Centrifugeuse

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Une centrifugeuse est un appareil destiné à imprimer une accélération, grâce à un mouvement de rotation, à un mélange liquide-solide (par exemple, un colloïde). Le plus souvent, le mélange est déposé dans un récipient perforé de multiples orifices, la taille de ceux-ci étant suffisamment grande pour laisser passer le liquide et assez petite pour empêcher le passage du solide. Ce type d'appareil peut aussi servir à séparer les mélanges constitués de parties ayant une densité différente.

L'essoreuse à salade en est une : sous l'effet de la rotation, une accélération due à une force centrifuge est appliquée au contenu. Les feuilles de laitue sont bloquées par les parois du panier perforé et l'eau est éjectée sur les parois du récipient : le corps dense est séparé du corps moins dense.

Ces appareils trouvent des applications technologiques et industrielles très importantes :

Pour le vin et la bière[modifier | modifier le code]

Centrifugeuse industrielle utilisée pour la mise au propre des vins après fermentation alcoolique

La centrifugation peut être utilisée pour clarifier rapidement les vins ou les bières après fermentation alcoolique ou avant filtration de finition en vue d'une mise en bouteilles. Elle permet d'éliminer rapidement une grande partie des particules et des micro-organismes en suspension responsables de faux-goûts éventuels (odeurs soufrées) et de déviations microbiologiques.

Essoreuse décantatrice[modifier | modifier le code]

Essoreuse décantatrice
* 1 : collecteur des buées, avec des ouvertures (bleu) * 2 : ouvertures de décharge du solide * 3 : ouvertures de décharge du liquide * 4 : vis sans fin * 5 : rotor (rouge) * 8 : carcasse fermée

La centrifugation industrielle utilise des machines particulières pour la séparation de phase entre solide et liquide. L'un des modèles plus communs est l'essoreuse décantatrice.

La carcasse est stationnaire et solidaire avec la base de l'appareil. Le collecteur des buées 1/4 et le rotor 5 tournent, et cela dispose les parties solides, ayant une densité élevée, sur la surface intérieure du rotor 5; à vitesses différentes. ceci permet un mouvement axial du solide qui est donc entrainé par la vis sans fin vers les ouvertures 6, d'où le solide est projeté vers la sortie 2. La fraction liquide se déverse par les ouvertures 7 et est également projetée vers la sortie 3.

Centrifugeuse en cuisine[modifier | modifier le code]

Des centrifugeuses électriques sont utilisées en cuisine, y compris par des particuliers, pour extraire le jus des fruits et des légumes. Elle est aussi utilisée pour essorer la salade.
L'écrémeuse-centrifugeuse sert à récupérer la crème du lait.

Les centrifugeuses utilisées pour l'enrichissement du combustible nucléaire[modifier | modifier le code]

Elles permettent, par un procédé sophistiqué et long de centrifugation gazeuse de séparer grâce à la différence de vitesse de décantation centrifuge les produits de densité différente (tel l'hexafluorure d'uranium 238 de l'hexafluorure d'uranium 235 plus léger, en vue d'augmenter sa proportion et d'enrichir le futur combustible nucléaire, l'uranium naturel n'étant pas suffisamment riche en uranium 235 fissile)[1].

Le minerai d'uranium doit d'abord être purifié puis transformé en gaz (hexafluorure d’uranium ou UF6). Ce gaz est injecté dans une centrifugeuse spéciale, dont le rotor tourne à très grande vitesse dans un caisson sous vide. Avec le temps les isotopes U238 (plus lourds) se déportent puis s’agrègent contre la paroi de la centrifugeuse, tandis que les molécules d’U235 plus légères s’accumulent au centre. Divers procédés favorisent une bonne séparation. L'opération est renouvelée jusqu'à obtention du résultat voulu. On parle de cascade de centrifugeuse (montées en séries, et en parallèles par milliers). Au fur et à mesure de leur passage d'une centrifugeuse à l'autre, la teneur en uranium 235 augmente. L'UF6 appauvri est renvoyé au début de la cascade pour être retraité.

Le procédé a été développé dans les années 1980 aux USA par le Département de l'Énergie des États-Unis (DoE), avec la construction d'une première cascade d'essai (1300 centrifugeuses à gaz) au laboratoire d'Oak Ridge (Tennessee) et à l'usine d'enrichissement de Piketon (Ohio) qui a exploité une centaine de centrifugeuses durant 9 mois. L'idée a été abandonnée en 1986 puis relancée avec un système de séparation d'isotopes par vapeur et laser (SILVA, qui fait depuis 2000 l'objet de recherches par l'USEC). Plusieurs industriels ont développé la centrifugation gazeuse : russes et anglais (Urenco qui a créé dans les années 1990 une société ERP), allemands, néerlandais...

Cette solution tend à remplacer les autres alternatives d'enrichissement (procédé laser, séparation électromagnétique ou diffusion thermique liquide et même séparation par diffusion gazeuse (très consommatrice d'énergie)[2]). L'enrichissement accroît le taux d'isotope 235 (de 0,7 %, il passe à 4 à 6 % selon la durée de centrifugation, et selon la commande du client).

Elles sont nécessaires pour la production de combustible nucléaire, mais aussi pour la production de matériel militaire, ce pourquoi les usines d'enrichissement et le nombre de centrifugeuses sont surveillés par l'AIEA. À titre d'exemple, l'Iran qui a déjà une usine en activité à Natanz (pouvant accueillir 54 000 centrifugeuses, au moins 8582 mi 2010[3] prévoit 9 autres usines et a annoncé construire sa troisième usine en 2011[4]).

Aux USA, les usines d'enrichissement sont soumises à la loi qui leur impose une assurance responsabilité civile pour l'installation, des inspections spéciales, dont avant de commencer les opérations et une étude d'impact poussée, notamment en raison des risques de pollution de l'air. Les déchets radioactifs que produisent ces usines doivent être traités selon les lois en vigueur.

Les centrifugeuses en recherche[modifier | modifier le code]

Centrifugeuse utilisée en biologie

Outre la décantation d'éléments disparates, des centrifugeuses géantes peuvent être utilisées pour mieux modéliser les interactions entre un modèle réduit et des forces extérieures : séismes, cyclones... Une soixantaine d'instruments de ce type existent de par le monde (dont deux en France, une à usage civil, celle de Bouguenais au laboratoire central des ponts et chaussées de Nantes et celle du Cesta (Centre d’études scientifiques et techniques d’Aquitaine), à usage militaire, près de Bordeaux). .

Utilisation en aéronautique et astronautique[modifier | modifier le code]

Les centrifugeuses sont utilisées pour la formation des astronautes et l'entrainement des pilotes militaires. Elles permettent de tester leur résistance aux accélérations importantes et de renforcer celle-ci.

Centrifugeuse utilisée par la NASA pour l'étude de l'équilibre sur des astronautes
Centrifugeuse utilisée à la NASA

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Uranium Enrichment ; Coming Full Circle Oak Ridge National Laboratory's Communications and External Relations.
  2. Principe de la centrifugation gazeuse, par ETC (producteur)
  3. Rapport AIEA, mai 2010
  4. Enerpress n° 10139, p 2 mercredi 18 aout 2010

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]