Quelles sont les innovations actuelles dans le dépoussiérage et la filtration des émissions industrielles ?

L’innovation relative au dépoussiérage et la filtration des émissions industrielles s’orientent sur les matériaux de filtration et les technologies de pilotage et de maintenance des appareils. Elle vise à améliorer la praticité, l’efficacité des systèmes de dépoussiérage. 

Les tendances actuelles de l’innovation dans les dépoussiéreurs et filtres à air

Innovations en matière de télémaintenance des installations de dépoussiérage et des appareils de filtration : 

L’intégration des capteurs et des technologies « internet des objets » a pour objectif d’informer en temps réel le comportement du système de dépoussiérage, et de partager cette information entre l’industriel et son fournisseur. Par exemple, des valises-modem assurent la maintenance à distance du dépoussiéreur. L’objectif est de pouvoir partager en temps réel ou à la demande les principaux paramètres de fonctionnement d’une installation d’aspiration entre l’exploitant et le fabricant (encrassement delta P, puissance absorbée, historique des défaut, nombre d’heures de fonctionnement, fonctionnement des différents sous organes,…). Ces solutions permettent de suivre plus précisément l’évolution d’une installation et d’en augmenter la fiabilité, tout en réduisant les déplacements de techniciens de maintenance.

Innovations en matière de économies d’énergie :

Piloter précisément le décolmatage en est un exemple. L’air comprimé est un fluide dont le coût est important. Un pilotage précis permet de réduire les consommations d’air comprimé. Le décolmatage s’amorcera juste au moment nécessaire (durée ou différence de pression programmée). On réduit ainsi le nombre de décolmatages, et par voie de conséquence l’usure et la consommation des médias filtrants. De plus, les nouveaux équipements de dépoussiérage sont conçus pour être économes en énergie. Ainsi, la mise en œuvre de nouvelles buses d’injection d’air comprimé venturi dans les opérations de décolmatage diminue de 20% à 40% la consommation d’air comprimé, pour un effet de décolmatage identique. 

Enfin, piloter précisément le débit d’aspiration permet de réaliser des économies substantielles. En effet, la puissance d’un ventilateur est directement proportionnelle au débit aspiré. Il est donc important de ne pas surdimensionner les débits d’aspiration. D’autres solutions consistent à équiper le ventilateur d’un variateur de fréquence et de régler le débit en fonction du besoin d’aspiration. Le variateur de fréquence adapte ainsi la puissance d’aspiration en fonction d’une consigne de dépression, de débit ou encore en fonction d’un nombre de machines à aspirer. Agir sur le débit permet de réduire significativement la consommation du ventilateur, mais aussi la consommation de chauffage lorsque l’air aspiré est rejeté à l’extérieur.

Innovations en matière de technologies de filtration 

À la diversité des émissions de particules provenant d’une activité répond une innovation d’usage : la filtration additive. Il s’agit de sérialiser dans un dépoussiéreur un ensemble de médias filtrants spécialisés pour capter toutes les poussières et les COV provenant d’un process industriel (cf. : Dustomat 24, ePUR Box). On propose ainsi à l’industriel une solution personnalisée et adaptative. Par exemple, le travail de matériaux composites, le soudage laser, ou encore l’impression 3D… génèrent des émissions de nature et de structure différentes : à la fois des poussières, des fumées très fines ou encore des composés gazeux (COVs, odeurs, etc.).

L’innovation dans les matériaux et la conception des médias filtrants met l’accent sur les nanotechnologies, le biomimétisme. On crée des nanomatériaux spécialisés dans la filtration d’un type de molécules (CO₂ CH₄), ou au contraire, capables de capter une diversité de particules émises par un process industriel. 

Focus sur les matériaux innovants dans la détection, la filtration et la neutralisation des particules d’air

Nanofabrication d’un filtre à partir de protéines de maïs

Le développement de matériaux écologiques représente une piste d’innovation. C’est ainsi qu’un média filtrant a été nanofabriqué à partir de protéines de maïs. Ce filtre peut capturer à la fois 99,5% des particules comme les filtres HEPA actuels, mais aussi des formaldéhydes avec un taux de 87%. Cette dernière performance est supérieure à celle des filtres spécialisés dans ce type de molécules toxiques. Le mécanisme de capture s’appuie sur la capacité des groupes fonctionnels en surface de la protéine à agir comme des tentacules attrapant les molécules. La capture simultanée de différentes molécules de gaz est envisagée grâce au réarrangement des acides aminés de la protéine. Par ailleurs, la protéine étant hydrophobe, le filtre peut s’employer dans un air humide.

Neutralisation des molécules toxiques

Une innovation concerne la nanofabrication d’une fibre multicomposante intégrant un agent photocatalytique dans la structure de la fibre. Elle permet de détruire les COV, les odeurs, et les pathogènes, tout en évitant de libérer des polluants secondaires. Le biomimétisme de la structure s’apparente à celle de la diatomée pour maximiser les échanges entre l’air et l’agent purifiant. Cette innovation peut se substituer aux filtres à charbon actif avec un allègement de la maintenance, une énergie de filtration inférieure. Cette innovation a fait l’objet d’un brevet déposé par la société française Purenat.

Autre source d’innovation : le traitement surfacique des tissus des filtres. Un nouveau revêtement utilise un précurseur du cuivre pour créer une structure métallo-organique conductrice. Celle-ci transforme des gaz toxiques en matière neutre : le monoxyde d’azote est converti en nitrite et nitrate ; et le sulfure d’hydrogène en sulfate de cuivre. La structure métallo-organique intégrée au coton, ou au polyester crée un matériau réactif et réutilisable. Le traitement surfacique permet de créer des motifs spécifiques et de remplir avec précision les espaces entre les fils des tissus. Ce matériau résiste à l’usure, aux déchirures, au lavage standard. Il peut être utilisé pour des filtres intelligents, des capteurs environnementaux, des équipements de protection individuelle. 

Innovation dans la capture et la détection des pathogènes aérosols.

De nouvelles technologies anti-allergènes et antibactériennes sont intégrées dans les matériaux pour offrir un environnement plus sain. Certains éléments des unités de dépoussiérage pourront en être constitués dans le futur. 

Les risques d’infection en milieu hospitalier existent malgré des procédures rigoureuses de nettoyage et de désinfection. Pour y répondre, un matériau plastique, l’acrylonitrile butadiène styrène (ou ABS), très utilisé dans les équipements hospitaliers (et le capotage automobile ou électroménager, la téléphonie, l’informatique, en fil d’impression 3D), a été fusionné à de la chlorhexidine. On a obtenu ainsi un nouveau matériau de traitement surfacique capable de tuer les bactéries en 30mn. Cette innovation solutionne les désavantages des produits désinfectants habituels qui se répandent dans l’air, et s’échappent des surfaces quand on les touche. On envisage d’ajouter ce nouveau matériau au moment de la fabrication de la matière plastique.

Dans le même registre, un traitement surfacique antimicrobien, antifongique et antiviral à base de chlorhexidine digluconate a été développé pour être adapté aux média filtrants du marché. Cette technologie a été testée dans les trains du réseau ferroviaire britannique avant d’être brevetée.

Enfin une innovation dans le revêtement surfacique des médias filtrants vise à faire progresser le bio échantillonnage de l’air. Il s’agit de détecter et d’identifier au plus tôt la nature des bactéries et virus en les capturant vivants. Condition nécessaire pour une identification précoce d’un risque biologique. Si les filtres HEPA permettent de capturer efficacement les pathogènes, ils sont inefficaces à les conserver vivants. L’innovation consiste en une membrane composite dotée d’une couche liquide conçue pour conserver la viabilité des échantillons bactériens ou viraux capturés en vue de leur examen en laboratoire. 

Innovation dans la filtration à la source des émissions industrielles de CO₂ 

Filtrer à la source les émissions de dioxyde de carbone dans l’industrie passe par l’amélioration des matériaux de séparation. 

Le Si-CHA est une structure cristalline à base de silice permettant de créer une membrane à porosité uniforme qui sépare le dioxyde de carbone du méthane ou d’autres molécules plus grosses. La mise au point d’une méthode de synthèse d’une membrane pure Si-CHA augmente les performances de séparation du CO₂ tout en consommant moins de temps et d’énergie de fabrication. Les recherches continuent afin d’industrialiser ce procédé.

Une autre innovation utilise les membranes du marché a afin d’améliorer leur sélectivité au CO₂. Cette technologie de nano fabrication fait croître à la surface de la membrane des chaînes de polymères hydrophiles et perméables au CO₂. On augmente ainsi de 150 fois la sélectivité au CO₂ d’une membrane du marché. Les membranes modifiées restent rentables, malgré le coût supplémentaire de la nano fabrication. D’abord développée pour les centrales électriques, cette nouvelle technologie membranaire va être optimisée et diversifiée à d’autres polymères en partenariat avec les industriels pour répondre à leurs besoins spécifiques.

Une innovation textile pour filtrer le CO₂ des centrales électriques présente un taux de captation de 80%. Elle intègre à un tissu de coton l’enzyme naturelle anhydrase carbonique afin que celle-ci accélère la réaction qui transforme l’eau et le CO₂ en bicarbonate. L’air traverse alors le filtre à une vitesse de 4l/mn, encore loin des 10 millions de litres d’air à traiter pour une centrale. Mais comme la fabrication du filtre utilise les méthodes traditionnelles de l’industrie textile, la mise à l’échelle industrielle s’en trouve facilitée et fera l’objet de l’étape suivante. Des tests de fonctionnement du filtre après des cycles de lavage, séchage, stockage ont également confirmé le maintien des performances du filtre. 

L’impression 3D de filtres de CO₂, utilisant comme matériau de base un hydrogel contenant l’enzyme anhydrase carbonique, est une autre voie d’innovation. Cette technologie a permis d’extruder un fil 1D et une structure 2D. Elle vise la polyvalence et l’accélération dans la méthode de conception de filtres CO₂. La fabrication d’un filtre de moins 2 cm de diamètre pour l’expérimentation n’a donné pour l’instant qu’un taux de capture de 24% ; et au bout de 1000h de fonctionnement ce taux diminue de moitié. Pour l’augmenter les chercheurs envisagent l’empilement d’éléments modulaires. Cette recherche n’en est qu’à ses débuts.

Une autre innovation technologique de captation du CO₂ consiste à utiliser un filtre polymère innovant contenant du cuivre. Ce filtre convertit le CO₂ essentiellement en bicarbonate de sodium. Ce nouveau matériau hybride est un sorbant, mécaniquement solide et chimiquement stable. Il capture 3 fois plus de CO₂ que les techniques actuelles de capture directe de l’air. Quel que soit le taux de concentration du CO₂ (niveau naturel à industriel) la capture se poursuit jusqu’à saturation du filtre. Une fois le filtre saturé, un flux d’eau salée traverse le filtre et transforme le CO₂ en bicarbonate de sodium. Ce dernier peut être rejeté en mer sans impact négatif. On peut aussi utiliser les techniques existantes pour : désorber le filtre (flux d’eau chaude ou de vapeur), récupérer, comprimer, et stocker le CO₂.

Industrialisation des nano technologies anti-poussières en traitement de surface

Les technologies anti-poussière existent depuis longtemps. Cependant, elles ne dépassaient pas le stade de la recherche car leur portage à l’échelle industrielle s’avérait trop difficile. De nouveaux concepts de fabrication ont surmonté cet obstacle. Le nano coinçage et la nano impression modernisent une technique d’impression des journaux au 19^ème siècle. Ils déposent des structures pyramidales nanométriques empêchant la poussière d’adhérer. Cette innovation permet de rendre de nombreux types de matériaux résistants aux poussières. De futures applications sur les appareils industriels sont désormais envisageables ; notamment sur les surfaces internes des éléments d’un système de dépoussiérage et sur les surfaces externes des appareils.