Traitement de l'air intérieur et des effluents gazeux - Transport de particules

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Laboratoire de thermique énergétique et procédés (LATEP)
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Traitement de l'air intérieur et des effluents gazeux - Transport de particules

 

Traitement de l'air intérieur et des effluents gazeux

Le LaTEP a commencé ses activités de recherche « Traitement de l’air et des effluents gazeux industriels » au début des années 2000. Ces quatre dernières années ont conforté son implication dans l’étude de deux types de procédés : les procédés physico-chimiques (plus précisément l’adsorption) et les procédés biologiques, avec en particulier la biofiltration. La pollution de l’air, que l’on sait aujourd’hui être cancérogène pour l’homme et responsable d’un nombre important de décès, est devenue un problème majeur à l’échelle mondiale. C’est la raison pour laquelle, au cours de ces dernières années, les travaux menés à Tarbes ont principalement portés sur le traitement de l’air intérieur.

La pollution de l’air se caractérise par un très grand nombre de polluants, aux propriétés physico-chimiques très différentes, aux concentrations très faibles et rapidement variables au cours du temps (restant néanmoins pour un certain nombre d’entre eux supérieures aux valeurs limites correspondant à un risque sanitaire acceptable). L’étude des systèmes capables de traiter ce type de pollution passe par la connaissance la plus précise possible de la composition du gaz que l’on cherche à dépolluer. Ces années de recherche nous ont permis d’acquérir des compétences reconnues dans la génération et dans l’analyse des gaz multi constituants et micro pollués.

Par exemple, entre 2008 et 2010, nous avons réalisé tous les tests physico-chimiques de nouveaux filtres embarqués destinés à améliorer la qualité de l'air contenu dans l'habitacle automobile. Ces tests ont été effectués en conditions réalistes sur un banc spécifique de génération et d'analyse d'atmosphères confinées, avec polluants à très forte dilution (de l'ordre du ppb).

 

    

Nos travaux ont montré que la biofiltration, jusqu’ici utilisée pour traiter certains effluents gazeux industriels, était également capable de traiter une large gamme des polluants contenus dans l’air (en particulier une grande partie des COV), et que les procédés biologiques offraient de très intéressantes perspectives pour dépolluer l’air contenu dans les espaces confinés (lieux de vie et moyens de transport), dans lesquels les occidentaux passent 80% de leur temps.

En étudiant des médias filtrants constitués de déchets (composts de déchets verts ou de déjections animales, boues de station d’épuration), nous cherchons à développer des solutions à la fois performantes, peu coûteuses, simples d’emploi et respectueuses de l’environnement. Ces supports poreux, qui jouent un rôle déterminant dans le procédé, offrent l’avantage supplémentaire de contenir une biomasse endogène, ce qui supprime les phases complexes d’ensemencement préalable. La complexité du cocktail de polluants présents dans l’air fait que, jusqu’à présent, aucun procédé ne peut à lui seul traiter l’air intérieur avec une efficacité satisfaisante. Seul un couplage de procédés semble pouvoir élargir le spectre des polluants éliminés et être performant pour traiter à la fois la pollution de fond et les inévitables pics d’émission provoqués par les activités humaines. Nous travaillons depuis quelques années sur le couplage d’un biofiltre avec un procédé complémentaire d’adsorption (sur charbon actif).

Au cours de ces années, nous avons cherché à approfondir les phénomènes complexes qui sont en jeu, raison pour laquelle nos travaux ont toujours été menés sous le double aspect expérimental et théorique : les processus de biofiltration et d’adsorption ont été modélisés pour tenter de mieux comprendre les phénomènes mis en jeu, qui peuvent être très différents de ceux qui se développent aux concentrations beaucoup plus élevées que l’on rencontre habituellement.

Concernant le volet modélisation, nous avons travaillé sur le couplage séquentiel adsorption sur zéolithes – régénération par ozonation pour le traitement d’effluents organiques gazeux. Nous avons également élaboré un modèle pour l’adsorption réactive du dioxyde d’azote (NO2) sur du charbon actif dans le domaine de concentration de l’air intérieur.

L’étude du transfert de matière fluide/solide a également été abordée au cours de ces années, avec des applications dans les domaines de la métrologie et du traitement de l’air. L’un des thèmes abordés concerne l’échantillonnage de COV dans l’air par adsorption sur fibre SPME (Solid Phase Micro-Extraction). Un second thème se rapporte à l’étude de l’impact des matériaux de construction sur la qualité de l’air dans l’habitat.

 

Transport des particules – Phénomènes de transferts couplés

La connaissance des phénomènes de base impliqués entre une sphère fluide et un écoulement externe est importante pour la compréhension des transferts dans les systèmes liquide–liquide, solide–liquide et gaz–liquide dans les domaines du génie chimique, pétrochimique ou biochimique ainsi que dans le domaine du génie de l’environnement. L’hydrodynamique influence fortement le transfert de chaleur et/ou de matière entre des inclusions et un écoulement externe. En ce qui concerne les transferts couplés dans des milieux dispersés, deux études ont été menées dans la période qui nous intéresse. La première concerne une étude paramétrique sur le transport de particules dans un local ventilé. Dans le cadre de ce travail, l’évaporation d’une goutte (liquides de caractéristiques différentes) de diamètre inférieur au millimètre en chute libre dans l’air a été étudiée expérimentalement et un modèle basé sur l'équation de la particule et des transferts de matière et de chaleur entre la goutte et l’air a été développé. Actuellement, les travaux réalisés portent sur l’étude de l’influence du rapport de viscosités k (k=µdc) sur le transfert de matière/chaleur entre une particule sphérique et un milieu continu, dans le but de proposer des corrélations permettant de déterminer les coefficients de transfert internes et externes.

Cadre des études : collaborations internationales avec l’Institute for Technology of Nuclear and Other Mineral Raw Materials, Department of Chemical Engineering/Belgrade (Serbia and Montenegro), le Département de Génie Chimique de l’Université de Technologie Chimique et de Métallurgie de Sofia (Bulgarie) ; collaborations nationales avec le laboratoire de Génie Chimique de l’INPT et le laboratoire SIAME de l’UPPA.