Définition des critères de comparaison

Différents critères ont été établis, pour sélectionner la solution la plus adaptée à une mise en œuvre dans un logement individuel. Ils sont répartis en 4 catégories principales : le coût d’investissement, le coût de fonctionnement, les performances de traitement, et le risque de contamination biologique. Chacune de ces catégories peut prendre en compte plusieurs critères selon les informations nécessaires pour la prise de décision. Pour chaque solution et chaque critère, une valeur quantitative correspondante est attribuée. Les valeurs pour chaque critère sont présentées dans le Tableau 3-13, qui présente la valeur la plus favorable parmi les valeurs obtenues par chaque solution de traitement. La valeur la plus favorable et les valeurs de chaque solution sont comparées et des points sont attribués. Plus les valeurs des solutions sont proches de la valeur favorable, plus elles gagnent de points. La solution ayant le plus de points est ainsi sélectionnée pour les différents essais multi-polluants (conditions contrôlées et conditions réalistes).

IV.1.A. Coût d’investissement

Le coût d’investissement a été calculé pour chaque solution à partir du prix de chaque filtre testé. Les prix ont été ramenés en euro par unité de surface de matériaux. Ensuite, les surfaces utilisées pour chaque combinaison ont été calculées à partir des paramètres nominaux d’utilisation des filtres donnés par les constructeurs, ainsi que des dimensions de la canalisation et du débit nominal de traitement de 80 m3.h-1. Ainsi connaissant la surface à utiliser pour chaque filtre un prix par solution a été calculé. Pour les solutions comprenant 2 étages dont un adsorbant, le prix de cet adsorbant a été calculé en supposant qu’une seule couche de matériau en géométrie plane est utilisée. Ainsi les valeurs finales pour chaque solution sont les sommes des prix des matériaux nécessaires multipliées par le nombre de filtres à utiliser pour une utilisation d’un an. Par exemple si une combinaison ne peut être

148 utilisée que 6 mois, le prix de la combinaison a été multiplié par 2 pour obtenir le coût d’investissement annuel. La valeur favorable sélectionnée correspond à la valeur du coût minimal, en euro, obtenue parmi les différentes solutions pour une durée d’utilisation d’un an.

IV.1.B. Coût de fonctionnement

Le coût de fonctionnement a été établi pour une utilisation de 1 an et pour une surface de filtre déterminée en fonction des conditions nominales de fonctionnement. Ainsi la quantité de particules à traiter par mois a été calculée à partir du débit nominal de 80 m3.h-1 et des concentrations moyennes en particules, PM10 et PM2,5, retrouvées dans l’air extérieur. En fonction de cette quantité et des résultats d’efficacité massique totale obtenus pour les particules de riz micronisé, une quantité de particules collectées a été calculée. Une valeur de masse surfacique de particules collectées a ainsi pu être associée aux pertes de charge de chaque filtre. Cela permet d’attribuer une perte de charge équivalente théorique à chaque mois d’utilisation du filtre sur la période d’utilisation d’un an. Si les pertes de charge dépassent les pertes de charge préconisées par les constructeurs alors que l’année n’est pas finie, un nouveau filtre est mis en place. Cela permet d’évaluer un des critères du coût de fonctionnement, à savoir la durée d’utilisation du filtre en nombre de mois. La valeur favorable de ce critère sera alors le nombre de mois d’utilisation maximal parmi l’ensemble des filtres testés.

Enfin, la courbe des pertes de charge en fonction des mois d’utilisation pour une année permet de quantifier le coût de fonctionnement de chaque filtre. Pour cela, l’aire sous la courbe des pertes de charge est déterminée sur l’année et une valeur moyenne rapportée au mois est calculée. Cette valeur ainsi obtenue sert pour une comparaison quantitative du critère correspondant à la valeur moyenne du coût d’utilisation pour un mois, en Pa.mois. La valeur la plus favorable de ce deuxième critère est la valeur minimale obtenue parmi les différents filtres.

IV.1.C. Performances de traitement

Les performances de traitement sont évaluées en distinguant séparément les performances de filtration et les performances d’adsorption.

149 IV.1.C.a. Filtration

Les critères caractéristiques de la filtration ont été définis à partir des efficacités totales et fractionnelles pour les deux types de particules étudiées, à savoir les particules de suie et les particules de riz micronisé. Les valeurs servant pour la comparaison ont ainsi été calculées par la même méthode pour les 2 types de particules.

Tout d’abord, un premier sous-critère est calculé par rapport à l’efficacité totale. Il consiste à calculer l’aire sous la courbe d’efficacité totale (en nombre) jusqu’à un degré de colmatage moyen pour chacun des filtres, c'est-à-dire jusqu’à 30 g.m-2 pour les particules de riz micronisé et jusqu’à 225 mg.m-2

pour les particules de suie. Cela permet de calculer la masse surfacique de l’ensemble des particules collectées jusqu’à un certain degré de colmatage sans tenir compte uniquement d’une valeur d’efficacité.

Un deuxième sous-critère est calculé à partir des efficacités fractionnelles de chaque filtre à un degré de colmatage moyen, c'est-à-dire à 30 g.m-2 pour les particules de riz micronisé et à 225 mg.m-2 pour les particules de suie. Ce sous-critère est calculé en intégrant l’aire sous les courbes d’efficacité fractionnelle aux degrés de colmatage choisis. Cela permet de prendre en compte l’efficacité de filtration pour l’ensemble des tailles de particule. Les valeurs favorables sélectionnées dans la suite sont les valeurs maximales calculées parmi les différentes solutions pour chacun des deux sous-critères. En effet, plus l’aire sous la courbe calculée est importante et plus le filtre est efficace vis-à-vis des particules collectées.

IV.1.C.b. Adsorption

Les critères représentant les performances d’adsorption sont définis à l’aide des expériences de cinétique et d’isothermes d’adsorption réalisées avec le toluène (représentant les BTEX).

Tout d’abord, un premier critère est obtenu avec les expériences de cinétique d’adsorption. Il est représenté par la constante de vitesse calculée en supposant la réaction d’adsorption du premier ordre. La valeur favorable sélectionnée est la valeur la plus importante parmi les différentes solutions, ce qui correspond à la cinétique d’adsorption la plus rapide.

Le deuxième critère est établi suite aux résultats des expériences d’isotherme d’adsorption. Le coefficient du modèle de Freundlich, , a été choisi comme critère car il est proportionnel à la capacité d’adsorption et permet donc de représenter de manière quantitative les capacités d’adsorption issues des isothermes. La valeur favorable sélectionnée est la valeur

150 maximale obtenue parmi les différentes solutions car elle est représentative de la plus forte capacité d’adsorption.

IV.1.D. Risque de contamination biologique

Les critères de risque de contamination biologique sont définis par 2 critères correspondant à la fraction microbienne de particules relarguées lors du redémarrage de la ventilation, et à la capacité de rétention en eau de chaque filtre.

Le premier critère, la fraction microbienne relarguée, exprimée en %, permet d’évaluer le risque de dissémination des micro-organismes à partir d’un filtre contaminé. Le deuxième critère, la capacité de rétention en eau, exprimé en g.m-2 de filtre, permet lui d’évaluer le potentiel de développement et de croissance des champignons via la quantité d’eau disponible sur le matériau. Pour chacun de ces 2 critères, la valeur minimale parmi les différentes solutions est définie comme étant la valeur la plus favorable car elle présente le plus faible risque de biocontamination.

Tableau 3-13 - Critères de comparaison et valeurs quantitatives associées pour chacune des différentes solutions de traitement

F7-combiné M5/TCA M6/TCA HBH Valeur favorable 6,8 7,9 8,1 10,9 6,8 191 160 186 4 4 6 4 5 12 12 27 21 26 5 27 19 19 19 12 19 197 124 140 86 197 281 140 194 56 281 0,038 0,055 0,055 0,007 0,055 80 85 85 0,4 85 0,001 0,063 0,167 (-) 0,001 9,7 1,3 1,2 78,5 1,2 Performances de traitement

Coût investissement pour la surface mise en œuvre (€.solution-1

) Coût fonctionnement filtre

pour la surface mise en œuvre pour 1 an

Moyenne par mois (Pa.mois) Durée d'utilisation (mois)

Filtration (g/m2 ou mg/m2) E riz jusqu'à 30 g.m-2 Adsorption Solutions Efract riz à 30 g.m-2 E suies jusqu'à 225 mg.m-2 Efract suies à 225 mg.m-2 Cinétique (min-1) Isotherme (-) Risques biologiques

Fraction Penicillium relarguée (%) Capacité de rétention en eau rapporté à la

surface mise en œuvre (g.m-2

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IV.2. Méthode de comparaison quantitative pour le choix de la