de CH₃COOH peuvent estérifier des -OH du motif de la cellulose. La cellulose moyennement acétylée, soluble dans l’acétone, peut donner une pâte qui, filée et séchée conduit aux fils d’acétate; les tissus d’acétate ressemblent à la soie. Dans les filtrations, l'acétate de cellulose sert à fabriquer des membranes de microfiltration ou d'ultrafiltration pour les hémodialyses. "90% des personnes dialysées en France le sont par la technique d'hémodialyse. Il s'agit d'un procédé d'ultrafiltration entre le sang de la personne et une solution, le dialysat. Cet échange permet de retirer du sang les déchets produits par l'alimentation, de rééquilibrer la teneur du sang en minéraux tels que le sodium ou le bicarbonate , d'éliminer le surplus d'eau. Les membranes utilisées sont généralement en acétate de cellulose." (Agrégation interne 2023).
Polymères d'éther de cellulose	Le chitosane
La famille des cellulosiques comporte un grand nombre de matières qui sont des dérivés de substitution des fonctions alcools. - Avec R = CH₃ méthylcellulose, C₂H₅ éthylcellulose, CH₂-CH₂OH hydroxyéthylcellulose, CH₂COOH carboxyméthylcellulose. On les utilise pour fabriquer des membranes filtrantes pour microfiltration, ultrafiltration, mais aussi pour des nanofiltrations et même pour des filtrations par osmose inverse. Ces matériaux présentent une forte hydrophilicité garantissant une faible tendance au colmatage.	Le chitosane trouve de nombreuses et importantes applications dans les domaines de l'agriculture, la santé.... d'autant qu'il est biodégradable grâce aux chitosanases et aux chitinases présents dans de nombreuses cellules. Le chitosane permet de chélater les métaux lourds, de floculer les matières organiques et minérales mais aussi les microorganismes d'où son utilisation dans le traitement des eaux usées. Le caractère polycationique que lui confère le groupe -NH₂ qu'il porte et qui dépend du pH du milieu fait qu'il est utilisé par exemple dans l'industrie papetière ou dans l'industrie des cosmétiques. Dans le domaine biomédical on s'en sert comme anticoagulant ; on peut avec lui fabriquer des vaisseaux sanguins artificiels, des peaux artificielles, des pansements, des fils de suture biorésorbables. Les membranes en chitosane sont utilisées en microfiltration, ultrafiltration et nanofiltration. Le chitosane est très peu répandu dans la nature. Il est obtenu par désacétylation de la chitine par hydrolyse en milieu basique (solution de soude à 40% environ) à chaud et pendant plusieurs heures. Malheureusement ce traitement conduit aussi à des ruptures des liaisons glycosidiques diminuant les longueurs des chaînes.
Les alginates
Les alginates sont des polysaccharides extraits des algues brunes. Ils peuvent être utilisés pour fabriquer des membranes filtrantes adaptées à la microfiltration, à l'ultrafiltration et éventuellement à la nanofiltration. Les membranes d'alginate sont appréciées pour leur capacité à former des gels en présence d'ions calcium, ce qui peut les rendre utiles dans certaines applications de filtration où la formation de gel est souhaitée. Les alginates sont largement utilisés dans le domaine alimentaire, pharmaceutique et médical en raison de leur biocompatibilité et de leur non-toxicité.

Remarque : Avantages et inconvénients de quelques membranes organiques

	Avantages	Inconvénients
Acétate de cellulose	Perméabilité élevée - Sélectivité élevée - Mise en œuvre assez aisée - Adsorption des protéines faible => colmatage moindre.	Sensible à la température - Sensible au pH - Sensible au chlore - Sensible au compactage - Sensible aux microorganismes.
Type polyamide	Bonne stabilité chimique, thermique et mécanique.	Grande sensibilité aux oxydants - Faible perméabilité - Phénomènes d’adsorption.
Membranes composites	Bonnes caractéristiques : perméabilité et sélectivité - Stabilité de pH 2 à 11 - Bonne tenue en température.	Mauvaise tenue au chlore.

5-3) Les matières des membranes inorganiques

Ces membranes sont souvent appelées disques.

Ce sont des membranes céramiques fabriquées à partir de matériaux tels que la zircone (dioxyde de zirconium ZrO₂), l'alumine (Al₂O₃), le dioxyde de titane (TiO₂) mais aussi des carbures (carbure de silicium, carbure de titane ..), des nitrures (nitrures de silicium, nitrure de bore …).

Ces membranes sont connues pour leur robustesse et leur durabilité, les rendant adaptées à des conditions extrêmes et à des applications telles que la filtration des eaux usées industrielles.

Ce sont essentiellement des filtres de microfiltration ou d'ultrafiltration.

Ils sont formés :

- d'un noyau poreux (structure de support) obtenu par extrusion d'oxyde d'aluminium par exemple.

- d'une membrane qui est un revêtement appliqué sur la face filtrante ; il est constitué de particules d'oxyde d'aluminium dans l'exemple que nous avons choisi.

Après application sur le noyau le matériau de revêtement est fritté (voir annexe 2) à une température élevée, dans un four, rendant la couche membrane solidaire de la structure de support du noyau.

Exemple :

La zircone ZrO₂
- Elle existe naturellement sous forme d'un minéral, la baddeleyite ; elle est alors accompagnée de moins de 0,1% d'oxyde de hafnium.
- On peut la fabriquer à partir de silicate de zirconium (le zircon ZrSiO₄), par traitement thermique à haute température ; on trouve alors environ 2% d'oxyde de hafnium.

ZrC est ensuite grillé à l'air vers 700°c pour donner ZrO₂.

La zircone est un matériau très dur à point de fusion élevé qui résiste à l'abrasion et à la corrosion et qui est utilisé dans diverses industries :

- Production de céramiques techniques (filtres ….) et des céramiques à usage dentaire.

- Plaquettes de freins.

- Pots catalytiques.

Les zircones sont mises en forme par des procédés classiques de pressage puis frittées entre 1400°C et 1700°C.

5-4) Les membranes en mélanges polymères/minéraux

Les membranes composites sont formées de plusieurs couches de matériaux différents, elles combinent les avantages de différents types de membranes pour offrir des performances optimisées dans des applications spécifiques.

On peut donner comme exemple :

- Le polyéthylène téréphtalate (PET) avec des charges minérales

- Des polymères mélangés avec des nanoparticules d'argile ….

- Polyéthersulfone (PES)/Oxyde d'aluminium

- Fluorure de polyvinylidène (PVDF)/dioxyde de titane (TiO2)

- Polysulfone (PSU)/ nanoparticules de zéolite

- Polyamide/nanoparticules d'oxyde de graphène (GO)

- Polyacrylonitrile (PAN)/nanoparticules de silice (SiO2)

5-5) Les membranes plasmiques, un cas particulier

Une cellule humaine est délimitée par une membrane plasmique qui sépare le cytoplasme du milieu extérieur.

Certaines molécules ne peuvent traverser les membranes gastro-intestinale ou hémato-encéphalique car elles sont ionisées ou peu lipophiles.

Une protéine de transport membranaire va sélectivement reconnaître une de ces molécules comme étant proche de son substrat endogène et l'aider à traverser la membrane.

On peut donc considérer qu'une membrane plasmique joue le rôle de membrane de filtration dans certains contextes ; elle contrôle le passage sélectif des substances à travers la membrane, permettant à certaines molécules de passer tandis qu'elle en bloque d'autres. Cette capacité de sélectivité permet à la membrane plasmique de fonctionner comme une sorte de filtre pour réguler les échanges de substances entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule.

On trouvera une étude détaillée du fonctionnement de ces membranes dans l'article "Les prodrogues".

Annexe 1

La cellulose régénérée (Viscose,Modal, Lyocell, Cupro)

- La cellulose est le résultat de la polycondensation de glucose (C₆H₁₂O₆),CH₂OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-C(H)=O sous forme de β-D-glucopyranose

On obtient des chaînes dîtes "linéaires".

Les différentes chaînes placées côte à côte sont liées par de nombreuses liaisons hydrogène ce qui donne à ce matériau une très grande rigidité et qui explique qu'elle est la substance de soutien (parois) des cellules jeunes des végétaux :

Liaisons intramoléculaires :

Selon Liang et Marchessault - 1959

Selon Blackwell et al.

- 1977

Liaisons intermoléculaires :

Klemm et al - 1998

La cellulose pratiquement pure est tirée du fruit du cotonnier; il contient des graines recouvertes d’un duvet formé de fibres de 2 à 7 cm de long; débarrassées des impuretés, ces fibres constituent le coton hydrophile.
La cellulose s’obtient également à partir du bois; le bois est essentiellement constitué de cellulose et de lignine; un traitement à l’hydrogénosulfite de calcium détruit la lignine; il reste la pâte de bois; on en fait le papier, le carton, ....
Elle n'est pas attaquable par les sucs digestifs de l'homme. C'est une matière première de tout premier ordre dans l'industrie chimique.
Elle est insoluble dans l'eau et la plupart des solvants organiques et n'est solubilisée que par une solution ammoniacale d'hydroxyde de cuivre(II) : la liqueur de Schweitzer. Son hydrolyse acide conduit au glucose.

- La viscose :

On l'obtient à partir de pâte de bois, le bois provenant principalement de l'eucalyptus ou du hêtre.

Lorsqu'on traite la cellulose par de la soude concentrée, on obtient un "alcali-cellulose" qui, réagissant avec du sulfure de carbone CS₂, conduit au xanthate de cellulose.

Le xanthate de cellulose se dissout dans la soude en donnant un liquide sirupeux, la viscose, qui se coagule au contact des acides en donnant une substance transparente et brillante qui peut donner des fils appelés rayonne, par extrusion.

Les tissus de rayonne ressemblent à ceux en soie.

C'est le chimiste Chardonnet qui mit au point en 1890 à Besançon, le procédé de fabrication de la rayonne en reprenant l'idée du chimiste Suisse Audemars.

- Le lyocell :

Contrairement à la viscose, il n'est pas nécessaire de passer par le stade xanthate de cellulose pour obtenir une solution.

On dissout la cellulose obtenue à partir de pulpe de bois (feuillus, eucalyptus, bambou ….) dans un solvant non toxique, le N-méthyle-morpholine-N-oxyde (NMMO) :

NMMO

Interaction entre la cellulose et le solvant NMMO

La solution très visqueuse obtenue est ensuite filtrée et plongée dans de l'eau chaude où la cellulose reprécipite ; elle est ensuite extrudée par des filières ; on obtient des fibres, le Lyocell.

- Le modal :

On l'obtient à partir de pâte de bois, provenant essentiellement du hêtre.

La cellulose est dissoute dans un solvant mélange de soude et de sulfure de sodium.

On file cette solution à travers des filières et l'on obtient des fils.

On plonge ensuite ces fils dans un bain de coagulation pour les solidifier.

- Le cupro :

La cellulose est extraite du linter de coton, c'est-à-dire du duvet qui recouvre les graines de cotonniers cultivés ; ce duvet contient 70 à 80% de cellulose.

La fibre est obtenue par dissolution de la cellulose dans une solution ammoniacale d'hydroxyde de cuivre (II).

Remarque :

Tous les procédés de dissolution de la cellulose ont pour but de briser les fortes liaisons hydrogènes maintenant la structure des fibres.

Annexe 2

Le frittage

Le frittage est un processus de fabrication utilisé dans l'industrie pour créer des pièces solides à partir de poudre métallique ou céramique. Voici les étapes principales :
1. Préparation de la poudre :

La poudre métallique ou céramique est sélectionnée en fonction des propriétés désirées de la pièce finale. Elle est souvent traitée pour obtenir une granulométrie spécifique et des propriétés de surface appropriées.
2. Formation de la pièce :

La poudre est placée dans un moule ou compactée pour former une préforme avec la forme approximative de la pièce finale.
3. Frittage :

La préforme est chauffée à une température juste en dessous de son point de fusion dans un four spécialisé. Pendant ce processus, les particules de poudre fusionnent entre elles pour former une pièce solide. Ce processus permet également d'éliminer les porosités et de consolider la structure de la pièce.
4. Refroidissement et finition :

Une fois le frittage terminé, la pièce est refroidie lentement pour éviter les contraintes excessives. Ensuite, elle peut être usinée ou subir d'autres traitements pour obtenir les dimensions et les propriétés finales requises.
Le frittage est largement utilisé dans des industries telles que l'automobile, l'aérospatiale, la métallurgie des poudres et la fabrication d'équipements médicaux, en raison de sa capacité à produire des pièces complexes avec une grande précision et des propriétés matérielles spécifiques.