Centrifugeuse
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Une centrifugeuse est un appareil destiné à imprimer une accélération, grâce à un mouvement de rotation. Elle permet notamment d'accélérer la décantation de mélanges liquides ou colloïdaux.
L'essoreuse à salade en est une : sous l'effet de la rotation, une accélération, ou 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 ainsi séparé du corps moins dense.
Ces appareils trouvent des applications technologiques et industrielles très importantes en biologie, en dessiccation de boues, dans l'industrie nucléaire ainsi que dans la formation des astronautes et l'entraînement des pilotes militaires.
Applications
Vin et bière
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 ou décanteur centrifuge
La centrifugation industrielle utilise des machines particulières pour la séparation de phase. L'un des modèles les plus communs est l'essoreuse décantatrice ou le décanteur centrifuge. Un mélange liquide-solide (par exemple, un colloïde) 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.
Sur l'image ci-dessus, 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.
En cuisine
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.
Enrichissement du combustible nucléaire
Les centrifugeuses 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, typiquement 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, 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. À cette fin, les centrifugeuses sont montées en cascade, en série et en parallèle, par milliers d’unités. 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 États-Unis par le Département de l'Énergie des États-Unis (DoE), avec la construction d'une première cascade d'essai (1 300 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 neuf 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...[réf. nécessaire]
En recherche
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 sont exploités dans le monde (dont deux en France, un à usage civil, celui de Bouguenais au laboratoire central des ponts et chaussées de Nantes, et celui du Centre d'études scientifiques et techniques d'Aquitaine, à usage militaire, près de Bordeaux).
En aéronautique et astronautique
Les centrifugeuses sont utilisées pour la formation des astronautes et l’entraînement des pilotes militaires. Elles permettent de renforcer et de tester leur résistance aux accélérations importantes.
Dans la métallurgie
Les centrifugeuses sont employées dans la métallurgie, par exemple pour la fabrication des tuyaux.
Notes et références
- (en) Uranium Enrichment ; Coming Full Circle, Oak Ridge National Laboratory's Communications and External Relations.
