LES TYPES DE CARTOUCHES FILTRANTES
Dans l'article sur les Contaminants de l'eau, nous avons vu qu'il y avait plusieurs types d'intrus, plus ou moins dangereux, à éliminer d'un prélèvement d'eau dans la nature avant de pouvoir la boire en toute sécurité sanitaire.
Qu'ils soient de simples sédiments à enlever pour moins avoir la bouche pâteuse, des germes microbiens pathogènes ou des composants chimiques de toutes sortent, le traitement de l'eau s'impose.
Le traitement chimique pour purification permettra de détruire les micro organismes pathogènes, mais ne permettra pas de réduire ou supprimer les contaminants chimiques.
A ce titre qui plus est, comme nous l'avons vu, une désinfection chimique sera efficace que si et seulement si l'eau à traiter ne comporte pas d'impuretés en suspension
Dans tous les cas, une filtration est nécessaire, et le choix du type de cartouche filtrante aura des incidences sur la qualité de l'eau après traitement.
Il existe de nombreux types de cartouches filtrantes, avec des procédés d'épuration de l'eau liés à leurs caractéristiques des composants utilisés.
Nous parlerons également des procédés empiriques qui ont aussi fait leurs preuves et qui sont les précurseurs des types de cartouches filtrantes actuelles.
RAPPEL DES TAILLES DES MICRO ORGANISMES
En fonction des types de micro-organismes que vous désirez filtrer pour obtenir une eau potable, le type de filtre et ses caractéristiques techniques auront une incidence.
En fonction de la taille des pores de la cartouche de filtration qui compose votre filtre eau portable, le niveau de filtration sera différent et les différents contaminants "solides" (sédiments, matière organique, protozoaire, bactérie, virus) ne seront pas tous éliminés.
Les différentes technologies des filtres du marché ne proposent pas forcément le même type de niveau de filtration (Céramique, Fibres de verre, fibres creuses...).
LA FILTRATION GROSSIÈRE
Pour un traitement d'urgence ou basique de l'eau prélevée, et assurer un dégrossissage dans la présence de sédiments et matières organiques, la filtration à travers un tissu (type collant, tee-shirt) ou simple filtre à café sera suffisant afin de pouvoir assurer un bon traitement de désinfection par produits chimiques ou traitement UV.
Également, selon la turbidité de l'eau, ce type de filtration basique permettra d'éviter de colmater trop rapidement la cartouche de votre filtre portable.
Attention, telle qu'elle, l'eau filtrée ne sera pas spécialement potable et un traitement plus prononcé contre l'élimination des micro-organismes pathogènes et éléments chimiques s'impose !!
La filtration grossière est également intéressante si vous désirez désinfecter votre eau par ébullition, ce qui vous évitera une "soupe" bien peu ragoûtante.
Faute de vouloir utiliser l'un de vos propres vêtements, vous avez la possibilité de trouver sur le marché des systèmes près à l'emploi et bien plus pratiques.
Le "BROWN FILTER BAG" utilisé par l'armée anglaise et d'autres pays, et un sac épais en toile de coton canvas. Il suffit de pendre le système à un arbre et de laisser l'eau passer au travers des mailles (robustes et serrées) permettant de récupérer de l'eau non turbide par gravité.
Le pré-filtre Steripen (fabricant de systèmes de traitement et désinfection aux UV) propose ce système qui se visse sur le large goulot d'une gourde Nalgene et qui permet de filtrer l'eau en direct lors de son prélèvement dans la nature.
Si vous n'êtes pas trop pressé, vous pourrez toujours faire décanter l'eau prélevée pour en récupérer un volume éclairci en haut de gourde.
Les avantages de la filtration grossière sont très minimes et n'ont aucune action sur les contaminants à risques pour la santé. Il s'agit juste là d'obtenir une eau plus limpide qui sera plus facile à filtrer au travers d'une membrane d'un filtre portable, ou d'assurer sa désinfection chimique ou par traitement UV.
LA FILTRATION DE SURVIE
FILTRE D'URGENCE EXTRÊME :
(1) - Entrée d'eau "sale"
(2) - Couche de graviers grossiers
(3) - Couche de graviers fins
(4) - Couche de sable fin
(5) - Couche de charbon actif
(6) - Couche de tissu fin ou coton
(7) - Sortie eau "propre"
Utilisé depuis des millénaires, bien avant de comprendre le pourquoi du comment des risques des germes pathogènes et des pollutions chimiques (c'est vrai qu'il y en avait très peu en ces temps là), les hommes fabriquaient eux même leur propre système de filtration.
Selon les matériaux trouvés et les régions du monde, les ingrédients et conceptions des filtres pouvaient changer, mais le principe de base restait le même.
Cette technique de filtration peut vous servir en cas d’extrême urgence pour de la survie ou bien pour améliorer le principe de la filtration "grossière" vue précédemment.
Ce principe pourra vous permettre de boire de l'eau à peu près saine et de minimiser les risques sanitaires.
Une gourde "bricolée" (ou une vieille bouteille d'eau trouvée) vous permettra de concevoir assez facilement ce type de filtre, mais je reviendrais dans les détails de sa conception lors d'un autre article.
Si vous avez de quoi faire bouillir l'eau filtrée pour la stériliser, ça sera bien mieux.
Ce principe de filtre "global" empirique nous permet d'en arriver aux systèmes de cartouches proposées dans le commerce, et outre les caractéristiques de porosité et capacité de rétention, le concept final revient au même, la technique et l'efficacité accrues.
LE CHARBON ACTIF
Le charbon, raison de plus lorsqu'il est activé et purifié, est une solution naturelle et efficace pour purifier l'eau.
Généralement fabriqués à partir de matières organiques végétales riches en carbone.
La matière organique est calcinée à haute température ce qui permet de créer les pores qui permettront de capter les éléments en suspension ou dissous dans l'eau., autant chimiques que microbiens.
Pour fabriquer des filtres, soit de la poudre de charbon activé (second chauffage à des températures extrêmes) est utilisée, soit cette même poudre est vaporisée avec de la vapeur d'eau en même temps qu'une compression mécanique pour aboutir à des blocs compacts et filtrants.
Une fois activé, le charbon aura une capacité d'attraction et d’absorption qui va permettre, tel un aimant, de retenir les micro-polluants (pesticides, métaux lourds).
Les pores du charbon actif sont tellement fines que des bactéries de "grosse taille" (E.coli, Giardia, Protozoaires) sont arrêtées. Les virus ne seront eux pas stoppés.
Capacité également au niveau des pesticides et métaux lourds par "simple" attraction de réduction des concentrations en polluants.
Malgré ses capacités de filtration très avantageuses, les sels minéraux indispensables à notre organisme ne sont pas stoppés.
Le binchotan ou charbon de kishu, est une variété de charbon de bois traditionnelle japonaise, utilisée comme combustible en cuisine, ou pour ses propriétés d'adsorption. Issu d'une variété de chêne, par un mode de combustion spécifique qui favorise sa porosité et attractivité.
Il suffit de laisser tremper un bâtonnet de ce charbon binchotan dans une gourde pour que les polluants de l'eau soient captés.
Le charbon actif est rajouté en complément des cartouches de filtration (céramique, fibres de verre, fibres creuses) pour améliorer l'efficacité de la filtration.
La durée de vie des cartouches au charbon actif est assez courte et la capacité de filtration également.
CARTOUCHE CÉRAMIQUE
Utilisé depuis plusieurs centaines d'années (voire plus), la filtration céramique est l'une des première technologie de filtration inventée par les humains.
La nature fait de même en filtrant l'eau au travers de la porosité de ses roches et différentes couches sédimentaires.
Les premiers filtres étaient fabriqués à partir de terre cuite.
Aujourd'hui, la membrane céramique des filtres est fabriquée à partir d'argile mélangée à un matériau combustible comme de la sciure.
De l'argent colloïdal est ajouté au mélange d'argile avant cuisson, ou bien appliqué en surface. Ces ions argents vont à la fois permettre l'inactivation des agents pathogènes tout en empêchant la croissance des bactéries dans le filtre lui-même.
Peu coûteux à fabriquer, un filtre céramique permet d'assurer des pores suffisamment petites pour empêcher les sédiments, matières organiques et contaminants bactériens de passer et d'assurer une bonne filtration.
Les particules et organismes supérieurs à 0.2 microns seront stoppés tels les protozoaires et les bactéries. Les virus quant à eux ne sont pas stoppés de fait de leur taille inférieure aux pores de ce type de filtre.
Généralement utilisée autant pour les filtres à pompe (Combi et Pocket Katadyn ou MiniWorks MSR) que les filtres par gravité (Drip Ceradyn Katadyn), la céramique permet une filtration des sédiments et matières organiques sans risque fréquents de colmatage (contrairement aux fibres creuses) du fait de leur grande surface filtrante.
Le nettoyage de telles cartouches est relativement facile, par frottage fin sur toute la surface du filtre permettant de "gratter" les impuretés déposées, tout en enlevant une couche de céramique qui va permettre de laisser libre de nouvelles pores saines et propres.
Malgré cette usure liée au nettoyage, les capacités de filtration des filtres céramiques sont très importantes allant de 2000 litres à près de 150.000 litres d'eau filtrée en fonction de la turbidité initiale de l'eau à traiter.
Un très bon rapport durabilité / prix pour ce type de cartouches.
Inconvénients par contre, la fragilité aux chocs et le poids assez conséquent qui va rebuter les randonneurs adeptes de l'ultra léger.
Ce type de filtre trouvera sa place dans un fourgon aménagé, un camping car, un 4x4 baroudeur, une maison de campagne isolée.
Le gros avantage de la céramique, c'est qu'elle n'est pas polluante en terme de déchets, mais représente (comme pour tous filtres), un danger du aux concentrations résiduelles en polluants.
Sans complément de charbon actif (placé à l'intérieure de la cartouche) ou bien en série après le système de filtration céramique, les polluants chimiques et métaux lourds ne seront pas éliminés.
Les ratios de notations ci-dessous ne prennent pas en compte l'effet du charbon actif, mais uniquement ceux de la membrane céramique.
CARTOUCHE FIBRES DE VERRE
La cartouche filtrante à membrane en fibres de verre présente une taille de pores inintéressante de 0,2 microns. Elle peut assurer l'élimination des contaminants microscopiques avec une précision idéale en rapport avec son poids plume.
Composée de plusieurs couches, elle représente une grande surface de filtration pour un ratio poids volume adapté aux randonneurs.
En raison de sa précision de filtration élevée et de sa stabilité chimique (eaux acides par exemple), cette technologie est utilisée dans les filtres portables.
Risque potentiel par contre de retenir les oligoéléments et les minéraux par sa capacité d’absorption physicochimique.
Les filtres Hiker et Vario Katadyn utilisent la technologie de filtration sur fibres de verres. Ces filtres portables sont relativement légers et faciles d'utilisation.
L'entretien de telles membranes n'est pas aisé car trop fragiles pour les "frotter" et trop "poreuses" pour les nettoyer par trempage, même si une membrane de protection est placée avant le filtre.
Les ratios de notations ci-dessous ne prennent pas en compte l'effet du charbon actif, mais uniquement ceux de la membrane en fibres de verre.
CARTOUCHE PLISSÉE
Avec une grande surface de filtration, la cartouche filtrante à eau plissée a une efficacité de filtration élevée et peut éliminer les particules fines et les matières nocives. En raison de sa structure, elle ne peut pas filtrer les substances solubles, sauf si un traitement supplémentaire de surface est effectué.
Les cartouches plissées doivent être régulièrement remplacées pour maintenir un effet de filtration sain.
CARTOUCHE FIBRES CREUSES
Proches des caractéristiques des cartouches en fibres de verre, les fibres creuses représentent une technologie récente et désormais très largement répandue dans le secteur des filtres eau portables.
Le principe de la filtration par fibres creuses en polyéthylène est d'utiliser de très nombreux longs filaments poreux de largeur moyenne de 2 mm tous enchevêtrés dans une cartouche (module de filtration) robuste de maintien.
Chaque fibre comporte de très nombreuses pores allant de 0.01 à 0.2 µm. Les bactéries et les matières en suspens de plus de 0,2 µm sont retenues à la surface externe de la membrane, où quasiment seule l'eau de fait rendue potable et filtrée va pouvoir être consommée.
Comme pour l'ensemble des cartouches filtrantes (céramique, fibres de verre), la taille des pores filtrantes ne permet pas de stopper les virus.
Limons, matières organiques, bactéries et protozoaires et une majorité de micro plastiques sont dans une très grande majorité arrêtés par les pores des fibres creuses.
Les contaminants chimiques ne sont eux pas arrêtés et passeront dans votre eau de boisson.
Légèreté et compacité sont des avantages majeurs pour cette technologie filtrante, qui permet de proposer des tailles et des formes de cartouches filtrantes variées du fait de leur moulage dans un bloc filtrant où les fibres sont intégrées à de la résine.
La surface de filtration est très grande grâce à la possibilité d’entremêler une grande quantité de fibres dans un petit volume de cartouche.
Leur durée de vie est très grande si la cartouche est fréquemment entretenue et nettoyée et surtout si la turbidité de l'eau n'est pas trop importante car en effet, ces fibres ont la fâcheuse tendance de colmater très vite.
De par son matériau de conception, la fibre creuse présente une forte résistance à l'oxydation, aux acides et aux alcalis. Il peut supporter un lavage à contre-courant à haute pression, ce qui contribue à ralentir la formation du gâteau de filtration, d'où un nettoyage chimique plus efficace et une durée de vie plus longue.
Le fabricant des pailles filtrantes SAWYER fourni avec ses filtres une grosse serongue qui permet de nettoyer les pores des fibres par un jet d'eau propre (possibilité d'y rajouter une pastille de purification pour faire une décontamination en profondeur) sous pression.
Ce nettoyage est assez fastidieux, mais il permet, à contrario des autres types de membranes, d'assurer une bonne longévité des fibres creuses.
Pour d'autres produits (gourdes filtrantes), un "simple" trempage avec mouvements dans de l'eau claire va permettre de nettoyer la surface des fibres, mais pas réellement en profondeur dans les pores.
Les ratios de notations ci-dessous ne prennent pas en compte l'effet du charbon actif, mais uniquement ceux de la membrane en fibres creuses.
CONCLUSION
Voilà une présentation des différentes technologies sur les cartouches de filtration proposées sur la gamme des filtres portables de randonnée et de voyage afin de rendre l'eau potable.
Chaque technologie possède des avantages et des inconvénients concernant les critères principaux (capacités de filtration, débit, durée de vie, volume de filtration, poids, prix...) et vous devrez choisir votre filtre portable en connaissance de cause.
Le choix de votre filtre à eau dépendra de vos besoins réels (randonnée, voyage, pays à risque ou non, poids, encombrement, station fixe) tout en étant lié à sa technologie de filtration.
Dans de très nombreux cas de filtres, une combinaison de membrane (céramique, fibres de verre, fibres creuses) est effectué avec un rajout de charbon actif ce qui permet de compenser les défauts natifs des membranes, principalement sur l'élimination des mauvais goûts, pesticides et métaux lourds.
Bien vérifier également dans le choix de votre filtre, qu'il sera possible d'y rajouter du charbon actif, soit dans le filtre lui-même, soit par un montage en série.
Maintenant que vous en savez plus sur les types de cartouches filtrantes, vous allez pouvoir en savoir plus sur les types de filtres proposés sur le marché.
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