Chapitre 2 Etablissement de la méthodologie générale de l'étude
III. Procédés de traitement de l’air multi-polluants étudiés
Au regard des différents polluants cibles, il n’existe pas de procédé unique permettant de traiter efficacement les particules et les gaz étudiés simultanément. Le choix des procédés de traitement à mettre en œuvre pour l’abattement des polluants atmosphériques s’est fait sur la base de critères économiques, sanitaires, notamment par l’absence de formation de sous- produits de dégradation, et d’adaptabilité des conditions opératoires aux systèmes de ventilation de logement de type individuel. Le Tableau 2-3 récapitule de manière qualitative les performances des différents procédés vis-à-vis des polluants de l’air extérieur. Ainsi, quatre procédés dont les conditions opératoires sont difficiles en termes de compacité et de maintenance ne sont pas adaptables pour une CTA de maison individuelle : les séparateurs centrifuges, l’absorption, la neutralisation acido-basique et les traitements biologiques. Par ailleurs, l’objectif étant d’améliorer la QAI, tous les procédés entrainant la formation possible de sous-produits n’ont pas été retenus, c'est-à-dire : les électro-filtres, la photocatalyse, le plasma non thermique et le procédé hybride d’adsorption-ozonation. Finalement, les deux procédés de purification retenus sont :
- la filtration par média fibreux permettant de collecter les particules ;
- l’adsorption à l’aide de charbon actif permettant de traiter les polluants gazeux. Concernant les NOX, les procédés efficaces font intervenir des réactions catalytiques à haute température, ce qui n’est pas adaptable pour une CTA, ou une imprégnation du matériau adsorbant par du KOH par exemple. Néanmoins, un abattement limité du NO2 par adsorption sur charbon actif est supposé (Bashkova and Bandosz, 2009; Florent et al., 2013) et devra être évalué durant l’étude expérimentale.
La mise en œuvre de ces deux procédés, filtration et adsorption, peut se faire soit en deux étages de traitement successifs, soit à l’aide d’un média combinant les deux procédés.
Tableau 2-3 - Evaluation qualitative des performances de traitement de différents procédés vis-à-vis des polluants cibles Polluants Procédés de filtration par média fibreux Electro- filtre Séparateur à effet centrifuge
Absorption Adsorption Traitements biologiques Neutralisation acido-basique Photocatalyse Plasma non thermique Procédé hybride adsorption- ozonation Traitement par adsorption- électrodésorption PM10 + + + + + + + + + + + + + + + + + + PM2,5 + + + + + + + + + + + + + + Micro- organismes + + + + + + + + + + + + + + + + COV + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + NOX + + + + + + + + + + + Remarque Formation de sous- produits Formation de sous-produits Formation de sous- produits Formation de sous-produits et utilisation d’O3 Adaptable
aux CTA Oui Oui* Non Non Oui Non Non Oui* Oui* Oui* Oui
+ : Efficacité faible * Oui si la formation de sous-produits de réaction est bien maitrisée
+ + : Efficacité moyenne
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III.2. Matériaux filtrants et adsorbants testés
Différents matériaux ont été choisis, afin de représenter la diversité des filtres et adsorbants commerciaux pouvant être mis en œuvre dans les VMC des logements. Trois solutions sont étudiées (Tableau 2-4) :
- un filtre combiné d’efficacité F7 vis-à-vis des particules (selon la norme EN779:2012), constitué de fibres de verre et de grains de charbon actif, permettant la filtration des particules et l’adsorption des gaz en un seul étage de traitement. Ce type de filtre est utilisé dans les CTA des bâtiments recevant du public et des bâtiments tertiaires ; - la deuxième solution est constituée de deux étages de traitement. Le premier étage est
composé d’un filtre M5 ou M6 (selon la norme EN779:2012), en fibres de polyester pour la filtration des particules. Ces filtres sont couramment utilisés pour des bâtiments recevant du public et des bâtiments tertiaires. Par ailleurs, il est important de noter que le filtre M6 testé est électret. Le deuxième étage est composé d’un tissu de fibres de charbon actif pour l’adsorption des gaz ;
- la troisième solution est également constituée de deux étages de traitement et plus précisément de filtres commerciaux issus de la grande distribution, commercialisés pour un système de VMC double flux. La composition et l’efficacité du média fibreux filtrant et de l’adsorbant sont inconnues. Cette combinaison de traitement sera la « référence » en termes de performances de traitement.
La caractérisation des matériaux testés et l’évaluation de leurs performances vis-à-vis des polluants modèles utilisés au laboratoire seront présentées dans le chapitre 3. L’objectif est de sélectionner la solution qui est la plus favorable en termes de performances pour une implantation dans la VMC d’une maison individuelle.
97 Tableau 2-4 – Présentation des 3 solutions de traitement testées
Solution 1 Solution 2 Solution 3
Filtre F7 combiné (Camfil) Etage 1 : Média fibreux M5 ou M6 (électret) (Camfil)
Etage 1 : Média fibreux HBH-F
(HBH Ventilation)
Etage 2 : Tissu de charbon actif TCA (Zorflex)
Etage 2 : Adsorbant HBH- CA
(HBH Ventilation)
III.3. Taux d’abattements « guide »
Le taux d’abattement « guide » des polluants cibles par les procédés sélectionnés est calculé à l’aide des valeurs moyennes horaires maximales de concentration, , quand elles existent, et des valeurs guides issues de l’OMS (WHO, 2010), , équation (2- 1). Pour les BTEX et les NOX les valeurs guides respectives du benzène et du NO2 ont été utilisées étant donné que les autres polluants n’ont pas de valeurs guides. L’ensemble des valeurs guides et des taux d’abattement sont récapitulés dans le Tableau 2-5, les concentrations sont exprimées en µg.m-3 et en ppb(v) pour les polluants gazeux (en équivalent NO2 pour les NOX et en équivalent toluène pour les BTEX).
98 Tableau 2-5 – Valeurs guides OMS (WHO, 2010) et objectifs d'abattement des polluants
Polluant
Valeurs guides OMS Taux d'abattement « guide »
(µg.m-3) (ppbv) (-) PM10 PM2,5 50 25 (-) (-) 0,8 0,9 BTEX 2 0,5 0,9 NOX 200 106 0,8
A noter qu’en l’absence de données dans les stations de surveillance de la qualité de l’air sur les concentrations microbiennes ou encore de valeurs guides OMS (WHO, 2010), aucun objectif d’abattement n’a été fixé pour cette catégorie de polluant.
A l’issue des différents essais expérimentaux, les performances de traitement des matériaux seront comparées avec le taux d’abattement maximal pour vérifier l’accord des procédés choisis avec les objectifs de qualité de l’air
III.4. Verrous scientifiques
La mise en place d’un adsorbant dans le procédé de traitement conduit à la saturation de ce dernier (Le Cloirec, 2003). Par conséquent, une méthode de régénération doit être mise en œuvre pour prolonger la durée de vie du matériau, et donc du procédé de traitement sans dégrader la QAI.
Le colmatage d’un média fibreux filtrant conduit à l’accumulation de particules sur le filtre, en particulier des particules microbiennes. Ces dernières peuvent se développer au sein du filtre lorsque la quantité de nutriments (particules organiques) et l’humidité sont suffisantes (Hamada and Fujita, 2002). Le développement microbien sur les filtres employés dans le procédé de traitement peut alors conduire à la dégradation de la QAI par aérosolisation des micro-organismes dans l’air et par la détérioration du filtre.
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