FILTRATION EN VASES CLOS ET A HAUTE PRESSION

Les filtres que nous allons d’abord passer en revue sont ceux de l’ Anglais Peaeock , du Médecin français

Soller, et du Hollandais, 3VF de Bruni. Iis sont fondés tous les trois sur un emploi mieux entendu de la près sion ; et quoiqu’ils n’aient pas eu pour but (du moins les deux premiers), de faire fonctionner leurs machines sous une pression beaucoup plus considérable que celle dont nous venons de parler, comme il suffit pourtant à la rigueur d’en renforcer les parties faibles , d’augmenter certaines dimensions pour arriver à la filtration à haute pression , nous les rangerons dans celte seconde catégorie.

Ajoutons encore que nous ne parlons des deux premiers que pour faire mention de la série des perfection • nemens qui se sont succédé dans cette industrie ; car nous ne croyons pas qu’il puisse venir à l’idée de personne de les appliquer sur une grande échelle.

Filtre Peacock. — Le réservoir d’eau sale se trouve séparé du filtre (couches superposées de sable et de verre pilé) qui est contenu dans une caisse particulière fermée hermétiquement. Le tuyau destiné à conduire l’eau fait communiquer ce réservoir avec la partie inférieure de la caisse filtrante, et comme celle-ci est placée à quelques pieds au-dessous du réservoir , il y a pression due à l’élévation du niveau de l’eau sale , par conséquent , l’eau doit traverser le filtre de bas en haut avec plus ou moins de rapidité et déposer son limon dans les couches inférieures. Dans le haut de la caisse, se trouve un robinet de décharge pour l’eau filtrée. Qu’on veuille bien remarquer cette disposition et

surtout la marche ascendante de l'eau à travers les couches filtrantes; elle était commandée à l’Inventeur par la nécessité de nettoyer son appareil sans le démonter à chaque instant , ce qui aurait rendu son invention absurde. Mr Peacock espérait faire le nettoiement par la marche rétrograde de l’eau filtrée engagée dans la masse du filtre ou accumulée au-dessus. Il suffit, pour opérer ce mouvement de fermer le robinet du tuyau par lequel arrive l’eau sale et celui par lequel se déverse l’eau filtrée , et d’ouvrir un troisième robinet placé au bas de l’appareil pour laisser passer l’eau , contenue dans le filtre , qui, soustraite dès lors à la pression de l’eau du réservoir , redescend par l’effet de son propre poids à travers les couches filtrantes en entraînant le limon qui s’y trouve déposé.

Ce moyen est insuffisant , et l’Inventeur le reconnut lui-même, car, dans une patente prise, en 1799 (la première date de 1791), il emploie une pompe foulante adaptée à l’appareil , alimentée avec de l’eau préalablement filtrée et destinée à produire avec plus de force ce courant rétrograde qui devait enlever le limon par lequel les couches inférieures de son filtre sont engorgées. Malgré ce perfectionnement , ou , si l’on veut , cette complication , le filtre Peacock ne fut guères employé en Angleterre, et il n’en a jamais été question pour les grandes filtrations.

Filtre Soller. — MrSoller, médecin français , a obtenu, en 1 8 1 G , un brevet pour un système semblable. Le

réservoir est séparé du filtre; celui-ci se compose de gravier et de sable fin disposés par couches horizontales dans une cuve cylindrique et comprises entre deux diaphragmes percés de petits trous. L’eau sale arrive par un tuyau dans le bas de la cuve, remonte, en vertu de la pression , à travers ses couches filtrantes, jusque dans le haut de la cuve d’où elle sort par un robinet de décharge. Jusqu’ici point de perfectionnement; tout ce que nous venons de dire appartient au filtre précédent. L’invention véritablement propre à Mr Sol 1er consiste dans son procédé de nettoyage ; il n’emploie plus l’eau filtrée pour cette opération , mais l’eau sale elle-même qui, au lieu de traverser le filtre en remontant , s’écoule rapidement lorsqu’on ouvre un robinet placé au bas du cylindre, et entraîne dans son courant à travers les dernières couches de sable les saletés qui y sont accumulées. Quelque soit l’imperfection de ce mécanisme , constatons-y cependant les germes de deux perfectionnemens : d’abord , Ml Soller se sert pour nettoyer son appareil de la pression même qui opère la filtration et non d’une pression artificielle comme Mr Peacock ; ensuite , il emploie l’eau sale au lieu de l’eau filtrée que l'Inventeur anglais avait cru nécessaire.

Filtre de Bruin. — M1 de Bruin d’Amsterdam a obtenu, en 18*28, un brevet pour un filtre analogue aux deux précédens ; la durée de ce brevet a été prolongée jusqu’en 1838 ; maintenant , il est tombé dans le domaine public, en sorte que nous pouvons en examiner la

valeur aussi librement que celle des deux, patentes précédentes.

Dans ce brevet on trouve d’abord , comme dans les deux autres , que le réservoir est séparé du fdtre et placé à quelques pieds au-dessus. Ce filtre est composé de couches superposées de sable , de charbon et d’ardoises pilées , comprises entre deux diaphragmes percés de trous et garnis de flanelle pour retenir la poussière de charbon ; ces couches sont placées dans une cuve cylindrique hermétiquement close. Voici maintenant en quoi cet appareil diffère des précédens : la hauteur du réservoir au-dessus de la cuve est plus forte (55 pouces), le tuyau par lequel arrive l’eau sale n’aboutit pas au bas de la cuve , mais à la partie supérieure, en sorte que la filtration ne se fait plus par ascension , mais bien par descente comme dans les anciens filtres. Enfin , Mr de Bruin a jugé qu’une seule cuve filtrante ne suffirait pas ; il en emploie trois. A l’aide d’un tuyau de communication , la seconde cuve reçoit à sa partie supérieure l’eau qui a traversé la couche poreuse de la première; la troisième cuve reçoit de meme l’eau filtrée par la seconde , et ne la laisse sortir par le robinet de décharge placé au bas qu après lui avoir fait subir une troisième filtration.

Cette idée est ingénieuse ; elle prouve que Mr de Bruin avait remarqué que la pression se transmet à travers les tuyaux capillaires d’une couche filtrante , en sorte que l’eau qui a traversé un filtre peut encore

en traverser un second , un troisième , et même , un quatrième, pourvu que les filtres soient contenus dans des vases hermétiquement fermés et communiquant simplement par des tuyaux.

Mais le brevet de Mr de Bruin ne contient pas un seul mot relatif au nettoiement de sa machine ; aucune disposition n y est faite dans ce but ; il ne paraît pas même en avoir soupçonné la nécessité, si bien sentie par Peacock. Sans doute, il aura pensé qu’il était suffisant qu’on renvoyât la machine à ses ateliers pour y être ouverte et nettoyée ; mais alors, c’est perdre tout l’avantage de l’emploi d’une plus forte pression et d’une filtration plus rapide. C’est condamner son invention à une absolue stérilité pour ce qui est du moins de la filtration sur une grande échelle.

Nous reviendrons plus loin sur ce système. Actuellement, il est temps d’expliquer ce que nous entendons par filtration à haute pression.

L’ancien filtre n'est autre chose avons-nous dit , qu’une caisse prismatique dont le fond est garni d une couche filtrante. Supposons que ce fond soit un carré de 1 mètre de côté, et que la hauteur de l’eau dans la caisse soit de 0ra, 5 , la pression exercée sur la surface filtrante sera de 500 kilog. C’est sous l’influence de cette pression que l’eau traversera le filtre ; et il est évident que la filtration se fera moins rapidement à mesure que le niveau de l’eau s’abaissera , parce que la pression

diminuera eti même temps. Réciproquement pour aug-menter la rapidité de la filtration , il suffit d’augmenter cette pression. Je suppose qu’on veuille la porter de 500 kilog. à 10. 000 kilog., il faudra pour cela augmenter la hauteur de la colonne d’eau dans le rapport de f à 20, c'est-à-dire donner une hauteur de 10 mètres cette caisse au lieu de 0ra, 5 et la tenir toujours pleine. Or s n’est-ce pas une chose absurde, au point de vue indusfriel et économique, qu’une caisse de io mètres de hauteur dont les parois de 40 mètres quarrés de surface devraient avoir une épaisseur et une force nécessaire pour résister à une pression de 200,000 kilog. , le tout afin de produire sur le fond une pression de 10,000 kil. Mieux vaudrait certes renoncer à la filtration à haute pression , et construire 20 petites caisses semblables à la première.

Mais l’application d’un principe bien connu en Physique simplifie beaucoup fit question. Cette loi consiste en ce que la pression en un point donné d’un vase rempli d’eau ne dépend pas de la forme de ce vase mais seulement de la hauteur de la surface libre de l’eau au-dessus de ce point. Cette loi, désignée autrefois sous le nom de Paradoxe hydrostatique , a engendré une foule d’applications importantes, telles que la presse hydraulique. C’est elle encore qui aujourd’hui nous donne le moyen de filtrer à l aide d’une pression considérable. Séparez, en effet, le réservoir du filtre comme l’a faitPeacock, élevez le réservoir à la hauteur de 10 mètres en le faisant communiquer par

un tuyau non capillaire avec le filtre placé dans une caisse solide hermétiquement fermée , et vous aurez une solution applicable du problème de la filtration à haute pression. En effet, en vertu du principe que nous venons d énoncer , quand meme tout l'appareil ne contiendrait pas 20 litres d'eau , la surface filtrante supportera la pression voulue de 10,000 kil. tout aussi bien qûe lorsqu’elle était la base directe d’un prisme d'eau du poids effectif de 10,000 kilogr.

Mr de Bruin a compris la portée de cette application, car nous lisons dans F Avondbode , du 29 juin 1839 (*), qu’il a construit des machines fonctionnant sous une pression de 34 pieds (1 1 mètres environ) et filtrant 600 hectolitres en 12 heures, soit 1200 hectol. en 24 heures. Ces machines sont semblables à celles qu’il avait décrites dans son brevet; seulement, i! en a augmenté les dimensions, la hauteur du réservoir, et l’eau, pour être complètement clarifiée doit traverser 4 cuves au lieu de trois. Ces évaluations nous permettent d’examiner comment ce système pourrait être appliqué à la filtration des eaux nécessaires à la consommation d’une grande ville comme Amsterdam que nous avons pris jusqu’ici pour terme de comparaison. Pour filtrer 200 pouces de fontainier, c’est-à-dire 42,000 hectolitres par 24 heures, Mr de Bruin devrait employer 35 machines semblables à celles que décrit F Avondbode ; c’est à-dire, le réservoir devra être élevé de 34 pieds, soit environ l 1

(*) Voir Pièces Justificatives n° 2.

inetres, au-dessus des cuves filtrantes , et chaque machine devra être composée de 4 cuves; par conséquent, Mrde Bruin pourra remplacer les 1 400 cuves que nous avons jugées nécessaires dans l’ancien système (page 13) par 4 fois 35 ou 140 cuves, dont chacune serait du reste bien supérieure en prix à celles de l’ancien système. Le problème se trouve donc ainsi résolu , quant à la quantité d’eau filtrée.

Mais la question de filtrage à haute pression n’est pas si simple; elle est compliquée d’une difficulté que Mr de Bruin n’est pas en mesure de vaincre. Expliquons nous:

Après les fortes pluies, lorsque les eaux sont trèssales, un filtre ouvert a besoin d’être nettoyé deux fois par jour; en temps ordinaire, il faut encore le nettoyer bien souvent, parce que le limon que l’eau y dépose obstrue les méats capillaires qu’elle doit traverser, et finit par les fermer tout-à-fait. Cependant, ces filtres ne donnent que 30 hectolitres par 24 heures. N’est-il pas évident que la machine de Mr de Bruin, qui filtre 40 fois plus deau dans le même temps, devra aussi retenir 40 fois plus de limon? Aussi, au bout d’un certain temps, il sera facile de s’apercevoir que le filtre s’est engorgé; il devient paresseux, il finit même par ne plus donner que quelques gouttes d’eau lorsque la vase accumulée dans les couches filtrantes en aura bouché tous les passages. Que fera alors Mr de Bruin ? Il sera forcé de faire rapporter à ses ateliers

l’appareil engorgé, de le démonter péniblement, et d en renouveler les matières filtrantes hors de service. Cette opération est bien plus compliquée que celle du nettoiement des filtres à basse pression. Pour ceux-ci, en effet, qui sont et qui restent ouverts, il suffit de ratisser la première couche de sable fortement salie par le sédiment et de le remplacer par du sable neuf. Quant aux couches inférieures , elles ne contiennent que peu de vase à cause de la faiblesse de la pression , en sorte qu elles n ont pas besoin d’être aussi souvent renouvelées. Ceux de Mr de Bruin, fonctionnant sous une pression considérable, doivent être hermétiquement et solidement fermés ; leur construction est bien plus compliquée, en sorte que le nettoiement doit aussi être plus difficile. Il est vrai que son filtre n’a pas besoin d’être nettoyé aussi souvent que les filtres ordinaires, quoiqu’il retienne beaucoup plus de limon, et voici pourquoi: Les filtres ordinaires, marchant sous une faible pression , n’agissent guères que paz leur surface; la vase y pénètre à peine , tandis que sous l’action d’une pression considérable, elle doit s’y enfoncer profondément, se disséminer dans un puis grand espace, et, de cette façon, en altérer moins rapidement la perméabilité. Mais aussi , chaque fois que le filtre est engorgé, il ne suffit plus de racler les couches supérieures ; la masse filtrante toute entière est salie, il faut tout enlever, tout remplacer.

jNous ne voyons rien dans le brevet m dans la machine de Mr de Bruin qui puisse nous faire supposer

qu’il ait tenté de remédier à ce vice capital. Disons-le aussi , lors même que Mr de Bruin aurait trouvé , comme Peacock, le moyen de faire traverser ses 4 cuves en sens contraire du sens de la filtration par un fort courant d’eau , il n’aurait pas réussi à les nettoyer; il faut des moyens plus énergiques pour les filtres à haute pression. Nous avons vu à Paris un filtre ne pouvoir être nettoyé par un courant inverse dû à l’énorme pression de 10 athmosphères. Peacock, du reste, avait si bien senti cette difficulté qu’il avait adopté une pompe foulante à sa machine, nous l’avons déjà dit , dans le seul but de produire un fort courant d’eau pour nettoyer son filtre qui ne marchait cependant que sous une faible pression de quelques pieds.

C’est là récueil de la filtration à haute pression ; d’une part, démonter les appareils lorsqu’ils sont engorgés pour en renouveler les matières, c’est s’interdire la filtration continue sur une grande échelle ; d’autre part , tenter de nettoyer sans démonter la machine par un courant d’eau en sens inverse du sens de la filtration, comme on fait en Angleterre pour de faibles pressions , c’est s’exposer à une défaite assurée.

La filtration à haute pression ne donnera donc de véritables avantages que lorsqu’un mode de nettoiement d’une efficacité certaine pourra éviter les remaniemens et les démontages , d’autant plus coûteux que la pression est plus forte, parce que les machines sont alors d’une construction plus compliquée et plus solide.

Passons maintenant à l’examen du système Fonvielle qui est éminemment un système à haute pression , et qui résout de la manière la plus simple et la plus complète la difficulté que nous venons d’indiquer.

Filtre Fonvielle. - — L'inventeur, Mr Henri de Fonvielle, s’occupait du filtrage des eaux depuis 1823; ce fut en 1836 qu’il fit sa découverte. Il la proposa à l’Administration de la ville de Paris qui, avant de l’adopter en déféra l'examen à l’ Académie des Sciences. L’Académie, ayant délégué à cet effet une Commission spéciale, MM. Arago, Gay-Lussac, Magendie et Robiquet, qui formaient cette Commission , se livrèrent pendant 6 mois à des expériences suivies sur le filtre de Mr de Fonvielle, placé dans le principal hôpital de Paris. Enfin , l’Académie, après avoir entendu le Rapporteur de la Commission, Mr Arago, déclara solennellement et à l’unanimité que le problème du filtrage des eaux en grand était résolu par ce nouveau procédé. Le Conseil de Salubrité de la ville de Paris, pareillement consulté , a émis un avis tout aussi approbatif (¥); enfin , des capitalistes , après avoir examiné eux-mêmes la question sous le rapport financier et industriel, ont fondé une Société en commandite ( Compagnie Française de Filtrage') pour exploiter en France ces nouveaux procédés dont la propriété exclusive leur était garantie par l’acquisition du brevet pris tout d’abord par Mr de Fonvielle. Au reste , des brevets d’importation ont (*)

(*) Voir Pièces Justificatives n° 3.

été pris dans plusieurs pays , et notamment dans le Royaume des Pays-Bas.

Nous avons pensé qu’un dessin était nécessaire pour l’intelligence complète de l’examen détaillé que nous allons faire de cette invention importante; celui que nous avons placé à la fin de cette Brochure représente la coupe verticale de l’appareil Fonvielle. Voici la légende de ce dessin :

A. Réservoir pour l’eau trouble qu’il s’agit de filtrer.