Etude traitement de l’air intérieur








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Filtres à air avec média à fibre fine




Ces filtres utilisent un média filtrant dont les fibres sont d'un diamètre suffisamment petit pour permettre l'arrêt efficace de particules submicroniques sans attraction électrostatique. Le média à fibres fines est souvent en fibres de verre ou PTFE. Ce média à fibres fines ne perd pas d'efficacité dans le temps.

Filtres à air avec média à fibres épaisses
Ces filtres utilisent un média filtrant dont les fibres sont d'un diamètre qui ne permet normalement pas d'arrêter efficacement des particules submicroniques. Pour arrêter plus efficacement ces particules, le média est chargé électrostatiquement pour permettre une attraction électrostatique des particules. Mais la charge se dissipe dans le temps et ces filtres souffrent alors d'une perte d'efficacité. Les médias à fibres épaisses sont souvent en fibres synthétiques.


Filtre électrostatique

Un précipitateur électrostatique est un appareil qui utilise les forces électriques pour séparer les particules solides (par exemple la poussière, voire la fumée) d'un gaz. Il charge positivement les particules attrapées par l’appareil. Ces particules sont ensuite attirées par les collecteurs aluminium situés dans l’appareil
Mecanisme
Basé sur la théorie de Penney, le filtre électrostatique comporte deux zones opérationnelles : ionisation et zone collectrice. Par la traversée de la zone d’ionisation créé par le passage

d’un courant continu positif et acquièrent une charge positive , toutes les particules sont chargées positivement : elles sont alors ionisées. Les lames du filtre qui constituent la zone collectrice captent la totalité des particules par un champ électrostatique (négatif) de forte puissance; les particules sont agglomérées aux lames et seul un nettoyage en profondeur avec le produit adhoc permet de les en détacher. Passé au travers du filtre électrostatique, l’air propre peut être encore traité au-travers d’un filtre à charbon actif (optionnel) qui supprime les mauvaises odeurs. Des ions négatifs sont émis dans le flux d’air propre qui lui rendent son équilibre naturel et évitent la production d’ozone.




Inconvénient

Un filtre électrostatique n’est pas recommandé pour un mode de fonctionnement continu à

rendement élevé, puisqu’il y a accumulation de particules limitant la rétention de nouveaux

contaminants. De plus, le rendement moyen de ces filtres est généralement faible car seules les particules qui passent par le purificateur d’air électrostatique sont éliminées. Il est donc difficile de purifier une pièce entière.


Filtre à media chargé ( à developper)

Ce filtre est composé d'un média à qui l'on donne une charge électrique lors de sa fabrication. Ce système de filtration devient rapidement moins efficace avec l'utilisation, tandis que les particules capturées s'accumulent sur les médias , ceci empêchant l'attraction continue d'autres particules. Utilisée seule, ces filtres ont besoin de remplacement fréquent.
principe filtration electonique.bmp

Baclé ?
Purificateur d’air Electret ( a developper)

Un électret est un matériau diélectrique présentant un état de polarisation électrique quasi permanent. Dans un certain sens, c'est l'équivalent en électrostatique d'un aimant permanent. Le terme électret, mot-valise formé à partir de l'anglais "electricity" et "magnet", a été proposé par Oliver Heaviside, qui a étudié théoriquement les propriétés d'un tel matériau en 1885, tandis que le premier électret artificiel a été préparé par Mototaro Eguchi en 1919.
un filtre spécial, appelé l’Electret, est chargé en électricité pour que les particules qui entrent dans l’appareil s’accrochent au filtre. Les inconvénients de cet appareil sont les mêmes que ceux qui ont été mentionnés pour le purificateur électrostatique.

3 . Purificateur d’air par combustion

Les purificateurs d'air par combustion détruisent les particules en brûlant les particules nocives ou en élevant la température de l'air. Ils rejettent de l'air purifié mais augmentent la concentration d'ozone (03) dans l'air, génèrent une odeur désagréable et augmentent la température ambiante.
Purificateur d’air à combustion simple (à developper)

La purification d'air par combustion est réalisée à l'aide d'un appareil en céramique, où l'air entre par l'action d'un ventilateur, qui chauffe l'air à plus de 200°C, brûlant ainsi les polluants biologiques (micro-organismes, moisissures, etc.).
Mécanisme
Le principe de ce type de purificateur d'air est de chauffer l’air grâce à un filament à 200 degrés pour éliminer les organismes en suspension dans l’air spores de champignons, pollens et autres bactéries… L’air est amené par le bas de l’appareil par dépression, puis est chauffé par le filament, et ensuite refroidi puis libéré.
Avantages
Il brûle les polluants biologiques (micro-organismes, moisissures, etc.).
Inconvénients
Le processus est long et n'est efficace que dans des espaces relativement réduits. Il n'a qu'une faible action sur les pollutions chimiques domestiques (solvants, détergents, oxyde d'azote, etc.) qui nécessitent, pour une disparition complète une combustion à haute température (plus de 1000°C). Donc ette technologie de purificateurs d'air n’est appliquable qu’à petite échelle et de plus elle ne fonctionnent pas sur des molécules de type (Oxyde d’azote, solvants et détergents) qui nécessiterait plus de chauffage.


Purificateur d’air à plasma froid

La purification d'air par plasma, est une technologie qui propulse à l'extérieur de l'appareil un oxydant. Les microorganismes sont détruits directement au sein d'un réacteur par l'action combinée de champs électrostatiques et de plasmas (état gazeux de la matière où la présence de particules chargées donne naissance à des comportements inexistants dans les fluides). En fonction des applications, l'air est renouvelé à une vitesse plus ou moins rapide, et avec un degré de décontamination variable.
Cette technique est généralement mieux adaptée aux usages industriels qu'à la purification d'air domestique. Cette technique s'utilise notamment pour diminuer les émissions de gaz des pots d'échappements, notamment celles des voitures diesel.

Mécanisme d’action
Le générateur d'ions utilise un déversement alternatif de plasma pour diviser les molécules

d'eau en ions hydrogène et ions oxygène portant une charge opposée. La charge électrique

attire les groupes d'ions vers les particules en suspension. Les ions positifs et négatifs réagissent pour créer l'hydroxyle (un détergent naturel), qui utilise l'hydrogène des particules.

Cette technologie est efficace contre les bactéries, les virus, les champignons et les spores.
Avantages
Cette purification est utile pour la destruction des bactéries et des virus. Il s'agit de systèmes de décontamination microbiologique de l'air qui ne sont pas basés sur la filtration classique mais sur un procédé de destruction des microorganismes en trois étapes :
1) champs électromagnétiques élevés

2) bombardement ionique

3) nanofiltration électrostatique

Inconvénients
Un gros inconvénient est que ce genre de purificateur d'air charge l’air en ozone et autres radicaux libres (Oxygène à l’état singulet, hydroxyle, peroxyde…), qui sont toxiques pour les organismes provoquant des lésions des voies respiratoires même à faible concentration, la réaction émet de même une odeur. Ce genre de purificateur d'air n’est donc pas à utiliser dans des milieux habités en permanence.
Son application est plutôt de type industriel.
De plus cette technologie, issue de la conquête spatiale, n'est maîtrisée que par un très faible nombre de sociétés (Air In Space, Biozone Europe). Dès lors, il n'y a pas vraiment de concurrence permettant au grand public de bénéficier de cette technologie à un coût attractif.
purification par plasma.bmp


  1. Purificateur d air par photocatalyse

Qu’est ce que la photo catalyse ?

C’est la décomposition de la matière sous l’action de la lumière.
La photolyse est une réaction naturelle très lente qui correspond à la coupure d’une ou de plusieurs liaisons d’une entité moléculaire consécutive à une absorption de lumière : l’action des UV (énergie lumineuse) sur les matières ou matériaux fait disparaître la couleur. Les photocatalyseurs utilisent l’énergie lumineuse, l’eau et l’oxygène de l’air pour créer des molécules très réactives, capables de décomposer par oxydo‐réduction des substances organiques et inorganiques.

Le photo-catalyseurs utilisé est le dioxyde de titane TiO2. Ce purificateur d'air est thermodynamiquement stable, non toxique et écologique
En exposant le catalyseur et le semi-conducteur de ce purificateur d'air à la lumière comportant une composante UV, une activation a lieu. Cette énergie peut à son tour enclencher d'autres processus, tels que des réactions redox et des modifications moléculaires, avec des matières présentes dans l'atmosphère environnante.
photocatalyse est un procédé physico-chimique qui requiert deux composants :
- de la lumière (ici les rayons ultra-violets UV-A)

- un catalyseur (ici du dioxyde de Titane TiO2).
En présence d'ultra-violets, le dioxyde de Titane devient un oxydant extrêmement puissant qui casse les chaînes carbonées.
La réaction consiste alors en la mise en œuvre des propriétés oxydantes et réductrices appliquées aux polluants qui sont minéralisés et transformés en vapeur d'eau, gaz carbonique et azote.

Avant d’aller plus loin quelques définitions…
Produit photocatalytique : produit formulé avec un photocatalyseur
Catalyseur : Il s’agit d’une substance permettant d’accélérer la vitesse d’une réaction chimique sans être consommée ou altérée (identique à une loupe pour faire brûler du papier au soleil).
Photocatalyseur : Un photocatalyseur s’active avec la lumière.


Mécanisme
Par l'action de la lumière du soleil sur le semi-conducteur (TiO2) ou en absence de soleil grâce à une lampe émettant des UV se forment des paires électron-trou. Ces électrons-trous peuvent se recombiner, ou rester séparés par l'absorption d'autres matières à la surface (polluants). Des réactions Redox peuvent se produire ensuite entre les électrons capturés et les polluants adsorbés. La photo-catalyse hétérogène utilisant du TiO2 comme photo-catalyseur décompose de nombreux composés organiques (Composés organiques volatiles, pesticides…). Il est aussi possible de réduire ou d'oxyder plusieurs autres produits (NOx, bactéries, virus, pollens, acariens, etc.). La cinétique de ces réactions dépend de l'intensité lumineuse, de la quantité de TiO2 en surface et de la durée du contact entre le TiO2 et les matières présentes dans l'air.

Des réactions Redox peuvent se produire ensuite entre les électrons capturés et les polluants adsorbés. La photocatalyse hétérogène utilisant du TiO2 comme photocatalyseur décompose de nombreux composés organiques (Composés organiques volatiles, pesticides…). Il est aussi possible de réduire ou d'oxyder plusieurs autres produits (NOx, bactéries, virus, pollens, acariens, etc.). La cinétique de ces réactions dépend de l'intensité lumineuse, de la quantité de TiO2 en surface et de la durée du contact entre le TiO2 et les matières présentes dans l'air.


Avantages
Ce type de purificateur sert au traitement de la pollution domestique ou des entreprises. Les résidus et particules présents dans les espaces clos sont filtrés puis détruits. La pollution biologique et chimique est éliminée dans un volume étendu sans élever la température ambiante, sans produire d'ozone ni d'odeurs particulières contrairement à l'ionisation, au plasma ou à la combustion simple.
L’effet photocatalytique est pérenne dans le temps, car le photocatalyseur n’est pas consommé lors de la réaction.

Inconvénients
Si la photocatalyse intervient sur les problemes de chimie et de biologie, elle n’intervient pas ou peu sur les poussières.
Le dioxyde de titane, bien qu’étant largement utilisé dans l’industrie, présente quelques zones d’ombres. Bien que, le TiO2 ne soit pas, considéré comme toxique par ingestion, inhalation ou contact, l’ingestion ou l’inhalation de toute poudre fine soit déconseillée. De plus il est classé peut être cancérigène par le CIRC (Centre Internationale de Recherche sur le Cancer) même si certains industriels émettent un avis contraire.

La photocatalyse fonctionne uniquement si le média catalytique (généralement du TiO2) est exempt de toute impureté (poussières, résidus de dégradations). La photocatalyse détruit uniquement les composés aériens qui restent suffisamment longtemps en contact avec la surface du média photocatalytique pour être décomposés. Un bref contact peut générer des sous-composés de dégradation plus toxiques que la molécule initialement entrée dans ce type d'appareillage.

Enfin, les statistiques sont assez défavorables à ce type de dispositif. En effet, ces appareils doivent brasser un maximum d'air pour avoir une chance de faire passer les particules dans l'appareil. Ils sont donc en général assez bruyants. D'autre part, les particules une fois à l'intérieur de l'appareil doivent rester en contact avec le média catalytique assez longtemps pour assurer une dégradation totale, ce qui reste difficile à concilier avec un gros débit d'air.



  1. Autres


Filtration par UV
L'agence de protection de l'environnement américaine a reconnu le procédé de traitement UV comme issu d'une technologie prouvée et fiable :
"Il a été prouvé que les radiations UV ont un pouvoir de désinfection... la simplicité de l'installation, la facilité d'utilisation et de maintenance, et les coûts réduits comparés aux systèmes plus classiques, font de la technologie UV un outil très efficace."
Le rayonnement UV émis par les lampes est absorbé par l'ADN des cellules visées, provoquant une réaction photochimique. Cette réaction endommage le processus de reproduction des micro-organismes.
Contrairement à d'autres moyens de désinfection, il n'a pas encore été établi que les bactéries peuvent développer une résistance au rayonnement UV. Au contraire, de nombreux organismes pathogènes sont extrêmement sensibles à ce type de rayonnement.
Le rayonnement UV n'affecte que les surfaces. Il ne peut donc pas être comparé à aux rayonnements X ou gamma, qui peuvent pénétrer dans des composés solides et endommager sérieusement les organismes vivants.

Principe de fonctionnement
Les sources d'UV-C sont typiquement des tubes de type néon, en quartz et silice, d'un diamètre allant de 15 à 25 mm pour une longueur de 100 à 1200 mm. Ce tube est rempli d'un gaz chargé de vapeur de mercure.
Les lampes basses pression sont seulement capables de produire 2 raies, à 185 et 254 nm. Une augmentation de la tension d'alimentation provoque rapidement un échauffement de la lampe; entraînant ainsi une augmentation de la pression dans la lampe.
Les puissances disponibles couvrent la gamme 0.4 kW - 7.0 kW, pour une capacité de 600m3/heure pour une lampe seule.
Un spectre large est plus efficace que celui fournit par une lampe basse pression pour les débits supérieurs à 13 m3/heure.
Des lampes fournissant des spectres de longueurs d'onde comprises entre 185 et 480 nm sont disponibles pour applications mettant en jeux des réactions photochimiques. Lorsqu'un micro-organisme est exposé à un rayonnement UV-C, le noyau de la cellule est atteint, et la duplication de l'ADN est stoppée. Les organismes pathogènes sont donc inactivés ou détruits.
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