Performances des filtres plissés à Très Haute Efficacité en fonction de l'humidité relative de l'air, Performances of pleated hepa filters as a function of relative humidity of air

Aurélie Joubert

Description

Sous la direction de Dominique Thomas
Thèse soutenue le 13 novembre 2009: INPL
Les filtres plissés à Très Haute Efficacité (THE) sont utilisés pour le maintien du confinement des substances radioactives dans les installations nucléaires ; ils constituent ainsi un des éléments sensibles de la sûreté nucléaire. Certains scénarios accidentels, comme l’apparition d’une brèche sur une tuyauterie avec relâchement de vapeur, peuvent conduire à une forte augmentation de l’humidité relative de l’effluent gazeux filtré. Ces travaux permettent de pallier le manque de données analytiques dans la littérature concernant le comportement des filtres plissés THE, en termes de variations de leur perte de charge et de leur efficacité, en cas d’exposition à un débit d’air humide non saturé. Des expériences de colmatage de filtres ont été réalisées sur un banc d’essais à l’aide de deux aérosols : un aérosol non-hygroscopique micronique d’alumine et un aérosol hygroscopique submicronique de chlorure de sodium. Les résultats ont mis en évidence que l’influence de l’humidité durant le colmatage d’un filtre THE dépend de plusieurs paramètres : la géométrie du filtre (plane ou plissée), la granulométrie et la nature hygroscopique de l’aérosol de colmatage et enfin, le temps d’interaction entre l’aérosol et l’air humide. Des mesures d’efficacité des filtres plissés vierges et à différents degrés de colmatage, réalisées avec l’aérosol normalisé d’uranine, se sont également révélées sensibles à la présence plus ou moins importante d’humidité relative dans l’air. Enfin, l’ensemble des résultats a permis d’élaborer une approche empirique d’estimation de l’évolution de la perte de charge d’un filtre THE ; le modèle qui en résulte est applicable durant la formation sous humidité d’un gâteau de particules sans réduction de la surface de filtration
-Filtration
-Humidité relative
-Hygroscopicité
-Perte de charge
-Efficacité
-Filtre plissé THE
Pleated High Efficiency Particulate Air (HEPA) filters are used for maintaining the containment of radioactive substances in nuclear plants; thus, they are sensitive elements of nuclear safety. Some accidental situations, such as the emergence of a hole on a pipe with release of steam, can lead to a high increase of the air humidity. This work can overcome the lack of analytical data in the literature regarding the behaviour of pleated HEPA filters, in terms of changes in pressure drop and efficiency, in presence of humidity (unsaturated air). Experimental clogging tests have been performed on a test bench with two aerosols: non-hygroscopic micronic alumina particles and hygroscopic submicronic sodium chloride particles. The results showed that the influence of humidity during the clogging of a HEPA filter depends on several parameters: the geometry of the filter (plane or pleated), the size distribution and hygroscopicity of the aerosol clogging and finally the interaction time between the aerosol and humid air. Measurements of efficiency of clean and clogged filters (at different degrees of clogging), performed with the normalized soda fluorescein aerosol, are also sensitive to the presence of more or less relative humidity in the air. Finally, all results helped to develop an empirical model for estimating the evolution of the pressure drop of HEPA filters; this model is applicable during the formation of the particulate cake in presence of humidity without reducing of the surface area filtration
-Filtration
-Pleated HEPA filter
-Relative humidity
-Hygroscopicity
-Pressure drop
-Efficiency
Source: http://www.theses.fr/2009INPL081N/document

Sujets

• Humidité relative
• Perte de charge
• Efficacité

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 11 Mo

Extrait

AVERTISSEMENT



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Laboratoire des Sciences du Génie Chimique
CNRS - LSGC
Institut National Polytechnique de Lorraine

Ecole Doctorale RP2E
Ressources Procédés Produits Environnement


THESE


Présentée en vue de l’obtention du grade de
Docteur de l’INPL

Spécialité
Génie des Procédés et des Produits

Performances des filtres plissés à Très Haute
Efficacité en fonction de l’humidité relative de l’air

par
Aurélie JOUBERT



Soutenue publiquement le 13 Novembre 2009, devant le jury composé de :

Georges GREVILLOT Directeur de recherche CNRS - LSGC Président
Rapporteurs Yves GONTHIER Professeur de l’Université de Savoie
Laurence LE COQ l’Ecole des Mines de Nantes
Examinateurs François JEAN Expert en ventilation AREVA NC
Jean-Claude LABORDE Chef de département SERAC de l’IRSN
Dominique THOMAS Professeur de l’Université H. Poincaré, Nancy
Membres invités Laurent BOUILLOUX Chef du Laboratoire d’Expérimentations en
Confinement, Epuration et Ventilation de l’IRSN
Sandrine CALLE-CHAZELET Maître de conférences de l’Université H.
Poincaré, Nancy
AVANT-PROPOS


Je tiens à remercier tout d’abord Jean-Claude Laborde, chef du Service d’Etudes et de Recherches en
Aérodispersion des polluants et en Confinement de l’IRSN, qui a encadré ces travaux de recherche. Un
grand merci pour la confiance qu’il m’a accordée dès le début du projet et pour m’avoir fait partager
ses connaissances scientifiques et techniques tout au long de ces trois années de thèse. Merci
également pour sa grande disponibilité malgré ses fonctions, ainsi que pour la passion qu’il a
manifestée et qu’il m’a su me transmettre durant nos conversations animées sur la filtration.
Mes remerciements s’adressent ensuite à Dominique Thomas et Sandrine Callé-Chazelet, de
l’Université Henri Poincaré de Nancy, pour avoir accepté de diriger ces travaux de recherche. Malgré
la distance, une relation de confiance s’est établie et leur appui scientifique et technique a été
inestimable.
Je remercie sincèrement Laurent Bouilloux, chef du Laboratoire d’Expérimentation en Confinement,
Epuration et Ventilation, pour m’avoir accueillie au sein de son laboratoire ainsi que pour son
implication dans ce travail et pour ses nombreux conseils. Je remercie également François Jean,
ingénieur chez AREVA NC, pour le réel intérêt et la curiosité qu’il a affichés lors des différentes
réunions de présentation des résultats.
Je remercie très sincèrement Laurence Le Coq, professeur à l’Ecole des Mines de Nantes, et Yves
Gonthier, professeur à l’Université de Savoie, pour avoir accepté d’être les rapporteurs de cette thèse.
Merci également à Georges Grévillot, directeur de recherche au CNRS, d’avoir accepté de prendre
part au jury de thèse et d’en avoir assuré la présidence.
Je tiens également à remercier Sébastien Artous pour son aide indispensable lors de la prise en main
du banc d’essais CATFISH qu’il a conçu en amont de ces travaux de recherche ; la simplicité de
pilotage du banc d’essais, malgré ses dimensions, a permis de travailler dans des conditions
expérimentales optimales et d’enrichir ainsi davantage ces travaux de recherche.
Je remercie Romaric pour son aide expérimentale mais également pour son soutien personnel tout au
long de ces trois années. Merci à Davide pour son assistance informatique et à Victor d’avoir pris le
temps de me former aux calculs d’incertitude qui lui sont si chers. Je remercie François-Xavier pour
s’être montré toujours très disponible et pour son aide en matière d’aérosols, ainsi que Jacques Vendel
pour avoir accepté de me représenter lors d’un congrès. Je pense également à ma stagiaire Samantha
qui m’a aidée à poursuivre les essais expérimentaux durant la rédaction de ce mémoire.
De façon générale, je remercie l’ensemble de mes collègues de l’IRSN pour leur accueil chaleureux. Je
pense notamment à toutes les personnes du bâtiment 450, Anne-Laure avec qui j’ai partagé avec grand
plaisir mon bureau, Maud, Olivier, Thibaut et Nicolas ; je les remercie très sincèrement pour
l’ambiance amicale dans laquelle j’ai travaillé et qui a contribué à la bonne conduite de ces travaux.
Merci également à Geneviève et Catherine (D et R) pour leur précieuse aide administrative. Je
n’oublie pas Philippe, Christophe, Clothilde, Arnaud et Tony, que je remercie pour la gentillesse et
l’amitié qu’ils m’ont témoignées.
Pour terminer, je remercie ma famille d’être toujours présente et à l’écoute ; je pense en particulier à
ma maman, Françoise, qui a pris le temps de relire l’ensemble de ce mémoire. Et enfin, merci à toi
Adrien pour ton soutien sans faille. TABLE DES MATIERES


NOMENCLATURE............................................................................................................................................... i
INTRODUCTION.................. 1
CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE................................................................................................ 3
I. TECHNOLOGIE ET PERFORMANCES D’UN MEDIUM FILTRANT THE .............................................. 3
I.1. Technologie des filtres THE..................................................................................................................... 3
I.2. Perte de charge d’un medium filtrant vierge ........................................................................................... 6
I.3. Efficacité de filtration d’un medium vierge.............................................................................................. 9
I.4. Adhésion et réentraînement des particules ............................................................................................ 15
II. FILTRATION D’AEROSOLS SOLIDES.................................................................................................... 18
II.1. Evolution des performances d’un filtre................................................................................................. 18
II.2. Influence de divers paramètres............................................................................................................. 20
II.3. Modélisation ......................................................................................................................................... 24
III. FILTRATION D’AEROSOLS LIQUIDES ................................................................................................ 27
III.1. Comportement d’un aérosol liquide filtré 28
III.2. Evolution des performances d’un filtre ............................................................................................... 29
III.3. Influence de divers paramètres ........................................................................................................... 30
III.4. Modélisation......... 32
IV. ETUDE DE L’AIR HUMIDE ET DE SES INTERACTIONS.................................................................... 34
IV.1. Paramètres hygrométriques................................................................................................................. 34
IV.2. Interactions entre l’air humide et le medium filtrant........................................................................... 35
IV.3. Interactions enir humide et l’aérosol......................................................................................... 36
IV.4. Evolution d’une gouttelette.................................................................................................................. 44
V. FILTRATION THE SOUS HUMIDITE ...................................................................................................... 45
V.1. Influence de l’humidité sur le medium vierge ..............................................