VEILLE STRATÉGIQUE ET INTELLIGENCE ÉCONOMIQUE

PERFORMANCE & INNOVATION - INFOLETTRE N^o17

25-APR-2007

Mis à jour en continue de la règlementation des biopharmceutiques
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Comprendre le fonctionnement des pompes péristaltiques

Les pompes péristaltiques utilisent des galets rotatifs pressés contre un tuyau flexible (spécifique à cet usage) afin de créer un flux pressurisé. Le média est véhiculé au travers du tuyau à chaque mouvement de rotation. Un rotor (également appelé « porte galet ») avec plusieurs galets (ou « patins » selon l’application) fixés à sa circonférence écrase le tuyau flexible contre un bâti. Lorsque le rotor tourne, la partie du tuyau comprimée « se ferme » (ou « s’occulte ») et ainsi force le liquide pompé à bouger au travers du tuyau. En plus de cela, comme le tuyau « s’ouvre », pour retrouver sa forme naturelle, après le passage du galet, le passage du fluide est aspiré vers la pompe. Ce procédé est appelé péristaltisme, et est utilisé par beaucoup de systèmes biologiques tel que le conduit gastro-intestinal.

Le tube flexible d’une pompe péristaltique est souvent remplaçable ou démontable. Certains fabricants offrent différents choix pour les matériaux des flexibles, notamment l’Autoprène, le silicone et d’autres matériaux polymères. Le silicone est souvent utilisé en laboratoire pour des applications avec des fluides abrasifs ou corrosifs. Le diamètre interne est à prendre en considération lors de travaux avec des fluides très visqueux puisqu’il influence directement le débit de la pompe.

La durée de vie du tube flexible sera affectée par des facteurs tels que la température, la pression de retour, la vitesse de pompe, et la compatibilité chimique du tube acheminant un média pompé.

Les éléments indépendants qui composent une pompe péristaltique sont une tête de pompe, une transmission et un tuyau flexible. Les pompes péristaltiques sont également connues sous les appellations de « pompes à membre flexible », « pompe à tuyau flexible », « pompe à débit » ou « pompe doseuse ».

Contôle du débit des pompes péristaltiques

La principale limite des pompes péristaltiques est que le débit n’est pas absolument uniforme. Il faut faire un compromis, concernant le diamètre du flexible, entre débit uniforme et durée de vie du flexible. Pour certaines applications, ceci n’est pas un problème mais pour d’autre c’est le cas.

Utiliser une pompe péristaltique sans aucune mesure ou contrôle de débit conduit aux désavantages suivants :

La pompe nécessite un réglage fréquent pour accorder le débit et la vitesse de la pompe.
Le débit peut varier de 10 à 30 % selon les pressions d’utilisation.
L’optimisation du processus est difficile à faire puisque le débit est variable à chaque étape de celui-ci.
Des conditions de bas ou de hauts débits dus à la pompe, ou d’autres erreurs, peuvent apparaître et endommager les galets.

Une des solutions possibles consiste à implanter un système de contrôle du débit à boucle fermée qui peut augmenter le temps d’utilisation de la pompe. Les opérateurs n’ont plus besoin de régler la pompe péristaltique puisque le système de contrôle ajuste automatiquement la vitesse de la pompe au débit désiré.

Un système de contrôle du débit à boucle fermée maintien un débit constant à une valeur souhaitée en mesurant le débit et ajustant en permanence la vitesse de la pompe péristaltique.

Pour un contrôle du débit à boucle fermée le débitmètre doit réagir rapidement aux variations du débit et ne pas être sensible à la présence de bulles dans le fluide.

Implanter un contrôle du débit à boucle fermée peut avoir les avantages suivants :

Élimine les besoins fréquents de réglage et de calibration de la pompe et augmente son temps d’utilisation.
Maintient un débit constant de fluide à la valeur désirée.
Permet l’optimisation du procédé à chaque étape en contrôlant le débit du fluide.
Fournit des alertes pour les conditions de bas et de haut débit.
Minimise les pertes de fluide.

Avantages

Les avantages des pompes péristaltiques sont que les composants de la pompe n’entrent pas en contact avec le média. Contrairement aux autres types de pompes qui nécessitent des joints et des vannes, les composants entrant en contact avec le fluide (tuyau flexible) peuvent être choisis et changés très facilement selon l’utilisation qu’on en fait. Notons que la plupart des pompes péristaltiques sont dotées d’un système capable d’assurer leur nettoyage.

Propreté : Un des avantages principaux des pompes péristaltiques est la propreté. Comme le seul élément de la pompe qui entre en contact avec le fluide est l’intérieur du tuyau flexible, il est très facile de nettoyer et de stériliser les surfaces internes de la pompe.

Rentabilité: Comme il n’y a pas de pièces en mouvement qui entre en contact avec le fluide, la fabrication des pompes péristaltiques est très bon marché. L’absence de joints, de vannes et autre lobes rotatifs fait d’elle une pompe à faible coût d’entretien autant pour son nettoyage que pour ses consommables puisque l’utilisation de tuyaux flexibles est bien meilleur marché que les systèmes des autres types de pompes.

Les Pompes péristaltiques sont également réversibles et peuvent être vidangées pour nettoyer le tuyau flexible.

L’avantage phare des pompes péristaltiques est qu’elles sont fiables, robustes et très bon marché en comparaison avec les autres alternatives. La pompe péristaltique a une orientation du fluide omnidirectionnelle (tuyau flexible) et est auto-amorçante.

Désavantages

Le principal désavantage est qu’il y a une pause lorsqu’un galet se dégage du tube et un autre commence à le comprimer. L’effet pratique de cette pause (souvent appelée « pulsation » ou « pouls ») peut être minimisé en diminuant le diamètre du tuyau flexible ou en augmentant le nombre de galets. Ainsi, chaque galet pousse et véhicule une petite quantité de liquide.

Applications

Les pompes Péristaltiques sont généralement utilisées pour pomper des fluides hygiéniques ou stériles, puisque la pompe ne contamine pas le liquide, et des fluides agressifs puisqu’ils ne contaminent pas la pompe.

Certaines applications courantes incluent le pompage d’agents chimiques agressifs, des boues solides et autres matériaux où l’isolement d’un produit par rapport à son environnement est un critère obligatoire.

Les pompes péristaltiques à haute pression, qui peuvent fonctionner avec une contre-pression jusqu’à 16 bars, utilisent systématiquement des patins à la place de galets et ont un bâti rempli de lubrifiant pour prévenir l’abrasion de l’extérieur du tuyau et aider à la dissipation de la chaleur. Les pompes péristaltiques à haute pression utilisent des tuyaux renforcés sous forme de gaine.

Les pompes péristaltiques à basse pression ont des bâtis secs et utilisent des galets. Habituellement elles utilisent des tuyaux flexibles non renforcés et la catégorie de ces pompes est souvent appelée « pompe à tuyau flexible ».

Les pompes péristaltiques sont utilisées dans l’industrie pharmaceutique, chimique et dans l’agroalimentaire. Elles ont une variété d’applications médicales. Elles peuvent être utilisées pour rajouter des éléments nutritifs au sang, pour pousser le sang au travers d’un filtre pour le purifier (lors d’une dialyse par exemple) ou encore pour faire circuler le sang dans le corps et dans les poumons lors d’une opération chirurgicale à coeur ouvert.

Étude de cas : Flexicon PF6 - Pompe doseuse péristaltique Utilités PF6 est une unité de remplissage, péristaltique, entièrement programmable, qui peut délivrer des liquides dont le volume varie de 0.2 ml à 9999 ml.
	PF6 a été spécialement développé pour des applications de laboratoire où une flexibilité extrême, des changements de produits fréquents et une précision absolue sont des éléments clés. PF6 est programmable pour différentes applications et des rapports complets de production peuvent être imprimés si on la connecte à une imprimante.
	Le principe péristaltique de la PF6 PF6 fonctionne avec une tête de distribution péristaltique (« pompe à tuyau flexible ») où le liquide pompé n’entre en contact qu’avec le tuyau flexible, ses connections et l’aguille de remplissage. Les tuyaux sont généralement faits de silicone, mais d’autres matériaux peuvent également être utilisés.
La tête de distribution est conçue de manière telle que des tuyaux stériles peuvent être montés dans la tête sans affecter leur stérilité. Les tuyaux Flexicon ®sont fait de matériaux approuvés par la Food and Drug Administration (FDA). Les tuyaux sont fournis dans des emballages scellés indiquant un numéro de lot permettant de retracer le tuyau flexible jusqu’aux matières premières qui ont servies à sa fabrication. C’est pour cette raison que l’unité de remplissage PF6 est particulièrement adaptée aux applications aseptisées et aux milieux où l’on doit éviter toute contamination croisée. La tête de distribution est auto-amorçante et peut même être utilisée à sec. Il est toutefois fortement recommandé de ne pas faire tourner l’unité à sec pour une longue période de temps avec les tuyaux connectés puisqu’il en résultera la libération de particules. Ici, une tête de distribution péristaltique n’est pas adaptée aux produits visqueux.
Références First Ten Anstromg , Comparison of External Pumps, 2004-04-12, p.1 Entegris , Flow Control for Peristaltic Pumps on CMP process Tools, p.1, 2 Spectrum Chromatography , Peristaltic Pump Tubing, URL : http://www.lplc.com/tubing/pumptube.html, consulted on 18 Nov 2006 Introduction to Perilstatic Pump , 20 October 2004, www.firsttenangstroms.com PF6 Oprator’s Manual, http://www.flexiconamerica.com/
À propos de l’auteur Gradué en Biologie et en génie chimique, Kossi Molley est consultant principal de MIVADO.BIZ, un service de veille et d'intelligence économique de l'entreprise MIVADO Global Performance, inc.
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