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RÉSUMÉ
La filtration des nanoparticules à l’aide de médias fibreux reste, le procédé le plus utilisé vis-à-vis de ce type d’aérosol au niveau de la protection individuelle, collective et environnementale. Des questions, néanmoins, subsistent sur l’efficacité initiale et sur l’évolution de leurs performances (efficacité et perte de charge) au cours du colmatage. Dans cet article, une attention particulière est portée aux installations de dépoussiérage pour lesquelles la régénération des médias filtrants colmatés par des nanoparticules est souvent déficiente. Des solutions et des voies alternatives aux médias fibreux sont également proposées.
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The filtration of nanoparticles using fibrous media is currently the most used process for such aerosol, both in terms of personal, collective and environmental protection. Questions, however, remain about the initial efficiency and evolution of their performance (efficiency and pressure drop) during clogging. In this article, special attention is paid to dust collection installations for which the regeneration of filter media clogged with nanoparticles is often deficient. As a result, solutions and alternative ways to fibrous media are proposed.
Auteur(s)
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Dominique THOMAS : Professeur - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, CNRS, Université de Lorraine, Nancy, France
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Augustin CHARVET : Maître de conférences - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, CNRS, Université de Lorraine, Nancy, France
-
Denis BEMER : Responsable d’études - Département Ingénierie des Procédés, INRS, Vandoeuvre, France
-
Sandrine CHAZELET : Responsable d’études - Département Ingénierie des Procédés, INRS, Vandoeuvre, France
INTRODUCTION
Le développement des nanoparticules manufacturées en forte activité a conduit à s’interroger sur le risque potentiel qu’elles peuvent présenter pour la santé des personnes et l’environnement du fait de leurs propriétés spécifiques (citons leur surface spécifique, leur forme, leur charge, leur potentiel oxydant, etc.).
Un certain nombre d’études sont ou ont été consacrées aux effets sanitaires ou environnementaux de telles ou telles particules nanométriques mais la nature de ces dernières est si variée qu’une évaluation exhaustive semble illusoire. En conclusion, compte tenu de l’absence d’information sur le caractère nocif ou non de telle ou telle nanoparticule, le principe de précaution prévaut. Des mesures efficaces de prévention des risques doivent, en conséquence, être mises en œuvre.
Dans le domaine de la protection des personnes, de l’environnement, la filtration de l’air à travers un milieu fibreux reste un procédé incontournable. Cette technique d’épuration est abordée, en s’intéressant plus particulièrement aux mécanismes de collecte des nanoparticules et à l’évaluation de la perte de charge et de l’efficacité au cours du colmatage. La protection individuelle et collective avec et sans régénération des médias filtrants est ensuite présentée. Les études bibliographiques et les retours d’expérience mettent en exergue le pouvoir très colmatant des nanoparticules, ce qui limite très fortement la durée de vie des filtres à fibres utilisés dans le domaine de la ventilation ou nécessite une régénération fréquente des dépoussiéreurs industriels qui s’avère souvent inefficace. Des solutions sont, par conséquent, proposées pour répondre à cette problématique. Enfin, des solutions alternatives aux filtres à fibres en cours de développement sont exposées.
En fin d’article, un glossaire donne des termes et expressions importants de l’article.
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KEYWORDS
aerosol | fibrous media | gas/particle separation | clogging
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4. Conclusion
L’efficacité des filtres vis-à-vis des nanoparticules ne fait à présent aucun doute, sous réserve d’un média filtrant adapté aux caractéristiques de l’aérosol et aux conditions opératoires. La problématique liée aux nanoparticules relève de la forte augmentation de la perte de charge des médias fibreux au cours du colmatage inhérente à la grande surface spécifique des nanoparticules ou particules nanostructurées obligeant les constructeurs à augmenter la surface de filtration pour limiter l’accroissement de la perte de charge au cours du temps.
Lorsque la valeur de la perte de charge limite est atteinte, il est alors nécessaire de renouveler (cas des filtres de ventilation) ou régénérer (cas des dépoussiéreurs) les médias filtrants. Cependant, en raison de la force d’adhésion conséquente d’un dépôt de nanoparticules, la régénération des médias filtrants peut s’avérer difficile voire très peu efficace. Des solutions ont été proposées (traitement de surface, pré-coating) mais l’efficience de ces solutions vis-à-vis des nanoparticules reste encore à démontrer. Notamment, des efforts restent à faire sur le développement de nouveaux traitements de surface pour limiter l’adhésion de dépôt de nanoparticules.
D’autres solutions alternatives (électrofiltre, lit granulaire arrosé, colonne à bulles) aux médias fibreux ont également été explorées. Aucune n’est, à l’heure actuelle, satisfaisante et ne peut remplacer les médias fibreux en termes d’efficacité. Elles présentent néanmoins un avantage certain en termes de perte de charge en limitant le colmatage. La plupart sont encore au stade de l’évaluation ou de l’optimisation vis-à-vis des nanoparticules. Par ailleurs, le lit granulaire arrosé et la colonne à bulles, ne pourront de toute façon être utilisés que pour des débits de gaz à épurer limités afin de restreindre la taille des installations.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BÉMER (D.), RÉGNIER (R.), SUBRA (I.) - Ultrafine particles emitted by flame and electric arc guns for thermal spraying of metals. - Annals of Occupational Hygiene 54(6) 607-614 (2010).
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(2) - OUF (F.-X.) - Caractérisation des aérosols émis lors d’un incendie. - Thèse de l’Université de Rouen (2006).
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(3) - BAU (S.), WITSGHER (O.), GENSDARMES (F.), RASTOIX (O.), THOMAS (D.) - A TEM-based method as an alternative to the BET method for measuring off-line the specific surface area of nano-aerosols. - Powder Technology, 200 190-201 (2010).
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(4) - CHARVET (A.), BAU (S.), PAEZ COY (N.E.), BEMER (D.), THOMAS (D.) - Characterizing the effective density and primary particle diameter of airborne nanoparticles produced by spark discharge using mobility and mass measurements (Tandem DMA/APM). - Journal of Nanoparticle Research, 16 :2418 (2014).
-
(5) - CHARVET (A.), BAU (S.), BEMER (D.), THOMAS (D.) - On the importance of density in ELPI data post-treatment. - Aerosol Science...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Appareils de protection respiratoire ; Demi-masques filtrants contre les particules : Exigences, essais, marquage - NF EN 149+A1 - 2009
-
Appareils de protection respiratoire – Recommandations pour le choix, l'utilisation, l'entretien et la maintenance – Guide. - NF EN 529 - 2006
-
Appareils de protection respiratoire – Gaz comprimés pour appareil de protection respiratoire isolant. - NF EN 12021 - 2014
-
Filtres à air à haute efficacité (EPA,HEPA et ULPA). Partie 1 : classification, essais de performance et marquage. - NF EN 1822-1 - 2019
-
Nanotechnologies-Terminologie et définitions relatives aux nanoparticule, nanofibre et nanofeuillet. - ISO/TS 27687 - 2008
ANNEXES
Les nanomatériaux – Définitions, risques toxicologiques, caractérisation de l'exposition professionnelle et mesures de prévention, ED 6050, INRS, Paris, Septembre 2012, 48 p.
Site INRS
HAUT DE PAGE2.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Société Française des Séparations Fluides-Particules (SF2P)
Association Française d’Études et de Recherches sur les Aérosols (ASFERA)
HAUT DE PAGE2.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
LRGP (Laboratoire Réaction et Génie des Procédés), Université de Lorraine – CNRS (UMR 7274)
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