La faisabilité de l'électrofiltration d'une atmosphère chargée en poussières de bois : Etude expérimentale et numérique, The feasibility of the electrofiltration of wood particles-laden atmospheres : experimental and numerical study

Brahim Benamar

Description

Sous la direction de Maire-Odile Rigo, André Donnot
Thèse soutenue le 13 novembre 2008: Nancy 1
Les poussières de bois sont à l’origine de pathologies dont les plus graves sont des cancers des voies respiratoires supérieures. Compte tenu de la dangerosité avérée de ces poussières, un système de filtration très performant est nécessaire pour assainir les ambiances de travail. Couramment, l’industrie de bois utilise des filtres à média sujets à l’encrassement et produisant des déchets. Pour remédier à ceci nous avons choisi une épuration par électrofiltration, procédé sans déchet. Dans une première phase expérimentale nous avons étudié la performance d’un électrofiltre de géométrie fil-cylindre à encrassement contrôlé. Cet appareil conçu et mis au point au LERMAB a permis l’étude des paramètres tels que : la géométrie des électrodes, la tension appliquée, la granulométrie et la nature des particules. Nous avons pu montrer que l’électrofiltration était faisable et d’une efficacité pouvant atteindre 99,9%. Dans une deuxième phase nous avons développé un modèle numérique basé sur l’équation de convection-diffusion couplée aux équations de Navier-Stockes moyennées et au champ électrique local avec la prise en compte des effets électrohydrodynamiques. Ce modèle permet de décrire avec précision les phénomènes locaux et globaux d’un électrofiltre de type Cottrell. Ses prévisions sont en parfaite concordance avec les résultats expérimentaux et avec les données issues de la littérature. Il constitue un outil fiable pour le dimensionnement des électroprécipitateurs.
-sciure de bois précipitation électrostatique dépoussiérage décharge couronne modélisation
Wood dust causes a number of pathologies including cancers of the upper respiratory tract and allergic-type diseases. Considering the dangerousness of this dust, a filtration system high performance is required for the treatment of work environments. For this purpose, we have investigated the electrofiltration of wood particles-laden atmospheres. A dust-controlled wire-cylinder electrostatic precipitator has been created and developed at the LERMAB laboratory and a computer code has been developed using the software Comsol Multiphysics. The study of the filtration efficiency has been carried out. This efficiency is larger than 99.9% for the range of fine particles [0.3 µ m - 1 µ m]. The experimental study allows us to identify various parameters governing the electrofilter in operation. The numerical model, in perfect agreement with the experimental results and with the literature, allows to describe with a good precision local and global phenomena occurring in wire-cylinder electrostatic precipitator. It is a good tool for the design of electroprecipitators.
Source: http://www.theses.fr/2008NAN10100/document

Informations

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Extrait

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UFR : ENSTIB
Ecole doctorale : RP2E
Département de Formation Doctorale Sciences du Bois

THESE
Présentée pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy 1
En Sciences du Bois et des Fibres
Par Brahim BENAMAR

La faisabilité de l’électrofiltration d’une atmosphère chargée en poussières
de bois : étude expérimentale et numérique

Soutenue le 13 novembre 2008

Directeur de thèse : Professeur Marie-Odile RIGO

Membres du jury
Rapporteurs : A. HAKAM Professeur, Université Mohammed V, Rabat
S. WALTER Professeur, ENSCM de Mulhouse, UHA

Examinateurs : R. BENELMIR Professeur, Université H. Poincaré-Nancy 1
A. MAILFERT Professeur, ENSEM, INPL
A. DONNOT Maître de conférences, Université H. Poincaré-Nancy 1
M. KHALIJ Maître de conférences, ESSTIN, UHP

Laboratoire d’Etudes et de Recherche sur le Matériau bois
Unité Mixte de Recherche 1093 INRA/ENGREF/UHP-Nancy 1
Remerciements

Ce travail de thèse a été réalisé au Laboratoire d’Etudes et de Recherches sur le Matériau
Bois (LERMAB), sur le site de la faculté des Sciences et Technique à Nancy, sous la direction
scientifique du professeur Marie-Odile RIGO.
Je tiens en premier lieu à remercier très sincèrement Marie-Odile RIGO qui a assuré la
direction de ce travail de thèse. Je lui suis extrêmement reconnaissant de m’avoir permis de
travailler avec une grande autonomie sur un sujet passionnant, de m’avoir fait partager son
affection pour la recherche, pour la confiance qu’elle m’a attribuée dans la réalisation de ce
projet, pour la qualité de son encadrement, ses conseils avisés et d’avoir assuré les bonnes
conditions pour le déroulement de ce travail.
Je remercie également chaleureusement André DONNOT, encadrant de ce travail. Son
écoute, sa grande disponibilité, l’efficacité et la qualité de son encadrement m’ont permis de
mener à bien l’ensemble des travaux de recherche, de communication et de rédaction liés à
cette thèse.
Je tiens aussi à remercier Messieurs Serge WALTER et Abdelillah HAKAM d’avoir accepté
d’être rapporteurs pour ma thèse. J’en suis très honoré, et je tiens à leur exprimer ma
profonde gratitude. Je veux aussi remercier Riad BENELMIR d’avoir accepté de présider
mon jury de thèse et Messieurs Alain MAILFERT et Mohamed KHALIJ d’avoir accepté de
faire partie du jury et pour leur remarques constructives sur le manuscrit.
Je tiens également à adresser toute ma reconnaissance à Jean-Louis TANGUIER pour sa
relecture attentive du manuscrit et la pertinence de ses corrections et à Emmanuel MARTIN
pour sa grande disponibilité et son aide précieuse pour la réalisation de l’installation
expérimentale.
J’adresse ma reconnaissance à l’ensemble des membres du LERMAB, Permanent &
Doctorants, pour la sympathie qu’ils m’ont toujours témoigné, l’aide qu’ils ont pu
m’apporter et qui ont rendu ces années de thèse très agréables.

Je remercie également le duo du midi, Mathieu et Mohamed qui m’ont offert, jour après jour,
des petits instants de détente.
Un grand merci à mon épouse, Nadoua, pour tout son amour et son attention, sa patience et
son soutien, qu’elle trouve ici l’expression de mes sincères reconnaissances.
Enfin, je tiens à remercier mes parents, mes frères et ma sœur pour leurs encouragements et
de m’en avoir donné les moyens pour y arriver. Encore un grand MERCI !

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Résumé
Les poussières de bois sont à l’origine de pathologies dont les plus graves sont des cancers
des voies respiratoires supérieures. Compte tenu de la dangerosité avérée de ces poussières,
un système de filtration très performant est nécessaire pour assainir les ambiances de travail.
Couramment, l’industrie de bois utilise des filtres à média sujets à l’encrassement et
produisant des déchets. Pour remédier à ceci nous avons choisi une épuration par
électrofiltration, procédé sans déchet.
Dans une première phase expérimentale nous avons étudié la performance d’un électrofiltre
de géométrie fil-cylindre à encrassement contrôlé. Cet appareil conçu et mis au point au
LERMAB a permis l’étude des paramètres tels que : la géométrie des électrodes, la tension
appliquée, la granulométrie et la nature des particules. Nous avons pu montrer que
l’électrofiltration était faisable et d’une efficacité pouvant atteindre 99,9%.
Dans une deuxième phase nous avons développé un modèle numérique basé sur l’équation de
convection-diffusion couplée aux équations de Navier-Stockes moyennées et au champ
électrique local avec la prise en compte des effets électrohydrodynamiques. Ce modèle permet
de décrire avec précision les phénomènes locaux et globaux d’un électrofiltre de type Cottrell.
Ses prévisions sont en parfaite concordance avec les résultats expérimentaux et avec les
données issues de la littérature. Il constitue un outil fiable pour le dimensionnement des
électroprécipitateurs.

Mots clés : sciure, précipitation électrostatique, dépoussiérage, décharge couronne,
modélisation,

Abstract
Wood dust causes a number of pathologies including cancers of the upper respiratory tract
and allergic-type diseases. Considering the dangerousness of this dust, a filtration system high
performance is required for the treatment of work environments. For this purpose, we have
investigated the electrofiltration of wood particles-laden atmospheres. A dust-controlled wire-
cylinder electrostatic precipitator has been created and developed at the LERMAB laboratory
and a computer code has been developed using the software Comsol Multiphysics. The study
of the filtration efficiency has been carried out. This efficiency is larger than 99.9% for the
range of fine particles [0.3 m - 1 m]. The experimental study allows us to identify various
parameters governing the electrofilter in operation. The numerical model, in perfect
agreement with the experimental results obtained during this study and with the literature,
allows to describe with a good precision local and global phenomena occurring in wire-
cylinder electrostatic precipitator. It is a good tool for the design of electroprecipitators.

Passwords: wood dust; corona discharge; modelling; electrostatic precipitator.
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