29 mars 2020

Filtration

La filtration HEPA et ULPA

Les filtres HEPA ou ULPA sont des filtres absolus. Les bactéries ont une taille de l’ordre de 1µm, les virus (comme le Coronavirus Covid19) sont beaucoup plus petits, ils ont une dimension caractéristique de l’ordre de 0.01 µm, soit une taille 100 fois plus petite. En général, les virus ne vivent pas longtemps seuls dans l’air, il leur faut un support (gouttelettes, salive, etc). Un filtre HEPA H14 a une efficacité de 99.995% sur une particule de 0.15 µm (la MPPS), cette taille de particule est la plus difficile a retenir pour un filtre stérile (paradoxalement, un filtre retiendra mieux les particules plus grandes que 0.15 et les particules plus petites que 0.15 µm, on parle de MPPS). Dès lors on aura une efficacité élevée sur les particules de l’ordre de 0.01 µm comme le corona virus.

O+R commercialise des filtres HEPA 13 et ULPA 15 munis d’un ventilateur et d’un pré filtre, ce sont des unités autonomes de filtration. En anglais, ils se nomment FFU (Final Fan Unit). Il suffit donc d’une simple prise 230 v et les FFU soufflent un air filtré à un débit variant de 500 à 1100 m³/h selon la taille choisie. Les filtres absolus sont des composants essentiels qui vont permettre d’atteindre le taux de particules attendu. Il y a bien évidemment toute une série de filtres « grossiers », mais il n’y a que deux types de filtres terminaux dans le domaine des salles propres : HEPA (High Efficiency Particulate Air) et ULPA (Ultra Low Penetration Air). Les filtres HEPA sont les plus utilisés, les filtres ULPA sont réservés aux applications les plus exigeantes, telle la microélectronique.

Les filtres HEPA ont une efficacité au moins supérieure à 99,97% pour des particules de 0,3 μm càd qu’ils retiennent au moins 9.997 particules de 0,3 μm sur 10.000. Les filtres ULPA ont une efficacité au moins supérieure à 99,999% pour des particules de 0,1-0,2 μm càd qu’ils retiennent au moins 9.999 particules de 0,1-0,2 μm sur 10.000.

A vitesse égale, la perte de charge engendrée par un filtre augmente avec sa classe. La perte de charge au travers d’un filtre U17 est supérieure à la perte de charge au travers d’un filtre H10. Sur base de ces données, l’installation de ventilation et filtration va être dimensionnée.

Classification des filtres

Le tableau ci-dessous donne la classification des filtres (selon le standard européen EN1822). La seconde colonne donne le pourcentage de particules d’une taille entre 0.1 µm et 0.3 µm qui sont retenues et la troisième colonne donne le pourcentage non retenu de ces mêmes particules

Filtre % %
H10 – HEPA 85 15
H11 – HEPA 95 5
H12 – HEPA 99,5 0,5
H13 – HEPA 99,95 0,05
H14 – HEPA 99,995 0,005
U15 – ULPA 99,999 5 0,000 5
U16 – ULPA 99,999 95 0,000 05
U17 – ULPA 99,999 995 0,000 005

Dimensionnement de la ventilation et de la filtration haute efficacité

Contrairement à ce que l’on croit, le taux de brassage n’est pas fixé par les normes, les normes lui préfèrent la vitesse de décontamination, ce qui est plus rigoureux. L’idée étant de calculer le temps qu’il faut pour qu’un polluant disparaisse dans une salle propre, il est clair que plus la salle propre est performante, plus la pollution devra disparaître rapidement.

Le temps de décontamination doit être satisfaisant en tous points de la salle propre, il s’agit donc d’un contrôle beaucoup plus précis que simplement faire le ratio entre le débit d’air entrant et le volume de la salle. Ce temps de décontamination est donc fonction du débit mais aussi du type de diffuseur d’air, de l’implantation des bouches de soufflage mais aussi de reprise, etc.

Sur base de la classe à atteindre pour la salle blanche, la vitesse minimum d’air dans la salle blanche est définie de la sorte :

Classe
FS209
Classe
ISO
[m/s]
Classe 1-100 ISO 3-5 0,3 à 0,5
Classe 1 000 ISO 6 0,25
Classe 10 000 ISO 7 0,15
Classe 100 000 ISO 8 0,09

Les taux de brassage sont donc des valeurs usuelles et empiriques. Dans ce tableau, on voit donc que la vitesse pour une classe 10 000 est de deux fois la vitesse pour une ISO 8, ceci est conforté lorsque dans la littérature on découvre que le taux de brassage d’une ISO 7 est de +/- 40 et celui d’une ISO 8 de +/- 20.

Il faut aussi préciser que les ISO 6-7-8 fonctionnent par dilution tandis que en-dessous ISO 3-4-5 on travaille par substitution. D’un coté on brasse de l’autre on remplace.

Taux de couverture

De façon plus empirique, le tableau ci-dessous détermine le taux de couverture des filtres dans le plafond selon la classe à atteindre pour la salle blanche. O+R préfère le dimensionnement et l’étude au cas par cas des besoins spécifiques du client.

Classe FS209 Classe ISO [%]
Classe 1-100 ISO 3-5 100
Classe 1 000-10 000 ISO 6-7 20 à 33
Classe 100 000 ISO 8

Qualification des filtres

Les filtres HEPA et ULPA sont bien entendu testés avant fourniture et livrés avec certificat de test. Néanmoins, suite au transport et au placement, des dommages pourraient apparaître. Le client peut faire contrôler l’intégrité de ses filtres chaque année par un organisme agréé.

Choisir votre solution salle blanche :

Références suivant les domaines

Suivant le type de travaux à effectuer dans une salle blanche, les normes ne sont pas toujours les mêmes car les objectifs sont différents. Voici quelques réalisations suivant leur objectif de production.

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