Étude de colmatage des filtres métalliques par un aérosol liquide

​Marie LECOQ a soutenu sa thèse le 6 février 2023

Jury

Evelyne GEHIN Professeure, Université Paris-Est Créteil, Créteil, Présidente de jury
Dominique THOMAS Professeur, Université de Lorraine, Nancy, Directeur(s) de thèse
Aurélie JOUBERT Maîtresse de conférences (HDR), IMT Atlantique, Nantes, Rapporteur
François-Xavier OUF Docteur (HDR), Laboratoire national de métrologieet d’essais, Trappes, Rapporteur
Soleiman BOURROUS Docteur, IRSN, Saclay, Membre invité
Jean-Christophe APPERT-COLLIN Maître de conférences, Université de Lorraine, Nancy, Membre invité
Fabien FLOC’HLAY Ingénieur, Novintec, Sully-sur-Loire, Membre invité
Céline MONSANGLANT LOUVET Docteur, IRSN, Saclay, Membre invité

Résumé

La filtration est définie comme un procédé de séparation, permettant d’épurer un fluide d’un ou de plusieurs composants, comme par exemple la séparation de composés solides d’un liquide ou la séparation de particules solides ou liquides d’un gaz (épuration des effluents gazeux dans les réseaux de ventilation, filtre à air dans les voitures, appareil de protection respiratoire…).

Dans les installations industrielles susceptibles de contenir de la matière dangereuse, le confinement de cette dernière est assuré en grande partie par des filtres à très haute efficacité (THE) intégrés dans les réseaux de ventilation. Dans des procédés, mis en œuvre dans l’industrie nucléaire, certains scénarios accidentels peuvent conduire au dégagement de liquide (rupture de conduite surchauffée ou sous pression au sein de locaux confinés, condensation de vapeur, …) sous forme de gouttelettes en suspension (aérosol liquide). Dans ce cas de figure, la présence d’espèces liquides peut affecter les performances des filtres THE en engendrant une élévation rapide et importante de leur perte de charge qui peut conduire à une diminution notable du débit de ventilation, voire atteindre la limite de leur résistance mécanique et leur capacité à retenir les contaminants aéroportés.

Pour pallier ce problème, une des solutions envisagées est d’utiliser un préfiltre métallique (plus résistant mécaniquement mais moins efficace) pour protéger le filtre THE constituant le dernier niveau de filtration ; ou du moins augmenter sa durée de vie en cas de scénarios accidentels. Ainsi, se pose la question de comment assurer la fiabilité de cette solution et anticiper le comportement de ces équipements. Pour tenter d’y répondre, la présente étude s’intéresse au comportement de médias en fibres métalliques vis-à-vis d’un aérosol liquide.

Des études antérieures ont permis de montrer que le comportement d’un filtre dépend des conditions aérauliques (vitesse de filtration), des propriétés physico-chimiques du liquide (masse volumique, viscosité, tension de surface…) mais également des caractéristiques physiques du filtre (diamètre des fibres, compacité, épaisseur …).

Ainsi, la problématique qui se pose est la suivante : comment lier les propriétés physicochimiques du liquide, et la structure du média filtrant, à sa résistance aéraulique et à la quantité de liquide accumulée à la saturation lorsque la perte de charge augmente rapidement ?

Pour répondre à la problématique et orienter l’étude, une première partie du travail se portera sur un état de l’art, afin de définir les lacunes de la littérature pour permettre une description, voire une prédiction, du comportement spécifique des médias métalliques. Ensuite dans une deuxième partie, les méthodes de caractérisation des aérosols liquides, le banc d’essais et le protocole opératoire pour l’étude du colmatage des filtres métalliques seront présentés. La troisième partie sera consacrée à la présentation des principaux résultats obtenus, en étudiant l’influence des caractéristiques structurales des médias sur l’efficacité des filtres, mais aussi l’influence des propriétés du liquide sur le comportement des filtres (perte de charge, efficacité, résistance aéraulique). Cette partie soulèvera de nouvelles questions, notamment sur l’accumulation du liquide dans les filtres selon sa structure.

Enfin, dans une quatrième partie, un développement préliminaire de modèle sera présenté. Ce modèle permettra de prédire le comportement des filtres dans leur état de saturation.