Les centrifugeuses sont des machines utilisées dans les laboratoires, les installations médicales et les industries pour séparer les matières en suspension des milieux avec lesquels elles sont mélangées. Cela se fait en faisant tourner très rapidement des récipients fermés du mélange autour d’un point central fixe. La force centrifuge générée par ce mouvement force le matériau plus dense en suspension contre les parois du récipient, le séparant efficacement de la solution. Ces dispositifs sont utilisés pour séparer les solides des milieux de suspension fluides ; par exemple, ils sont un outil médical essentiel pour séparer le plasma des échantillons de sang.
Comment fonctionnent-ils
Le principe de base du fonctionnement de la centrifugeuse est la force centrifuge. Si un seau à moitié rempli d’eau tourne rapidement en cercle, au-dessus de la tête et jusqu’au sol, la force centrifuge créée par la rotation du seau force l’eau vers le bas. C’est ce qui maintient l’eau dans le seau même lorsqu’il est à l’envers.
La plupart des centrifugeuses exploitent cette force de la même manière et se composent d’un boîtier avec un couvercle et d’un rotor central entraîné. Le rotor a une rangée de trous autour de sa circonférence dans lesquels les conteneurs, généralement des tubes à essai, de solution sont placés. Une fois le couvercle de la machine fermé et la centrifugeuse allumée, le rotor tourne à grande vitesse. Comme c’est le cas avec l’expérience du seau, la force centrifuge force toute matière de la solution plus dense que le liquide à être forcée contre les parois extérieures des tubes, la séparant du fluide dans le processus.
Une fois que la centrifugeuse a terminé son cycle, elle est progressivement ralentie et arrêtée pour éviter toute turbulence qui pourrait provoquer un re-mélange de la solution. Cette période de ralentissement permet également à tout le matériau séparé de tomber vers le fond du tube à essai. Une fois le rotor arrêté, le tube peut être retiré et les échantillons traités.
Dans certains cas, une centrifugeuse peut avoir un tamis à une extrémité, permettant aux liquides de passer tandis que les solides restent piégés à l’intérieur du tube. D’autres peuvent maintenir les tubes à un angle fixe ou leur permettre de se balancer pendant qu’ils tournent. La position du tube et la vitesse de rotation de la centrifugeuse peuvent varier en fonction du type de solution à séparer.
Séparation par densité
N’importe quel nombre de matériaux en suspension peut être séparé d’une suspension de cette manière. Chaque substance différente se séparera dans l’ordre de sa densité, formant des couches distinctes au fond du tube lorsque la machine est à l’arrêt. C’est ce qu’on appelle le principe de sédimentation. Par exemple, un échantillon de sang placé dans une centrifugeuse pour une durée de cycle appropriée se décomposera complètement avec des cellules sanguines plus lourdes s’accumulant en bas et du plasma sanguin plus léger en haut. Ceci est particulièrement utile pour identifier tous les composants de solutions inconnues.
Autres utilisations
Les centrifugeuses ne sont pas seulement utilisées dans les laboratoires ; ils sont largement utilisés dans la gestion des eaux usées, dans l’industrie pétrolière et même dans la transformation du sucre et du lait. En règle générale, les centrifugeuses de laboratoire médical et scientifique sont de petits appareils de bureau. En revanche, les machines industrielles utilisées pour séparer la boue de magnétite de l’eau de traitement dans une centrale au charbon peuvent être très volumineuses.
Les centrifugeuses à gaz utilisées dans le processus d’enrichissement de l’uranium sont dotées de conteneurs spécialement conçus qui comprennent une pelle intérieure stratégiquement placée. Lorsqu’elle est tournée, cette pelle collecte l’isotope souhaitable d’uranium-235 tandis que l’isotope 238 plus lourd s’accumule sur les parois du conteneur. Il s’agit cependant d’un processus beaucoup plus long que la séparation en suspension fluide, prenant souvent plusieurs milliers de cycles à réaliser.
De grandes centrifugeuses sont également utilisées pour exposer des personnes à des forces extrêmes dans un environnement contrôlé. La force vers l’extérieur créée par une si grande machine peut être utilisée pour simuler les forces gravitationnelles massives (forces G) qu’un astronaute ou un pilote de chasse est susceptible de ressentir lorsqu’il voyage à très grande vitesse. La modélisation géotechnique est un autre domaine où les centrifugeuses sont utilisées pour simuler les contraintes gravitationnelles dans les prototypes.