EP4415853A1 - Dispositif passif de capture des microparticules en suspension dans l'air - Google Patents

Dispositif passif de capture des microparticules en suspension dans l'air

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Publication number
EP4415853A1
EP4415853A1 EP22793242.3A EP22793242A EP4415853A1 EP 4415853 A1 EP4415853 A1 EP 4415853A1 EP 22793242 A EP22793242 A EP 22793242A EP 4415853 A1 EP4415853 A1 EP 4415853A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
structured support
capture medium
structured
air
microparticles
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP22793242.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Charlotte Pham
Christophe VIEVILLE
Nicolas HERTEL
Housseinou Ba
Jean-Mario Nhut
Cuong Pham-Huu
Fabrice VIGNERON
Lai TRUONG-PHUOC
Tuan-Hoang TRINH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trapapart
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Strasbourg
Original Assignee
Trapapart
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Strasbourg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR2110910A external-priority patent/FR3128129A1/fr
Application filed by Trapapart, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Strasbourg filed Critical Trapapart
Publication of EP4415853A1 publication Critical patent/EP4415853A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01D46/0027—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
    • B01D46/0035—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions by wetting, e.g. using surfaces covered with oil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D39/083—Filter cloth, i.e. woven, knitted or interlaced material of organic material
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    • B01D39/1676—Cellular material of synthetic origin
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    • B01D39/2027—Metallic material
    • B01D39/2051—Metallic foam
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    • B01D39/2093—Ceramic foam
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    • B01D2239/069—Special geometry of layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D2273/00—Operation of filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2273/30—Means for generating a circulation of a fluid in a filtration system, e.g. using a pump or a fan

Definitions

  • TITLE PASSIVE DEVICE FOR CAPTURING MICROPARTICLES IN
  • the present invention relates to the field of air purification devices and methods. More particularly, it relates to devices and methods making it possible to capture a significant part of the microparticles contained in the ambient air.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the purification of the ambient air of underground circulation and transport networks.
  • the present invention relates to a device provided with a structured support for the capture of microparticles in suspension in the air without active means of mechanical ventilation and means of supplying electrical energy.
  • the present invention also relates to a method for capturing microparticles by a device which is the subject of the invention.
  • an effective ventilation system can be implemented.
  • This solution mainly implemented in underground networks, consists in renewing the air of the underground network with air less loaded with particles coming from outside, the underground air being rejected outside without any treatment.
  • This solution has the disadvantage of not eliminating the pollutants, but only moving them from the inside to the outside, which increases the pollution of the outdoor air.
  • this solution is not suitable for implementation outside an enclosed space, for example in the open air.
  • a microparticle is a particle whose size is between 0.1 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the terms “particles in suspension” designate the microparticles in suspension in the air and more particularly the microparticles of size less than or equal to 10 ⁇ m in diameter, also called PM10, as well as the microparticles of sizes less than 2.5 pm, also called PM2.5 and less than 1 pm, also called PMI.
  • the present invention relates to a device for capturing microparticles in suspension in the air which has the following characteristics:
  • the device has no active means of ventilation and no means of supplying electrical energy
  • the device comprises a structured support traversed by a large number of openings with a minimum dimension of between 1 millimeter and 15 millimeters, said structured support having a void ratio greater than 80%, preferably greater than 85%, preferably greater than 90% , very preferably around 95%,
  • the structured support being coated with a medium for capturing microparticles in suspension in an air flow chosen from: vegetable oils, mineral oils, synthetic and semi-synthetic oils, water-soluble lubricants, silicone oils, animal fats, used alone or in a mixture.
  • a medium for capturing microparticles in suspension in an air flow chosen from: vegetable oils, mineral oils, synthetic and semi-synthetic oils, water-soluble lubricants, silicone oils, animal fats, used alone or in a mixture.
  • the structured support coated with said capture medium being configured to be traversed by a flow of air with a linear speed of between 0.1 and 5 m/s without causing a pressure drop greater than 300 Pa, preferably without causing a loss of load greater than 250 Pa.
  • the minimum dimension of an opening passing through the structured support corresponds to the diameter of the opening measured at its narrowest point.
  • a minimum dimension of an opening of 1 millimeter means that a spherical particle of 1 millimeter in diameter can pass through said opening without being blocked.
  • the average dimension of the openings is of the order of 5 millimeters.
  • the average size of the openings is between 3 and 10 millimeters.
  • openings are present in the structured support of a device according to the invention "in large numbers", and a minimum number can be set, more or less arbitrarily, at approximately one thousand.
  • the structured support comprises on average at least one opening per square centimeter, or at least 4 openings per square centimeter, or at least 16 openings per square centimeter.
  • the void ratio corresponds to the ratio between the volume of the structured support which is empty and the volume of the space delimited by the structured support which is occupied by solid material.
  • the structured support can for example be a metal support in braces having large openings or even a polyester mesh forming large hexagonal openings.
  • Any support structured according to the invention comprises large and numerous openings of substantially identical sizes, that is to say in the same order of magnitude of size.
  • the structured support does not have a filtration role but rather a support role for the capture medium. Indeed, the diameter of the openings of the structured support according to the invention, of the order of a millimeter, is much greater than the diameter of the microparticles captured by means of the device, of the order of micrometer or a few tens of micrometers.
  • the capture medium coated on the structured support ensures the capture of the microparticles either by a mechanism of sticking of the microparticles on the medium, or by a mechanism of partial penetration of the microparticles into the medium, or else by a combination of these mechanisms. Thanks to these arrangements, some of the microparticles present in an air flow passing through the device are captured by the capture medium. It is understood that the device does not require for its proper functioning that the flow of air circulates across the device in a predetermined direction, since a contact between the flow of air and the capture medium takes place. In this, the device is not oriented, which is particularly advantageous for positioning the device on a place where the direction of the air flows is likely to vary. The direction of an air flow is in particular liable to vary when the device is positioned outdoors, depending on the direction of the wind or when it is positioned close to a road or rail transport route, depending on the direction of vehicle traffic.
  • the device is unlikely to release microparticles into the air previously captured in the event of a change in direction of the air flow passing through the device.
  • the device which is the subject of the invention does not require, for its correct operation, active means of ventilation, of the fan blade type, nor of an electrical power supply, no component of the device requiring such a power supply. .
  • the accumulation of microparticles in the medium will be likely to lower the capture efficiency of the device that is the subject of the invention.
  • it will be useful to replace the saturated capture medium with fresh capture medium (new or recycled).
  • the capture medium is stripped of the structured support so that the structured support can be coated again and used again.
  • the structured support is formed from a non-porous material.
  • pores are cavities of small dimension, typically less than 10 microns, and which are not necessarily through.
  • the openings are through and their size is between 1 mm and 15 mm.
  • the porosity of a non-porous material according to the invention expressed as a percentage of voids left by the pores as defined above, relative to the rest of the volume occupied by the structured support is preferably less than 1%, very preferably less than 0.1%.
  • the capture medium is not absorbed by the material constituting the structured support.
  • These provisions make it possible to prevent a reduction in the efficiency of capture of the particles by the structured support coated with capture medium, which would be less if a significant part of the capture medium penetrated into the pores of the material constituting the structured support.
  • the structured support is arranged substantially vertically and the capture medium is a liquid material at ambient temperatures of use, maintained by surface tension on the structured support.
  • the structured support is inclined at an angle less than or equal to 25°, preferably less than 15° with respect to the vertical; such a slight inclination is understood here as a "substantially vertical" arrangement.
  • the capture medium is a vegetable oil.
  • the vegetable oil is chosen from compositions containing few unsaturated and polyunsaturated fatty acids or containing a high antioxidant content (for example vitamin E or polyphenols) which gives them good stability over time.
  • a high antioxidant content for example vitamin E or polyphenols
  • olive, apricot kernel, jojoba, sweet almond, castor, coconut, shea, hazelnut, plum, sea buckthorn, argan oils are preferred.
  • Other vegetable oils can also be used in low light environments or when the ambient temperature is low enough (for example in winter).
  • the capture medium is a vegetable oil having an added antioxidant compound.
  • the stability of the vegetable oil is thus extended by the addition of antioxidants.
  • the capture medium comprises a mineral oil, such as a paraffin oil, or else a silicone oil.
  • the capture medium comprises a silicone oil, for example chosen from polydimethylsiloxanes, pure or modified with polyethers. Silicone-polyether copolymers have the advantage of being water-soluble.
  • the capture medium comprises a synthetic or semi-synthetic oil, for example based on polymers.
  • the capture medium comprises a water-soluble lubricant, for example in the form of an emulsion or microemulsion formulated based on polyesters.
  • the structured support comprises a woven fabric.
  • the textile is woven from polyester fibers.
  • the structured support is a cellular foam whose cells are open and whose size is between 2 mm and 10 mm.
  • These alveolar structures can be flexible, typically polyurethane or rigid, for example metal or ceramic based on alumina or a mixture of metal oxides.
  • the structured support comprises a plurality of plates assembled together.
  • Said plates are substantially flat parts, traversed by holes with a minimum diameter of between about 1 mm and 15 mm and coated with capture medium.
  • Said plates can for example be superimposed or even joined by one of their ends and inclined to each other in a “V” or “W” arrangement.
  • the structured support coated with capture medium must as a whole, even when it is an assembly, present a low pressure drop according to the limits fixed by the invention.
  • the structured support as a whole is configured to be traversed by an air flow with a linear speed of 5 m/s without causing a pressure drop greater than 300 Pa, preferably without causing a pressure drop greater than 250 Pa .
  • the structured support includes a metallic structure. More particularly, the structured support can be a metal structure in expanded metal, a metal plate obtained by stamping or an expanded and stamped metal plate.
  • the structured support is an assembly of several metal plates.
  • the structured support comprises a metal plate made of expanded metal and corrugated by stamping interposed between two metal plates made of expanded metal.
  • an expanded metal metal plate is a metal plate cut and then stretched.
  • expanded metal is made by shearing a plate or coil of metal in a press, fitted with cutters creating a generally diamond-shaped metal mesh leaving voids surrounded by interconnected metal bars .
  • the metal constituting the metal plate is steel or aluminum. Aluminum is preferred because it is less heavy. Furthermore, it is not a known catalyst for the oxidation of vegetable oils, unlike iron.
  • the structured support comprises an anodized metallic structure.
  • the metal has an increased roughness and more easily retains the coated medium on the structured support.
  • the structured support comprises a metallic honeycomb structure forming a pattern of polygonal cells, in particular hexagonal or rectangular.
  • the metal constituting the walls of the cells is preferably aluminium.
  • the device that is the subject of the invention comprises a box housing the structured support coated with capture medium.
  • the box has a thickness of less than 40 cm, preferably less than 30 cm and very preferably less than 25 cm. This low thickness allows installation in constrained spaces, in particular under the nose of a platform in a railway station.
  • the structured support comprises a multitude of layers superposed and spaced apart from one another by a distance of at least 0.5 mm, preferably at least spaced apart by 1 mm, very preferably at least spaced apart by 5 mm.
  • the invention relates to the use of a device for capturing microparticles in suspension in the air according to the invention, implemented underground, in particular in a complex dedicated to collective rail transport, particularly in pedestrian traffic areas for passengers, at the nose of a platform, at the mouth of a railway tunnel, in a railway tunnel in the braking zone, or even in a railway tunnel in the acceleration zone.
  • the device for capturing microparticles that is the subject of the invention, placed in a railway tunnel comprises a substantially planar structured support and said structured support is substantially parallel to the main axis of a rail sheltered by the tunnel. railway.
  • the device according to the invention is positioned in a railway tunnel on a braking zone or on an acceleration zone, preferably on a braking zone.
  • a braking zone or an acceleration zone is defined as the zone located less than 5 meters from a section of rail along which the train brakes before arriving at the station or accelerates when leaving the station.
  • the preferred areas are those less than 100 meters from the mouth of the station, and even more preferably less than 50 meters from the mouth of the station.
  • the device that is the subject of the invention is placed at the level of the braking zones which are the main zones of emissions of microparticles in an underground rail transport network.
  • the device according to the invention is placed close to the mouth of the station, on the side where the train enters the station, either on the wall of the tunnel, or on the vertical wall of the platform at the height of the bogies of the train.
  • the device according to the invention is positioned in the last meters of the tunnel before arriving at the station, as close as possible to the outer rail and ideally facing the braking system of a train when the train enters at the station, and positioned at a height corresponding to the height of the braking system of the train or just above.
  • the present invention relates to a method for capturing airborne microparticles, which comprises:
  • a structured support traversed by a large number of openings with a minimum dimension of between 1 millimeter and 15 millimeters said structured support having a void ratio greater than 80%, preferably greater than 85%, preferably greater than 90 %, very preferably around 95%,
  • a capture medium configured to capture by contact microparticles suspended in an air flow and chosen from: a vegetable oil, a mineral oil, a synthetic or semi-synthetic oil, a water-soluble lubricant , a silicone oil and an animal fat, alone or as a mixture,
  • the structured support coated with capture medium being configured to be traversed by a flow of air with a linear speed of between 0.1 m/s and 5 m/s without causing a pressure drop greater than 300 Pa, preferably without causing a pressure drop greater than 250 Pa and
  • the method includes:
  • the stripping step comprises washing the structured support coated with capture medium with soapy water.
  • the stripping step comprises stripping the structured support coated with capture medium by a pressurized air flow.
  • the stripping step comprises stripping the structured support coated with capture medium by a stream of pressurized steam.
  • the stripping step includes dry ice cleaning.
  • FIG. 1 schematically represents a first particular embodiment of the device that is the subject of the present invention
  • FIG 2 represents a photograph of a structured support implemented in the first particular embodiment of the device that is the subject of the present invention
  • FIG 3 represents a photograph of a structured support implemented in the first particular embodiment of the device that is the subject of the present invention
  • FIG 4 represents a structured support implemented in a second particular embodiment of the device that is the subject of the present invention
  • FIG 5 represents a photograph of a structured support implemented in a third particular embodiment of the device that is the subject of the present invention.
  • FIG 6 shows, schematically and in perspective, a particular embodiment of the device that is the subject of the present invention which comprises a protective box,
  • FIG 7 represents a photograph of a particular embodiment of the device that is the subject of the present invention, installed under a platform in a railway station,
  • FIG 8 represents, schematically and in the form of a flowchart, a succession of particular steps of the process which is the subject of the present invention.
  • FIG 9 represents, in the form of a graph, pressure drops measured on devices which are the subject of the invention, as a function of the square of the air speed.
  • the device 100 for capturing microparticles comprises a structured support 105 formed of a network composed of hexagonal meshes connected together.
  • a network of meshes can be produced by weaving fibers.
  • These fibers can be polyester fibers.
  • the structured support 105 is traversed by a large number of openings 115 with a minimum dimension greater than 1 millimeter and an average dimension of the order of 5 millimeters. It is preferred not to exceed a maximum dimension of 15 mm, and preferably not to exceed a maximum dimension of 10 millimeters.
  • the structured support 105 has a void ratio greater than 80%, preferably greater than 85%, preferably greater than 90%, very preferably of the order of 95%.
  • the structured support 105 is configured to present a very low pressure drop. In addition to the large size of the openings which allows a slight obstacle to the circulation of an air flow through the structured support 105, care will be taken not to add other elements to the device 100, for example which would be likely to increase the overall pressure drop of the device beyond 300 Pa, or preferentially beyond 250 Pa or preferentially beyond 160 Pa.
  • the structured support 105 coated with said capture medium is configured to be crossed by a flow of air with a linear speed of between 0.1 and 5 m/s without causing a pressure drop greater than 250 Pa.
  • the structured support 105 coated with said capture medium is configured to be traversed by an air flow of linear speed equal to 3 m/s, very preferably equal to 5 m/s without causing a pressure drop greater than 250 Pa.
  • the structured support 105 coated with said capture medium is configured to be crossed by a air flow with a linear speed equal to 3 m/s, very preferably equal to 5 m/s without causing a pressure drop greater than 160 Pa.
  • the structured support 105 coated with said capture medium is configured to be traversed by a flow of air with a linear speed equal to 3 m/s, very preferably equal to 5 m/s without causing a pressure drop greater than 300 Pa.
  • the structured support 105 coated with said capture medium is configured to be traversed by a flow of air with a linear speed equal to 2 m/s without causing a pressure drop greater than 25 Pa, or configured to be traversed by a flow of air with a linear speed of 5m/s without causing a pressure drop greater than 156Pa, or configured to be crossed by a flow of air with a linear speed of 0.1 m/s without causing a loss load greater than 0.06Pa.
  • the structured support may be composed of several layers of materials superimposed on each other.
  • the structured support illustrated in FIGS. 2 and 3 is a woven support with a surface area of 0.045 m 2 and a thickness of 6 mm formed by three-dimensional weaving of polyester fibers. The weaving makes it possible to obtain two parallel layers comprising meshes with an opening of 5 mm on average representing approximately 63% of the surface.
  • the density of the woven support is 380 g/m 2 .
  • H has a void content of the order of 95%.
  • the Aerosleep® product marketed by the company QLEVR could for example be used as a structured support.
  • the structured support 105 is coated with a capture medium 110.
  • This capture medium is advantageously chosen from: vegetable oils, silicone oils, mineral oils, synthetic oils or semi - synthetic, water-soluble lubricants and fats of animal origin, alone or in blend.
  • the capture medium 110 is a liquid held in place on the structured support by surface tension.
  • the vegetable oil is chosen from olive oil, apricot oil, jojoba oil, sweet almond oil, castor oil, coconut oil, shea oil, hazelnut oil, plum oil, sea buckthorn oil, argan oil, avocado oil, macadamia hemp oil, oleic sunflower oil or palm oil.
  • the mineral oil is paraffin oil.
  • the animal fat is pork fat.
  • the water-soluble lubricant is an emulsion or microemulsion formulated based on polyesters.
  • the structured support 105 illustrated in FIGS. 2 and 3 is immersed in a bath of capture medium so that its entire surface is covered with this capture medium.
  • the coated support is taken out of the bath and then hung vertically for 5 hours so that the excess capture medium drips off naturally.
  • the support coated with capture medium thus obtained has a density of 590 g/m 2 . Its vacuum rate is close to 91%.
  • the coated structured support thus obtained is ready for use, optionally after having been mounted in an appropriate protective box, and in particular of the type illustrated in FIGS. 6 and 7.
  • Such structured supports coated with capture medium have been tested by the applicant under different operating conditions. These tests and their results in terms of microparticle capture efficiency are presented at the end of this description.
  • FIG. 2 A schematic view of another embodiment of a structured support 205 that can be implemented in a device for capturing microparticles according to the invention is observed in FIG.
  • the structured support 205 is made of metallic material, for example steel or aluminum.
  • the metallic material is anodized.
  • the metallic structured support may comprise a single layer of expanded metal or several layers superimposed between them.
  • the structured support comprises a metal plate in expanded metal corrugated by stamping interposed between two metal plates in expanded metal.
  • a first expanded sheet of aluminum 4 mm thick is supplied, having open meshes 16 mm wide and 8 mm narrow. These openings represent a volume void ratio of 88%.
  • a second expanded sheet is then obtained by stamping a sheet similar to the first expanded sheet, so as to create a corrugated plate whose final apparent thickness is 8 millimeters. The second sheet has a volume void content of 95%.
  • the structured support is prepared by inserting the second sheet between two deployed sheets similar to the first sheet. This structured support, made up of the assembly of three sheets, has a total thickness of 16 mm and a void ratio of 92%.
  • the openings formed in the deployed sheets are not perfectly symmetrical, care will be taken to turn the interposed sheet through an angle of 90° with respect to the orientation of the other two sheets.
  • the orientation of the meshes of the sheet arranged in the center is rotated by 90° with respect to the orientation of the meshes of the sheets arranged on the outside.
  • the interposed sheet is oriented so that its meshes are positioned with their wide width in the vertical direction.
  • the 305 structured support is a cellular foam whose cells are open and whose size is between 2 and 10mm. These honeycomb structures are flexible and formed in polyurethane.
  • the structured support may comprise a rigid alveolar foam, for example made of metal or ceramic based on alumina or a mixture of metal oxides.
  • the structured support comprises a honeycomb structure formed by polygonal cells, in particular rectangular or hexagonal.
  • the diameter of the hexagonal cells may for example be between 1 and 25 millimeters.
  • the cells are made of metallic material and in particular aluminum, aluminum is advantageous because it is inert, light and has good fire resistance.
  • the thickness of the walls of the cells is for example less than 3 millimeters, preferably less than 1 millimeter.
  • the structured support comprises a honeycomb structure of the type described above but pierced with numerous holes passing through the side walls forming the cells.
  • a honeycomb-structured support can be obtained by welding together previously drilled and then corrugated sheets.
  • FIG. 6 shows a particular embodiment of a device 300 for capturing microparticles according to the invention.
  • the device 300 comprises a box 351, for example formed from steel or thermoformed plastic, housing a structured support according to the invention (not visible in FIG. 6).
  • the box 351 is rectangular and flattened.
  • the box 351 is intended to be fixed to a surface, for example on a wall.
  • FIG. 7 illustrates an installation of the device 300 on the vertical surface of a train platform, facing the rails, in an underground station.
  • the box 351 comprises a removable front panel 352, for example fixed by means of screws at each corner of the panel, or by means of a hinge connection between the front panel 352 and the body of the box 351, or by interlocking an edge of the front panel 352 on the box 351 and mechanical locking at the opposite edge of the panel.
  • the supports are introduced into the box through the side openings.
  • device 300 comprises preferably a means of access to the structured support housed in the box, so as to be able to carry out maintenance operations on the structured support; these maintenance operations will be described in greater detail below.
  • the structured support is formed of one or more flat plates, that is to say they have a thickness that is markedly smaller than their width and height dimensions.
  • Each plate is arranged in the box so that their plane forms an angle of 5 to 90° with the plane of the box, preferably between 10 and 45°.
  • a box can house a structured support made up of several flat plates, arranged for example in V or W depending on the thickness available inside the box.
  • the device 300 for capturing microparticles comprises ventilation openings allowing the outside air to circulate inside the box 351. For example, holes are drilled on the surface of the front plate 352, or even side ventilations 353 are planned. Any other configuration allowing easier circulation of the ambient air flows towards the interior of the box can be implemented without deviating from the invention.
  • the box 351 has a thickness of less than 40 cm, preferably less than 30 cm and very preferably less than 25 cm. This low thickness allows installation in restricted spaces, in particular under the nose of a platform.
  • the microparticle capture devices will be positioned in the braking zone of a train, that is to say along the platform in the station or less than 100 meters away, preferably less than 50 meters from the mouth of the station, on the side from which a train comes during normal operation.
  • a device according to the invention is installed in a road tunnel, for example on the wall at a height of between approximately 20 cm and approximately 200 cm from the ground, knowing that this height corresponds to the heights of greatest concentration of particles due to the combination between their point of generation by the emission of exhaust gases, by the abrasion of wheels and brakes, and by the circulation of dust deposited on the road, and their dilution by air currents in the environment.
  • a device according to the invention is installed outdoors, for example in a public space with frequent pedestrian passage and positioned not far from a road.
  • FIG. 8 shows a succession of steps of a particular embodiment of a method 1000 for using a device for capturing particles. airborne microparticles.
  • the method 1000 includes a step 1005 of supplying a structured support according to the invention.
  • a structured support can be of the type described above, with reference to Figures 1 to 5.
  • the structured support is coated with a capture medium configured to capture microparticles suspended in an air flow by contact.
  • the coating methods may vary depending on the properties of the capture medium used. It is recalled that this capture medium is chosen from: a vegetable oil, a mineral oil, a synthetic or semi-synthetic oil, a water-soluble lubricant, a silicone oil, an animal fat, alone or as a mixture.
  • the coating step 1010 could be carried out by immersing a structured support in a bath of capture medium.
  • the capture medium may be heated to lower its viscosity prior to the immersion operation.
  • the coating step 1010 can be carried out by sprinkling the capture medium on the structured support. Any other means making it possible to apply a layer of capture medium to the structured support may be implemented without deviating from the invention.
  • the capture medium is a liquid material at room temperature.
  • the capture medium is liquid at a temperature between 15°C and 25°C, preferably liquid at a temperature between 10°C and 30°C.
  • a step of draining the structured support after immersion or spraying may be provided to evacuate the excess capture medium.
  • the support is a metallic support made of anodizable metal (such as aluminium), it will preferably be anodized prior to the coating step 1010.
  • the structured support is brought into contact with a flow of air loaded with microparticles.
  • the coated structured support is configured to be traversed by a flow of air with a linear speed of between 0.1 and 5 m/s without causing a pressure drop greater than 300 Pa or even 250 Pa.
  • the device that is the subject of the invention does not require, for its proper functioning, active ventilation means allowing the forced circulation of the air flow loaded with microparticles.
  • the ambient air flows are exploited so that the air flows laden with microparticles to be captured come into contact with the capture medium coated on the structured support.
  • the capture medium gradually becomes loaded with microparticles which adhere to the capture medium and/or partially penetrate into the medium.
  • active means of ventilation is limited to the device according to the invention, but does not include any machinery or mechanical devices generating a current of air, such as a train or a vehicle, or any fans which ensure a current of air in a tunnel: such a current of air, even generated by a machine or device external to the device according to the invention, is included here in the expression "ambient air flow”.
  • step 1015 preferably when the saturation of the capture medium reaches a level which lowers too much the capture performance of the medium, said medium is replaced.
  • the structured support as a whole is removed from the capture device that is the subject of the invention and discarded.
  • the capture medium is stripped of the capture medium and the medium is used again.
  • a stripping step 1020 at least part of the medium coated on the structured support is removed.
  • the modalities of the stripping step 1020 are selected according to the nature of the capture medium, so as to maximize the proportion of capture medium stripped of the structured support and to minimize the degradation of the support.
  • the stripping step 1020 comprises washing the structured support coated with capture medium with water loaded with a detergent, for example with soapy water.
  • a detergent for example with soapy water.
  • This cleaning method will be particularly suitable for capture media soluble in soapy water.
  • a jet of water is projected onto the structured support to unhook and cause the capture medium to flow.
  • the water jet may be under high pressure and the water may be heated, depending on the needs.
  • the stripping step 1020 comprises stripping the structured support coated with medium by a pressurized air flow.
  • the stripping step 1020 comprises stripping the structured support coated with capture medium by a flow of pressurized steam.
  • the steam flow has a pressure of 4 bar and a temperature between 150°C and 180°C.
  • the stripping step 1020 includes dry ice cleaning. Dry ice blasting is a process similar to sandblasting but the medium used is solid CO2 or dry ice. The dry ice is thrown onto the surfaces to be cleaned in a stream of compressed air.
  • a step 1025 of replacing the stripped capture medium is implemented.
  • the structured support is again coated with a fresh capture medium, that is to say one with a low microparticle content.
  • the coating during step 1025 is preferably identical to that already described for step 1010 of initial coating of the structured support.
  • the used capture medium loaded with microparticles is treated in order to reduce its microparticle content. For example, a filtration method is implemented or a centrifugation method, so as to obtain a fraction of recycled capture medium whose microparticle content is less than that of the used capture medium.
  • the “fresh” capture medium mentioned in the present application can target both a new capture medium and a recycled capture medium.
  • steps 1020 of stripping the saturated capture medium and 1025 of replacing the medium by coating the structured support with a fresh medium can be carried out on site, at the place where the device object of the invention, or in a workshop, or in a factory.
  • a mobile workshop will for example be installed on a train carriage or on a mobile service machine (for example a van) so as to be able to carry out these steps on site.
  • steps 1020 and 1025 are carried out in a workshop or factory, workers will take the “worn” structured supports and install new (or recycled) ones. The structured supports will then be brought back to the workshop or factory for recycling by implementing steps 1020 and 1025.
  • Microparticle capture performance tests carried out by the applicant on particular embodiments of the microparticle capture device according to the invention are now described. Several particular embodiments of a device according to the invention are prepared, they are numbered 1 to 15 below.
  • a woven support is supplied in sheets with a surface area of 0.045 m 2 and a thickness of 6 mm formed by 3D weaving of polyester fibers such as the product Aerosleep marketed by QLEVR.
  • the weaving consists of two parallel faces with 5 mm opening stitches (average dimension) representing approximately 63% of the surface.
  • the density of the woven support is 380 g/m 2 . It has a void ratio of around 95%.
  • the support is immersed in a bath of olive oil preheated to 60°C so that its entire surface is covered with oil. The coated medium is taken out of the bath and then hung vertically for 5 hours to allow excess oil to drip off naturally.
  • the structured support coated with capture medium thus obtained has a density of 590 g/m 2 . Its vacuum rate is close to 91%. It is emphasized that, to carry out the tests described in the remainder of the text, a sufficient number of oil-coated structured support sheets were prepared according to the specific features mentioned above to carry out each of the tests carried out with device No. 1.
  • Device no. 2 (Sunflower oil / Aerosleep ®): device no. 1 is reproduced by replacing the olive oil with sunflower oil.
  • Device No. 3 Peanut Oil/Aerosleep®: Device No. 1 is reproduced by replacing the olive oil with peanut oil.
  • Device No. 4 (Lard/Aerosleep®): Device No. 1 is reproduced by replacing the olive oil with lard previously heated to 80°C. The lard thus deposited represents approximately 60% of the final mass of the structured support coated with capture medium.
  • Device no. 5 (Castor oil / Aerosleep ®): device no. 1 is reproduced by replacing olive oil with castor oil.
  • Device n°6 (Olive oil / 8ppi PU foam): device n°l is reproduced by replacing the woven support with an open-cell polyurethane foam of 8 ppi and 3 cm thick (reference RegiCell 8 FM2 marketed by Foampartner). This support has a density of 27 kg/m3. The diameter of the open cells is about 4.5 mm. The void fraction calculated from the intrinsic density of the polyurethane (typically 1200 kg/m 3 ) is around 98%. It goes to 97% after coating with oil.
  • Device no. 7 (Peanut oil/ PU foam 8ppi): device no. 6 is reproduced by replacing the olive oil with peanut oil.
  • the structured support coated with a capture medium is housed in a box.
  • Device no. 8 (Olive oil/Aerosleep®): device no. 1 is reproduced in every respect. The final device has a density of 615 g/m 2 , ie a loading rate of the capture medium of 235 g/m 2 .
  • Device no. 9 (Sunflower oil/Aerosleep®): device no. 2 is reproduced in all respects.
  • the final device has a density of 621 g/m 2 , ie a loading rate of the capture medium of 241 g/m 2 .
  • Device No. 10 (Sweet Almond Oil/Aerosleep®): Device No. 1 is reproduced by replacing the olive oil with sweet almond oil. The final device has a density of 593 g/m 2 , ie a loading rate of the capture medium of 213 g/m 2 .
  • Device No. 11 Water-soluble lubricant 1/Aerosleep®: Device No. 1 is reproduced by replacing the olive oil with the water-soluble lubricant Solester 530 marketed by the company Molydal. The final device has a density of 536 g/m 2 , ie a loading rate of the capture medium of 156 g/m 2 .
  • Device No. 12 Water-soluble lubricant 2/Aerosleep®: Device No. 1 is reproduced by replacing the olive oil with the water-soluble lubricant Solester 540 marketed by the company Molydal. The final device has a density of 682 g/m 2 , ie a loading rate of the capture medium of 302 g/m 2 .
  • Device No. 13 (2 layers of olive oil/Aerosleep®): two devices identical to device No. 1 are reproduced and they are superimposed with a spacing of 1 mm.
  • Device No. 14 (4 layers of olive oil/Aerosleep®): four devices identical to device No. 1 are reproduced and they are superimposed, spacing them 20 mm apart.
  • Device no. 15 (6 layers of olive oil / Aerosleep ®): six devices identical to device no. 1 are reproduced and superimposed, spacing them 20 mm apart.
  • test 1 the applicant evaluated the performance of capturing microparticles by devices according to the invention in an underground passenger rail transport network, in a tunnel.
  • Test 1 the devices 1 to 7 detailed above are exposed to the air of a tunnel in an underground passenger rail transport network, approximately 15 meters from the entrance to an underground station.
  • the average content of PM10 fine particles in the station was previously measured at 93 pg/m 3 , and the speed of passage of polluted air through the boxes was measured at 0.14 m/s on a daily average.
  • the box housing the structured support coated with capture medium is fixed to the wall of the tunnel, approximately 1.5 meters from the nearest rail.
  • the bottom of the box is 20 cm from the ground.
  • the structure of the box similar to that illustrated in figure 6.
  • H comprises two open opposite faces, positioned perpendicular to the wall of the tunnel so that the flow of air generated by the passage of the trains can pass through it. Inside the box, several structured supports coated with capture medium form an angle of 15 degrees with the tunnel wall.
  • the structured supports coated with capture medium are removed and then washed by maintaining them for 15 minutes in agitated soapy water heated to 80° C. so as to release the fine particles which have been trapped.
  • the wash water is then filtered through a cellulose membrane whose openings are 0.45 ⁇ m.
  • the filtered particles and the membrane are rinsed with ethanol in order to eliminate oil residues.
  • the quantity of PM harvested is determined by weighing the membrane, after drying at 60° C. for 2 hours.
  • results obtained are collated in Table 1 for different structured supports coated with capture medium and for different exposure times. They are expressed in grams (g) of solid particles (PM) collected on the structured support coated with capture medium per day and per square meter of structured support coated with capture medium (gPM/m 2 /d), on average over the exposure period.
  • the devices tested show good performance in capturing ambient air in an underground compartmentalized environment. There is a quantity of captured particles of between 0.18 gPM/m 2 /d and 1.01 gPM/m 2 /d depending on the tests, with an average of around 0.47 gPM/m 2 /d . It is noted that a longer duration of exposure, up to 56 days, does not seem to significantly reduce the average quantity of particles captured.
  • the particle size analyzes of suspended particles carried out on the washing water from the tests referenced Testl-b and Testl-c in Table 1 indicate, in both cases, a volume fraction of PM10, PM2.5 and PMI of 48%, 19% and 4% respectively.
  • test 2 the applicant evaluated the capture performance of the microparticles by devices which had undergone a stripping of a used capture medium then a new coating with a new medium. These reused devices are tested in an underground passenger rail network.
  • Test 2 The structured supports coated with capture medium from the tests referenced Testl-b and Testl-k in the table above are recycled by re-coating with oil, respectively under the same conditions as those described for devices no. l and n°3 above. The devices obtained after re-coating are exposed again under the same conditions as for test 1.
  • Table 2 compares the results obtained for the structured supports coated with new capture medium (referenced Testl-b and Testl-k above). -before) and for structured media coated with once- and twice-recycled capture medium. [Table2]
  • test 3 the applicant evaluated the performance of capturing microparticles by devices according to the invention in an underground passenger rail transport network, at a platform in a station.
  • Test 3 The conditions of test 1 are reproduced but placing the box containing the structured supports coated with capture medium in a station, under a platform nose. The bottom of the caisson is at ballast level, in the middle of the station and its distance from the nearest rail is 0.8 metres. On a daily average, the air speed through the cabinet was measured at 0.31 m/s. The results for this location are given in Table 3 for different structured supports coated with capture medium and exposure times.
  • the supports placed under a platform nose capture a comparable quantity, that is to say of the same order of magnitude, of particles as the supports placed in a tunnel (Testl-a to f and s).
  • Test 4 the applicant evaluated the performance of capturing microparticles by devices according to the invention in an underground passenger rail transport network, at the level of a corridor allowing passenger foot traffic.
  • Test 4 the conditions of the first test are reproduced but by placing the box containing the structured supports coated with capture medium on the wall of a passenger corridor leading to the station platform at a height of approximately 1.5 meters from the floor. On a daily average, the air speed through the cabinet was measured at 0.43 m/s. The results on this location are given in Table 4 for different devices and exposure times.
  • the supports placed in a corridor for passengers capture a comparable quantity, that is to say of the same order of magnitude, of particles as the supports placed in a tunnel (Test 1) or under the nose. platform (Test 3).
  • the quantity of particles captured by the supports placed in a corridor for passengers (Test 4) is significantly lower.
  • test 5 the applicant evaluated the performance of capturing microparticles by devices according to the invention near a road traffic axis.
  • Test 5 The structured supports coated with capture medium are hung on a mesh protected from the rain and exposed directly to the outside air near a busy intersection. The quantities of microparticles collected over the exposure period are determined by washing as in test n°1. The results are given in Table 5.
  • the devices tested show good ambient air capture performance in an open air environment. There is a quantity of captured particles of between 0.43 gPM/m 2 /d and 1.44 gPM/m 2 /d depending on the tests, with an average of around 0.84 gPM/m 2 /d .
  • the particle size analysis of the particles in suspension in the washing water of example n° 5a indicates that the particles PM 10, PM2.5 and PMI represent respective volume fractions of 62%, 23% and 9%.
  • Test 6 Devices Nos. 8 to 12 are used to compare the ease of washing the media according to the nature of the capture medium. Devices no. 8 to 10 are washed by soaking in water at 70°C containing a surfactant, under ultrasound for 15 minutes. The media is then taken out of the washing bath, rinsed with water, dried for 2 hours at 60°C and then weighed.
  • Devices Nos. 11 and 12 are washed by soaking in water at room temperature, without surfactant, under ultrasound for 15 minutes. The media is then taken out of the washing bath, rinsed with water, dried for 2 hours at 60°C and then weighed.
  • the washing rate of the capture medium is calculated.
  • the washing rate without unit and expressed in percentages, is calculated as follows;
  • Ti is the initial load expressed in grams per square meter (g/m 2 ). Ti is obtained by subtracting the density of the support alone (in g/m 2 ) from the density of the coated support (in g/m 2 ).
  • Tf is the final load (in g/m 2 ).
  • Tf is obtained by subtracting the density of the support alone (in g/m 2 ) from the density of the coated and then washed support (in g/m 2 ).
  • a significant washing rate closer to 100%, indicates that a significant recovery of the capture medium is permitted by the washing. On the contrary, a low washing rate indicates less recovery of the capture medium.
  • the washing rates obtained are clearly higher for the devices 11 and 12, compared to the washing rates of the devices 8 to 10, despite the absence of heating of the washing water and the absence of surfactant.
  • Test 7 The structured supports coated with capture medium are positioned at the edge of a busy urban boulevard, in a box protecting them from the rain. The quantities of microparticles collected over the exposure period are determined by washing as in test n°1. The results are given in Table 7.
  • tests 7a and 7b were carried out during a first period, that tests 7c and 7d were carried out during a second period distinct from the first and that tests 7e, 7f and 7g were carried out during of a third period, on different dates from the first two.
  • tests 7a and 7e both carried out over a period of 14 days of exposure and with device 1, are explained by the differences in conditions (particle concentration in the air , weather conditions) during these tests.
  • the masses of particles captured on each of the two layers of device No. 13 are respectively 2.89 g/m 2 /d and 2.03g/m 2 /d for the test 7-b and 1.63 g/m 2 /d and 4.1 lg/m 2 /d for the 7-d test.
  • the masses of particles captured on each of the four layers of device No. 14 were respectively 1.99 g/m 2 /d, 1.58 g/m 2 /d, 1.31 g/ m 2 /d and 1.72 g/m 2 /d.
  • the particle size analyzes of the particles in suspension in the washing water of layers n°1 and n°2 of device 14 of example n°7f indicate that the particles PM10, PM2.5 and PMI represent respective volume fractions of 82% , 29% and 8% for the first coat and 89%, 52% and 16% for the second coat.
  • the particle size analyzes of the particles in suspension in the washing water of layers n°1 and n°3 of device 15 of example n° 7g indicate that the particles PM10, PM2.5 and PMI represent respective volume fractions of 94% , 59% and 15% for the first coat and 99%, 54% and 13% for the third coat.
  • Test 8 the pressure drop of the structured supports coated with capture medium is measured as a function of the speed of the air passing through them for devices 1, 13, 14 and 15.
  • a support structured as described for devices 1, 13, 14 and 15 is cut into a disc 40 mm in diameter and then coated with a capture medium as detailed above in the description of devices 1, 13, 14 and 15.
  • the structured support coated with capture medium is placed in a tube of the same diameter (40 mm), equipped with a differential pressure sensor between the upstream and downstream of the disc.
  • a variable air pressure is applied to the inlet of the tube and the speed of passage of the air through the device is measured using an anemometer placed upstream of the disc. Note the pressure drop generated by the disc for each air speed. It is verified that the pressure drop is proportional to the square of the air velocity. By linear regression, the pressure drop generated by the device is calculated for an air speed of 5 meters per second.
  • the structured support coated with said capture medium is configured to be traversed by a flow of air with a linear speed of between 0.1 m/s and 5 m/s without causing a pressure drop. greater than 300 Pa, preferably without causing a pressure drop greater than 250 Pa.

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Abstract

La présente demande vise un dispositif pour la capture des microparticules en suspension dans l'air dépourvu de moyens actifs de ventilation et de moyens d'alimentation en énergie électrique. Le dispositif comporte un support structuré traversé par un grand nombre d'ouvertures de dimension minimale comprise entre 1 millimètre et 15 mm, ledit support structuré présentant un taux de vide supérieur à 80%, le support structuré étant enduit d'un milieu de capture des microparticules en suspension dans un flux d'air choisi parmi : les huiles végétales, les huiles minérales, les huiles synthétiques ou semi-synthétiques, les lubrifiants hydrosolubles, les huiles silicones, les graisses animales, le support structuré enduit dudit milieu de capture étant configuré pour être traversé par un flux d'air de vitesse linéaire comprise entre 0,1 et 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 300 Pa, préférentiellement sans provoquer une perte de charge supérieure à 250 Pa. La présente demande vise également un procédé de capture des microparticules en suspension dans l'air et l'utilisation du dispositif, tout particulièrement dans un réseau souterrain dédié au transport ferroviaire de passagers.

Description

DESCRIPTION
TITRE : DISPOSITIF PASSIF DE CAPTURE DES MICROPARTICULES EN
SUSPENSION DANS L’AIR
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention relève du domaine des dispositifs et procédés d’épuration de l’air. Plus particulièrement, elle concerne les dispositifs et procédés permettant de capter une partie significative des microparticules contenues dans l’air ambiant. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans l’épuration de l’air ambiant des réseaux souterrains de circulation et de transport. La présente invention vise un dispositif doté d’un support structuré pour la capture des microparticules en suspension dans l’air dépourvu de moyens actifs de ventilation mécanique et de moyens d’alimentation en énergie électrique. La présente invention vise également un procédé de capture des microparticules par un dispositif objet de l’invention.
ART ANTÉRIEUR
La pollution particulaire de l’air des milieux urbains et périurbains par diverses sources induit des problèmes importants de santé publique et est à l’origine de maladies respiratoires pour les populations exposées et de surcoûts pour les organismes de santé.
Dans son rapport de 2018, l’Agence Européenne pour T Environnement indique que les concentrations trop importantes en particules en suspension (ou "PM", abrévié de l’anglais « Particulate matter ») ont été responsables d’environ 422 000 décès prématurés annuels dans 41 pays européens, dont environ 391 000 dans les 28 états de l’Union Européenne. Ainsi, la fourniture d’un air présentant une moindre concentration en particules en suspension est un enjeu de santé publique.
Pour réduire la concentration en particules suspendues dans l’air dans un espace clos où cette concentration est particulièrement importante, on peut mettre en œuvre un système efficace de ventilation. Cette solution, principalement mise en œuvre dans les réseaux souterrains, consiste à renouveler l’air du réseau souterrain avec de l’air moins chargé en particules provenant de l’extérieur, l’air souterrain étant rejeté à l’extérieur sans aucun traitement. Cette solution présente l’inconvénient de ne pas éliminer les polluants, mais de seulement les déplacer de l’intérieur vers l’extérieur, ce qui augmente la pollution de l’air extérieur. De plus, cette solution n’est pas adaptée pour une mise en œuvre en dehors d’un espace clos, par exemple en plein air.
D’autres systèmes actuellement mis en œuvre visent à capturer, et à retenir, les microparticules en suspension dans l’air. Parmi les technologies le plus courantes on peut citer l’utilisation de milieux filtrant dotés de pores d’une taille appropriée pour retenir les particules, la précipitation électrostatique des microparticules par application d’un champ électrique ou encore l’absorption des microparticules dans un flux de liquide circulé au travers du système.
Ces technologies nécessitent une alimentation électrique pour leur bon fonctionnement, ce qui empêche l’implantation de tels systèmes à des endroits sans raccordement au réseau électrique ou à des endroits où le changement d’une batterie serait impraticable.
En outre, ces technologies nécessitent pour leur bon fonctionnement un flux d’air orienté qui circule d’une entrée d’air où pénètre un flux d’air à épurer vers une sortie d’air d’où s’échappe un flux d’air déchargé d’une partie de ses particules en suspension. Le caractère orienté d’un système d’épuration de l’air signifie que le système d’épuration de l’air cesse de fonctionner correctement en l’absence d’un flux d’air dirigé selon l’orientation prévue. Ce caractère orienté peut également impliquer un risque de relargage, c’est-à-dire un risque que les particules captées par le système d’épuration de l’air soient libérées en cas d’inversion du flux d’air. Afin de garantir un flux d’air constant et orienté, le flux d’air est habituellement généré par un ventilateur ou tout autre moyen mécanique équivalent, ce qui présente l’inconvénient de complexifier l’installation par l’ajout de parties mouvantes. Tout particulièrement, les systèmes mettant en œuvre un milieu filtrant, c’est-à-dire dont les tailles de pores retiennent les particules en suspension, nécessitent un flux d’air suffisamment puissant pour compenser la perte de charge importante occasionnée par le filtre.
OBJETS DE L’INVENTION
On rappelle qu’une microparticule est une particule dont la taille est comprise entre 0,1 pm et 100 pm. Dans le cadre de l’invention, les termes « particules en suspension » désignent les microparticules en suspension dans l’air et tout particulièrement les microparticules de taille inférieure ou égale à 10 pm de diamètre, aussi appelées PM10, ainsi que les microparticules de tailles inférieures à 2,5 pm, aussi appelées PM2.5 et de taille inférieure à 1 pm, aussi appelées PMI.
La demanderesse s’est donnée pour objectif de réduire la concentration en microparticules en suspension dans l’air des espaces urbains collectifs, en particulier à proximité des infrastructures de transport routier ou ferroviaire et tout particulièrement pour application dans un réseau de transport souterrain, qui peut notamment être routier ou ferroviaire. Pour ces applications, la demanderesse a cherché un dispositif qui cumule une bonne facilité d’entretien, une certaine robustesse, une capacité à fonctionner sans alimentation électrique et une perte de charge très faible. Aucune des solutions de l’art antérieur ne répondant à l’ensemble de ces critères, la demanderesse a développé le dispositif et le procédé objets de la présente invention. La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients des solutions de l’art antérieur. À cet effet, selon un premier objet, la présente invention vise un dispositif pour la capture des microparticules en suspension dans l’air qui présente les caractéristiques suivantes :
- le dispositif est dépourvu de moyens actifs de ventilation et dépourvu de moyens d’alimentation en énergie électrique,
- le dispositif comporte un support structuré traversé par un grand nombre d’ouvertures de dimension minimale comprise entre 1 millimètre et 15 millimètres, ledit support structuré présentant un taux de vide supérieur à 80%, préférentiellement supérieur à 85%, préférentiellement supérieur à 90%, très préférentiellement de l’ordre de 95%,
- le support structuré étant enduit d’un milieu de capture des microparticules en suspension dans un flux d’air choisi parmi : les huiles végétales, les huiles minérales, les huiles synthétiques et semi-synthétiques, les lubrifiants hydrosolubles, les huiles de silicone, les graisses animale, utilisés seuls ou en mélange.
- le support structuré enduit dudit milieu de capture étant configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire comprise entre 0,1 et 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 300 Pa, préférentiellement sans provoquer une perte de charge supérieure à 250 Pa.
Au sens de l’invention, la dimension minimale d’une ouverture traversant le support structuré correspond au diamètre de l’ouverture mesuré en son point le plus étroit. En d’autres termes, une dimension minimale d’une ouverture de 1 millimètre signifie qu’une particule sphérique de 1 millimètre de diamètre peut traverser ladite ouverture sans être bloquée.
Préférentiellement, la dimension moyenne des ouvertures est de l’ordre de 5 millimètres. Par exemple, la dimension moyenne des ouvertures est comprise entre 3 et 10 millimètres.
Ces ouvertures sont présentes dans le support structuré d’un dispositif selon l’invention « en grand nombre », et un nombre minimal peut être fixé, de manière plus ou moins arbitraire, à environ mille. Par exemple le support structuré comporte en moyenne au moins une ouverture par centimètre carré, ou au moins 4 ouvertures par centimètre carré, ou au moins 16 ouvertures par centimètre carré.
Au sens de l’invention, le taux de vide correspond au rapport entre le volume du support structuré qui est vide et le volume de l’espace délimité par le support structuré qui est occupé par de la matière solide.
Le support structuré peut par exemple être un support métallique en croisillons présentant de larges ouvertures ou encore un maillage de polyester formant de larges ouvertures hexagonales. Tout support structuré selon l’invention comporte de larges et nombreuses ouvertures de tailles sensiblement identiques, c’est-à-dire dans le même ordre de grandeur de taille. Le support structuré n’a pas un rôle de filtration mais plutôt un rôle de support du milieu de capture. En effet, le diamètre des ouvertures du support structuré selon l’invention, de l’ordre du millimètre, est très supérieur au diamètre des microparticules captées au moyen du dispositif, de l’ordre du micromètre ou de quelques dizaines de micromètres. Ces dispositions contribuent à la très faible perte de charge du support structuré.
Le milieu de capture enduit sur le support structuré assure la capture des microparticules soit par un mécanisme de collement des microparticules sur le milieu, soit par un mécanisme de pénétration partielle des microparticules dans le milieu, ou encore par une combinaison de ces mécanismes. Grâce à ces dispositions, une partie des microparticules présentes dans un flux d’air traversant le dispositif sont capturées par le milieu de capture. On comprend bien que le dispositif ne nécessite pas pour son bon fonctionnement que le flux d’air circule en travers du dispositif dans un sens prédéterminé, dès lors qu’un contact entre le flux d’air et le milieu de capture s’opère. En cela, le dispositif n’est pas orienté ce qui est particulièrement avantageux pour un positionnement du dispositif sur un lieu où la direction des flux d’air est susceptible de varier. La direction d’un flux d’air est notamment susceptible de varier lorsque le dispositif est positionné en extérieur, en fonction de la direction du vent ou lorsqu’il est positionné à proximité d’une voie de transport routier ou ferroviaire, en fonction du sens de passage des véhicules.
En outre, étant donné que les microparticules ne s’accumulent pas seulement sur une face du support structuré et que lesdites microparticules sont collées et/ou pénètrent au moins partiellement dans le milieu, le dispositif est peu susceptible de relarguer dans l’air des microparticules préalablement capturées en cas de changement de direction du flux d’air traversant le dispositif.
On comprend bien également que le dispositif objet de l’invention ne nécessite pas, pour son bon fonctionnement, de moyens actifs de ventilation, de type pales de ventilateurs, ni d’alimentation en énergie électrique, aucun composant du dispositif ne requérant une telle alimentation. Cela facilite énormément son implantation à un endroit voulu, qui peut être un endroit difficile d’accès, par exemple dans un tunnel ferroviaire, où la réalisation de travaux d’installation électrique spécifiques représenterait un coût inacceptable, et où le recours à des panneaux photovoltaïques n’est pas possible faute de lumière.
Au cours du temps, l’accumulation de microparticules dans le milieu sera susceptible d’abaisser l’efficacité de capture du dispositif objet de l’invention. Ainsi, à intervalles de temps régulier, il sera utile de remplacer le milieu de capture saturé par un milieu de capture frais (neuf ou recyclé). Préférentiellement, le milieu de capture est dépouillé du support structuré afin que le support structuré puisse être enduit à nouveau et utilisé à nouveau.
Dans des modes de réalisation, le support structuré est formé dans une matière non poreuse.
Dans le cadre de l’invention, on distingue les « pores » des « ouvertures ». Les pores sont des cavités de petite dimension, typiquement inférieure à 10 microns, et qui ne sont pas nécessairement traversantes. Par opposition, les ouvertures sont traversantes et leur taille est comprise entre 1 mm et 15 mm. Ainsi, la porosité d’une matière non poreuse selon l’invention, exprimée en pourcentage de vides laissés par les pores tels que définis plus haut, par rapport au reste du volume occupé par le support structuré est préférentiellement inférieure à 1%, très préférentiellement inférieure à 0,1%.
Grâce à ces dispositions, le milieu de capture n’est pas absorbé par la matière constituant le support structuré. Ces dispositions permettent de prévenir un abaissement de l’efficacité de capture des particules par le support structuré enduit de milieu de capture qui serait moindre si une partie significative du milieu de capture pénétrait dans les pores de la matière constituant le support structuré
Dans des modes de réalisation, le support structuré est disposé sensiblement verticalement et le milieu de capture est un matériau liquide aux températures ambiantes d’utilisation, maintenu par tension de surface sur le support structuré.
Par exemple, le support structuré est incliné d’un angle inférieur ou égal à 25°, préférentiellement inférieur à 15° par rapport à la verticale ; une si faible inclinaison est comprise ici comme une disposition « sensiblement verticale ».
Dans des modes de réalisation, le milieu de capture est une huile végétale. Préférentiellement, l’huile végétale est choisie parmi les compositions contenant peu d’acides gras insaturés et polyinsaturés ou contenant une teneur élevée en antioxydant (par exemple de la vitamine E ou des polyphénols) qui leur confère une bonne stabilité dans le temps. A titre d’exemple, on préfère les huiles d’olive, de noyaux d’abricot, de jojoba, d’amande douce, de ricin, de coco, de karité, de noisette, de prune, d’argousier, d’ argan, d’avocat, de chanvre, de macadamia, de tournesol oléique ou de palme. D’autres huiles végétales sont également utilisables dans les environnements peu éclairés ou lorsque la température ambiante est suffisamment basse (par exemple l’hiver).
Dans des modes de réalisation, le milieu de capture est une huile végétale comportant un composé antioxydant ajouté. La stabilité de l’huile végétale est ainsi prolongée par addition d’antioxydants.
Dans des modes de réalisation, le milieu de capture comporte une huile minérale, telle qu’une huile de paraffine, ou encore une huile de silicone.
Dans des modes de réalisation, le milieu de capture comporte une huile de silicone par exemple choisi parmi les polydiméthylsiloxanes, purs ou modifiés par des polyéthers. Les copolymères silicone-polyéthers ont l’avantage d’être hydrosolubles.
Dans des modes de réalisation, le milieu de capture comporte une huile synthétique ou semi- synthétique, par exemple à base de polymères.
Dans des modes de réalisation, le milieu de capture comporte un lubrifiant hydrosoluble, par exemple sous forme d’émulsion ou de microémulsion formulée à base de polyesters.
Dans des modes de réalisation, le support structuré comporte un textile tissé. Selon un mode de réalisation particulier, le textile est tissé en fibres de polyester. Dans des modes de réalisation, le support structuré est une mousse alvéolaire dont les cellules sont ouvertes et dont la taille est comprise entre 2 mm et 10 mm. Ces structures alvéolaires peuvent être souples, typiquement en polyuréthane ou rigide, par exemple en métal ou en céramique à base d’alumine ou de mélange d’oxydes métalliques.
Dans des modes de réalisation, le support structuré comporte une pluralité de plaques assemblées entre elles. Lesdites plaques sont des pièces sensiblement planes, traversées de trous de diamètre minimal compris entre environ 1 mm et 15 mm et enduites de milieu de capture. Lesdites plaques peuvent par exemple être superposées ou encore jointes par l’une de leur extrémités et inclinées entre elles dans un arrangement en « V » ou en « W ». On souligne que le support structuré enduit de milieu de capture doit dans son ensemble, même lorsqu’il s’agit d’un assemblage, présenter une faible perte de charge selon les limites fixées par l’invention. Par exemple, le support structuré dans son ensemble est configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire de 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 300 Pa, préférentiellement sans provoquer une perte de charge supérieur à 250 Pa.
Dans des modes de réalisation, le support structuré comporte une structure métallique. Plus particulièrement, le support structuré peut être une structure métallique en métal déployé, une plaque métallique obtenue par emboutissage ou une plaque métallique déployée et emboutie.
Dans des modes de réalisation le support structuré est un assemblage de plusieurs plaques métalliques. Dans des modes de réalisation le support structuré comporte une plaque métallique en métal déployé et ondulée par emboutissage intercalée entre deux plaques métalliques en métal déployé.
On rappelle qu’une plaque métallique en métal déployé est une plaque de métal coupée puis étirée. En d’autres termes, le métal déployé est réalisé par cisaillement d'une plaque ou d'une bobine de métal dans une presse, équipée de couteaux créant un maillage métallique généralement de forme de losange laissant des vides entourés par des barres en métal interconnectées. Préférentiellement, le métal constituant la plaque métallique est de l’acier ou de l’aluminium. L’aluminium est préféré car moins lourd. Par ailleurs, ce n’est pas un catalyseur connu pour l’oxydation des huiles végétales, contrairement au fer.
Dans des modes de réalisation, le support structuré comporte une structure métallique anodisée.
Grâces à ces dispositions, le métal présente une rugosité accrue et retient plus facilement le milieu enduit sur le support structuré.
Dans des modes de réalisation, le support structuré comporte une structure métallique en nid d’abeille formant un motif en alvéoles polygonales, notamment hexagonale ou rectangulaire. Le métal constituant les parois des alvéoles est préférentiellement de l’aluminium.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l’invention comporte un caisson abritant le support structuré enduit de milieu de capture. Préférentiellement, le caisson présente une épaisseur inférieure à 40 cm, de préférence inférieure à 30 cm et très préférentiellement inférieure à 25 cm. Cette faible épaisseur permet une implantation dans des espaces contraints, en particulier sous le nez d’un quai dans une station ferroviaire.
Dans des modes de réalisation, le support structuré comporte une multitude de couches superposées et espacées entre elles d’une distance d’au moins 0,5 mm, préférentiellement, au moins espacées de 1 mm, très préférentiellement au moins espacées de 5 mm.
Selon un deuxième aspect, l’invention vise l’utilisation d’un dispositif de capture des microparticules en suspension dans l’air selon l’invention, mis en œuvre dans un souterrain, notamment dans un complexe dédié au transport collectif ferroviaire, particulièrement dans les zones de circulation pédestre des passagers, au nez d’un quai, à l’embouchure d’un tunnel ferroviaire, dans un tunnel ferroviaire en zone de freinage, ou encore dans un tunnel ferroviaire en zone d’accélération.
L’utilisation d’un dispositif objet de l’invention dans un réseau de tunnels ferroviaires destiné au transport de passagers est particulièrement utile car cet environnement clos voit transiter un grand nombre de voyageurs qui sont exposés à une concentration élevée en microparticules générées par le transport ferroviaire.
Dans des modes de réalisation, le dispositif de capture des microparticules objet de l’invention, placé dans un tunnel ferroviaire, comporte un support structuré sensiblement plan et ledit support structuré est sensiblement parallèle à l’axe principal d’un rail abrité par le tunnel ferroviaire.
Dans des modes de réalisation, le dispositif selon l’invention est positionné dans un tunnel ferroviaire sur une zone de freinage ou sur une zone d’accélération, de préférence sur une zone de freinage.
On définit une zone de freinage ou une zone d’accélération comme la zone située à moins de 5 mètres d’une section de rail le long de laquelle le train freine avant d’arriver en gare ou accélère en sortant de la gare. Les zones préférées sont celles éloignées de moins de 100 mètres de l’embouchure de la gare, et encore plus préférentiellement éloignées de moins de 50 mètres de l’embouchure de la gare.
On privilégie le placement du dispositif objet de l’invention au niveau des zones de freinage qui sont les principales zones d'émissions de microparticules dans un réseau souterrain de transport ferroviaire. Par exemple, le dispositif selon l’invention est placé à proximité de l’embouchure de la station, du côté où le train rentre dans la station, soit sur le mur du tunnel, soit sur la paroi verticale du quai à hauteur des boggies du train.
Dans des modes de réalisation, le dispositif selon l’invention est positionné dans les derniers mètres du tunnel avant l’arrivée en gare, le plus près possible du rail extérieur et idéalement en regard du système de freinage d’un train lorsque le train entre en gare, et positionné à une hauteur correspondante à la hauteur du système de freinage du train ou juste au-dessus. Selon un troisième aspect, la présente invention vise un procédé de capture des microparticules en suspension dans l’air, qui comporte :
- la fourniture d’un support structuré traversé par un grand nombre d’ouvertures de dimension minimale comprise entre 1 millimètre et 15 millimètres, ledit support structuré présentant un taux de vide supérieur à 80%, préférentiellement supérieur à 85%, préférentiellement supérieur à 90%, très préférentiellement de l’ordre de 95%,
- l’enduction du support structuré par un milieu de capture configuré pour capter par contact des microparticules en suspension dans un flux d’air et choisi parmi : une huile végétale, une huile minérale, une huile synthétique ou semi-synthétique, un lubrifiant hydrosoluble, une huile de silicone et une graisse animale, seul ou en mélange,
- le support structuré enduit de milieu de capture étant configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire comprise entre 0,1 m/s et 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 300 Pa, préférentiellement sans provoquer une perte de charge supérieur à 250 Pa et
- la mise en contact du support structuré avec un flux d’air chargé en microparticules sans moyens actifs de ventilation permettant la circulation forcée du flux d’air chargé en microparticules.
Dans des modes de réalisation, le procédé comporte :
- une étape de dépouillement d’au moins une partie du milieu de capture enduit sur le support structuré et
- une étape de remplacement du milieu de capture dépouillé par enduction du support structuré par un milieu de capture frais.
Dans des modes de réalisation, l’étape de dépouillement comporte un lavage du support structuré enduit de milieu de capture à l’eau savonneuse.
Dans des modes de réalisation, l’étape de dépouillement comporte un décapage du support structuré enduit de milieu de capture par un flux d’air sous pression.
Dans des modes de réalisation, l’étape de dépouillement comporte un décapage du support structuré enduit de milieu de capture par un flux de vapeur d’eau sous pression.
Dans des modes de réalisation, l’étape de dépouillement comporte un nettoyage cryogénique.
Les buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : [Fig 1] représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
[Fig 2] représente une photographie d’un support structuré mis en œuvre dans le premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
[Fig 3] représente une photographie d’un support structuré mis en œuvre dans le premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
[Fig 4] représente un support structuré mis en œuvre dans un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
[Fig 5] représente une photographie d’un support structuré mis en œuvre dans un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
[Fig 6] représente, schématiquement et en perspective, un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention qui comporte un caisson de protection,
[Fig 7] représente une photographie d’un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, implanté sous un quai dans une gare ferroviaire,
[Fig 8] représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulières du procédé objet de la présente invention et
[Fig 9] représente, sous forme de graphique, des pertes de charges mesurées sur des dispositifs objets de l’invention, en fonction du carré de la vitesse d’air.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
On note, dès à présent, que les figures schématiques ne sont pas à l'échelle. Les figures représentant une photographie sont quant à elles à l’échelle mais entre elles les échelles peuvent varier.
On observe, sur la figure 1 une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 100 objet de la présente invention. Selon ce mode de réalisation particulier, le dispositif 100 de capture des microparticules comporte un support structuré 105 formé d’un réseau composé de mailles hexagonales reliées entre elles. Un tel réseau de mailles peut être réalisé par tissage de fibres. Ces fibres peuvent être des fibres de polyester.
Le support structuré 105 est traversé par un grand nombre d’ouvertures 115 de dimension minimale supérieure à 1 millimètre et de dimensions moyenne de l’ordre de 5 millimètres. On préfère ne pas dépasser une dimension maximale de 15 mm, et de préférence ne pas dépasser une dimension maximale de 10 millimètres. Le support structuré 105 présente un taux de vide supérieur à 80%, préférentiellement supérieur à 85%, préférentiellement supérieur à 90%, très préférentiellement de l’ordre de 95%.
Le support structuré 105 est configuré pour présenter une très faible perte de charge. Outre la taille importante des ouvertures qui permet une faible entrave de la circulation d’un flux d’air au travers du support structuré 105 on prendra soin de ne pas ajouter d’autre éléments au dispositif 100, par exemple qui serait susceptible d’augmenter la perte de charge globale du dispositif au-delà de 300 Pa, ou préférentiellement au-delà de 250 Pa ou préférentiellement au- delà de 160 Pa. Ainsi, le support structuré 105 enduit dudit milieu de capture est configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire comprise entre 0,1 et 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 250 Pa. Préférentiellement, le support structuré 105 enduit dudit milieu de capture est configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire égale à 3 m/s, très préférentiellement égale à 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 250 Pa. Dans des modes de réalisation, le support structuré 105 enduit dudit milieu de capture est configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire égale à 3 m/s, très préférentiellement égale à 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 160 Pa. Dans des modes de réalisation, le support structuré 105 enduit dudit milieu de capture est configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire égale à 3 m/s, très préférentiellement égale à 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 300 Pa.
Dans un mode de réalisation particulier, le support structuré 105 enduit dudit milieu de capture est configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire égale à 2 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 25 Pa, ou configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire de 5m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 156Pa, ou configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire de 0,1 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 0,06Pa.
Dans des modes de réalisation, le support structuré pourra être composé de plusieurs couches de matériaux superposées entre elles. Par exemple, le support structuré illustré en figures 2 et 3 est un support tissé de 0,045 m2 de surface et de 6 mm d’épaisseur formé par tissage tridimensionnel de fibres de polyester. Le tissage permet d’obtenir deux couches parallèles comportant des mailles de 5 mm d’ouverture en moyenne représentant environ 63% de la surface. La densité du support tissé est de 380 g/m2. H présente un taux de vide de l’ordre de 95%. Le produit Aerosleep® commercialisé par la société QLEVR pourra par exemple être utilisé comme support structuré.
On note que l’échelle visible sur la photographie en figure 2 est exprimée en centimètres.
Selon une caractéristique essentielle de l’invention, le support structuré 105 est enduit d’un milieu de capture 110. Ce milieu de capture est avantageusement choisi parmi : les huiles végétales, les huiles de silicone, les huiles minérales, les huiles synthétiques ou semi- synthétiques, les lubrifiants hydrosolubles et les graisses d’origine animale, seuls ou en mélange. Préférentiellement, le milieu de capture 110 est un liquide maintenu en place sur le support structuré par tension de surface.
Dans des modes de réalisation, l’huile végétale est choisie parmi l’huile d’olive, l’huile d’abricot, l’huile de jojoba, l’huile d’amande douce, l’huile de ricin, l’huile de coco, l’huile de karité, l’huile de noisette, l’huile de prune, l’huile d’argousier, l’huile d’argan, l’huile d’avocat, l’huile de chanvre de macadamia, l’huile de tournesol oléique ou l’huile de palme. Dans d’autres modes de réalisation, l’huile minérale est une huile de paraffine. Dans encore d’autres modes de réalisation, la graisse animale est de la graisse de porc. Dans encore d’autres modes de réalisation, le lubrifiant hydrosoluble est une émulsion ou une microémulsion formulée à base de polyesters.
Dans un mode réalisation particulier, le support structuré 105 illustré en figures 2 et 3 est plongé dans un bain de milieu de capture de manière que toute sa surface soit recouverte de ce milieu de capture. Le support enduit est ressorti du bain, puis suspendu verticalement pendant 5 heures pour que l’excès de milieu de capture s’égoutte naturellement. Le support enduit de milieu de capture ainsi obtenu présente une densité de 590 g/m2. Son taux de vide est proche de 91%. Le support structuré enduit ainsi obtenu est prêt à l’utilisation, optionnellement après avoir été monté dans un caisson de protection approprié, et en particulier du type de ceux illustrés en figures 6 et 7. De tels support structurés enduits de milieu de capture ont été testés par la demanderesse dans différentes conditions opératoires. Ces tests et leurs résultats en termes d’efficacité de capture des microparticules sont présentés à la fin de la présente description.
On observe, sur la figure 4 une vue schématique d’un autre mode de réalisation d’un support structuré 205 pouvant être mis en œuvre dans un dispositif de capture des microparticules selon l’invention. Le support structuré 205 est en matière métallique, par exemple en acier ou en aluminium. Préférentiellement, la matière métallique est anodisée.
Le support structuré métallique peut comporter une unique couche de métal déployé ou plusieurs couches superposées entre elles. Dans un mode de réalisation (non représenté) le support structuré comporte une plaque métallique en métal déployé ondulée par emboutissage intercalée entre deux plaques métalliques en métal déployé.
A titre d’exemple, pour former ce support on approvisionne une première tôle déployée en aluminium de 4 mm d’épaisseur présentant des mailles ouvertes de 16 mm de grande largeur et de 8 mm de petite largeur. Ces ouvertures représentent un taux de vide volumique de 88%. Une deuxième tôle déployée est ensuite obtenue par emboutissage d’une tôle similaire à la première tôle déployée, de manière à créer une plaque ondulée dont l’épaisseur apparente finale s’élève à 8 millimètres. La deuxième tôle présente un taux de vide volumique de 95%. Enfin, on prépare le support structuré en intercalant la deuxième tôle entre deux tôles déployées similaires à la première tôle. Ce support structuré, composé par l’assemblage de trois tôles, présente une épaisseur totale de 16 mm et un taux de vide de 92%. Préférentiellement, si les ouvertures formées dans les tôles déployées ne sont pas parfaitement symétriques, on prendra soin de tourner la tôle intercalée d’un angle de 90° par rapport à l’orientation des deux autres tôles. En d’autres termes, l’orientation des mailles de la tôle disposée au centre est tournée de 90° par rapport à l’orientation des mailles des tôles disposé à l’extérieur. Par exemple, si les mailles des deux tôles externes ont leur grande largeur à l’horizontale, alors la tôle intercalée est orientée de manière que ses mailles soient positionnées avec leur grande largeur dans le sens vertical.
On observe en figure 5, une photographie d’un support structuré 305 pouvant être mis en œuvre dans un mode de réalisation particulier de l’invention. Le support structuré 305 est une mousse alvéolaire dont les cellules sont ouvertes et dont la taille est comprise entre 2 et 10mm. Ces structures alvéolaires sont souples et formée en polyuréthane.
On note que l’échelle visible sur la photographie en figure 5 est exprimée en centimètres.
Dans d’autres modes de réalisation, le support structuré pourra comporter une mousse alvéolaire rigide, par exemple en métal ou en céramique à base d’alumine ou de mélange d’oxydes métalliques.
Dans des modes de réalisation (non illustrés), le support structuré comporte une structure en nid d’abeille formé par des alvéoles polygonales, notamment rectangulaires ou hexagonales. Le diamètre des alvéoles hexagonales pourra par exemple être compris entre 1 et 25 millimètres. Préférentiellement, les alvéoles sont en matière métallique et notamment en aluminium, l’aluminium est avantageux car il est inerte, léger et présente une bonne tenue au feu. L’épaisseur des parois des alvéoles est par exemple inférieure à 3 millimètres, préférentiellement inférieure à 1 millimètre.
Dans des modes de réalisation, le support structuré comporte une structure en nid d’abeille du type de celle décrite au-dessus mais percée de nombreux trous traversant les parois latérales formant les alvéoles. A titre d’exemple, un support structuré en nid d’abeille pourra être obtenu en soudant entre elles des tôles préalablement percées, puis ondulées.
On observe en figure 6 un mode de réalisation particulier d’un dispositif 300 de capture des microparticules selon l’invention. Le dispositif 300 comporte un caisson 351, par exemple formé en acier ou en plastique thermoformé, abritant un support structuré selon l’invention (non visible en figure 6). Le caisson 351 est de section rectangulaire et aplani. Le caisson 351 est destiné à être fixé à une surface, par exemple sur un mur. Par exemple, la figure 7 illustre une implantation du dispositif 300 sur la surface verticale d’un quai de train, en regard des rails, dans une station souterraine. Dans des modes de réalisation, le caisson 351 comporte un panneau frontal 352 amovible, par exemple fixé au moyen de vis à chaque coin du panneau, ou au moyen d’une liaison charnière entre le panneau frontal 352 et le corps du caisson 351, ou par emboitement d’un bord du panneau frontal 352 sur le boitier 351 et verrouillage mécanique au bord opposé du panneau. Dans un autre mode de réalisation, les supports sont introduits dans le caisson par les ouvertures latérales. En tout état de cause, dispositif 300 comporte préférentiellement un moyen d’accès au support structuré abrité dans le caisson, de sorte à pouvoir mener des opérations de maintenance sur le support structuré ; ces opérations de maintenance seront décrites en plus grand détail ci-dessous.
Préférentiellement, le support structuré est formé d’une ou plusieurs plaques planes, c’est-à- dire qu’elles présentent une épaisseur nettement plus faible que leurs dimensions de largeur et de hauteur. Chaque plaque est disposée dans le caisson de manière que leur plan forme un angle de 5 à 90° avec le plan du caisson, de préférence entre 10 et 45°. Un caisson peut abriter un support structuré formé de plusieurs plaque planes, agencées par exemple en V ou en W selon l’épaisseur disponible à l’intérieur du caisson.
Le dispositif 300 de capture des microparticules comporte des ouvertures d’aération permettant de faire circuler l’air extérieur à l’intérieur du caisson 351. Par exemple des trous sont percés sur la surface de la plaque frontale 352, ou encore des aérations latérales 353 sont prévues. Tout autre configuration permettant une circulation facilitée des flux d’air ambiants vers l’intérieur du caisson pourra être mis en œuvre sans dévier de l’invention.
Préférentiellement, le caisson 351 présente une épaisseur inférieure à 40 cm, de préférence inférieure à 30 cm et très préférentiellement inférieure à 25 cm. Cette faible épaisseur permet une implantation dans des espaces contraints, en particulier sous le nez d’un quai.
Outre la mise en œuvre illustrée en figure 7, d’autres implémentations du dispositif objet de l’invention sont avantageuses. D’autres utilisations dans un tunnel, notamment dans un complexe souterrain dédié au transport collectif ferroviaire, incluent une installation dans les zones destinées à la circulation pédestre des passagers, au nez d’un quai, à l’embouchure d’un tunnel ferroviaire, dans un tunnel ferroviaire en zone de freinage, ou encore dans un tunnel ferroviaire en zone d’accélération. Selon un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux, on positionnera les dispositifs de capture des microparticules dans la zone de freinage d’un train, c’est-à-dire le long du quai dans la station ou à moins de 100 mètres, préférentiellement à moins de 50 mètres, de l’embouchure de la station, du côté d’où provient un train lors de sa circulation normale.
Dans d’autres modes de réalisation, un dispositif selon l’invention est installé dans un tunnel routier, par exemple au mur à une hauteur comprise entre environ 20 cm et environ 200 cm du sol, sachant que cette hauteur correspond aux hauteurs de plus forte concentration en particules du fait de la combinaison entre leur point de génération par l’émission de gaz d’échappement, par l’abrasion des roues et des freins, et par la mise en circulation de poussières déposées sur la route, et leur dilution par les courants d’air présents dans le milieu.
Dans encore d’autres modes de réalisation, un dispositif selon l’invention est installé en extérieur, par exemple dans un espace public à passage piétonnier fréquent et positionné non loin d’une route. Nous décrivons maintenant des procédés de capture de microparticules en suspension dans l’air en regard de la figure 8 qui montre une succession d’étapes d’un mode de réalisation particulier d’un procédé 1000 d’utilisation d’un dispositif de capture des microparticules en suspension dans l’air.
Le procédé 1000 comporte une étape 1005 de fourniture d’un support structuré selon l’invention. Un tel support structuré peut être du type de celui décrit ci-avant, en regard des figures 1 à 5.
Au cours d’une étape 1010, on procède à l’enduction du support structuré par un milieu de capture configuré pour capter par contact des microparticules en suspension dans un flux d’air.
Les modalités de l’enduction pourront varier en fonction des propriétés du milieu de capture utilisé. On rappelle que ce milieu de capture est choisi parmi : une huile végétale, une huile minérale, une huile synthétique ou semi- synthétique, un lubrifiant hydrosoluble, une huile de silicone, une graisse animale, seul ou en mélange.
Par exemple, l’étape d’enduction 1010 pourra être réalisée par immersion d’un support structuré dans un bain de milieu de capture. Le milieu de capture pourra être chauffé pour abaisser sa viscosité préalablement à l’opération d’immersion. Alternativement, l’étape d’enduction 1010 pourra être réalisée par aspersion du milieu de capture sur le support structuré. Tout autre moyen permettant d’appliquer une couche de milieu de capture sur le support structuré pourra être mis en œuvre sans dévier de l’invention.
Préférentiellement, le milieu de capture est une matière liquide à température ambiante. Par exemple, le milieu de capture est liquide à une température comprise entre 15°C et 25°C, préférentiellement liquide à une température comprise entre 10°C et 30°C. Dans ce cas, une étape d’égouttage du support structuré après immersion ou aspersion pourra être prévue pour évacuer l’excédent de milieu de capture.
Dans le cas où le support est un support métallique en métal anodisable (tel que l’aluminium), celui-ci sera préférentiellement anodisé préalablement à l’étape d’enduction 1010.
Au cours d’une étape 1015, le support structuré est mis en contact avec un flux d’air chargé en microparticules. On rappelle que le support structuré enduit est configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire comprise entre 0,1 et 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 300 Pa voire à 250 Pa. On rappelle également que le dispositif objet de l’invention ne nécessite pas, pour son bon fonctionnement, de moyens actifs de ventilation permettant la circulation forcée du flux d’air chargé en microparticules. Ainsi, les flux d’air ambiants sont exploités pour que les flux d’air chargé en microparticules à capturer rentrent en contact avec le milieu de capture enduit sur le support structuré. Au cours de cette étape, le milieu de capture se charge graduellement en microparticules qui adhèrent au milieu de capture et/ou pénètrent en partie dans le milieu. Il convient de noter que l’expression « moyen actif de ventilation » tel qu’utilisée ici se limite au dispositif selon l’invention, mais n’englobe pas d’éventuels engins ou dispositifs mécaniques engendrant un courant d’air, tel qu’un train ou un véhicule, ou d’éventuels ventilateurs qui assurent un courant d’air dans un tunnel : un tel courant d’air, même généré par un engin ou dispositif extérieur au dispositif selon l’invention, est compris ici dans l’expression « flux d’air ambiant ».
A l’issu de l’étape 1015, de préférence lorsque la saturation du milieu de capture atteint un niveau qui abaisse de trop les performances de capture du milieu, ledit milieu est remplacé. Dans un mode de réalisation particulier, le support structuré dans son ensemble est retiré du dispositif de capture objet de l’invention et jeté. Préférentiellement, le milieu de capture est dépouillé du support de capture et le support est utilisé à nouveau.
Dans ce dernier cas, au cours d’une étape de dépouillement 1020, au moins une partie du milieu enduit sur le support structuré est enlevée. Les modalités de l’étape 1020 de dépouillement sont sélectionnées en fonction de la nature du milieu de capture, de sorte à maximiser la proportion de milieu de capture dépouillé du support structuré et à minimiser la dégradation du support.
Dans des modes de réalisation, l’étape de dépouillement 1020 comporte un lavage du support structuré enduit de milieu de capture avec de l’eau chargée d’un détergent, par exemple avec de l’eau savonneuse. Ce mode de nettoyage sera particulièrement adapté aux milieux de capture solubles dans l’eau savonneuse. Un jet d’eau est projeté sur le support structuré pour décrocher et faire couler le milieu de capture. Le jet d’eau pourra être sous haute pression et l’eau pourra être chauffée, en fonction des besoins.
Dans des modes de réalisation, l’étape de dépouillement 1020 comporte un décapage du support structuré enduit de milieu par un flux d’air sous pression.
Dans des modes de réalisation, l’étape de dépouillement 1020 comporte un décapage du support structuré enduit de milieu de capture par un flux de vapeur sous pression. Par exemple, le flux de vapeur a une pression de 4 bars et une température comprise entre 150°C et 180°C.
Dans des modes de réalisation, l’étape de dépouillement 1020 comporte un nettoyage cryogénique. Le nettoyage cryogénique est un procédé qui s'apparente au sablage mais dont le média employé est le CO2 solide ou glace carbonique. La glace carbonique est projetée sur les surfaces à nettoyer dans un flux d'air comprimé.
On précise que plusieurs méthodes évoquées ci-dessus pour l’étape de dépouillement 1020 pourront être combinées sans dévier de l’invention.
Une fois le support structuré remis à nu au cours de l’étape 1020, une étape de remplacement 1025 du milieu de capture dépouillé est mise en œuvre. Au cours de l’étape 1025 de remplacement, le support structuré est enduit à nouveau d’un milieu de capture frais, c’est-à- dire peu chargé en microparticules. L’enduction lors de l’étape 1025 est préférentiellement identique à celle déjà décrite pour l’étape 1010 d’enduction initiale du support structuré. Dans des modes de réalisation, à l’issue de l’étape de dépouillement 1020, le milieu de capture usagé chargé en microparticules est traité afin de réduire sa teneur en microparticules. Par exemple, une méthode de filtration est mise en œuvre ou une méthode de centrifugation, de sorte à obtenir une fraction de milieu de capture recyclé dont la teneur en microparticule est moindre que celle du milieu de capture usagé. Ainsi, le milieu de capture « frais » mentionné dans la présente demande peut viser aussi bien un milieu de capture neuf qu’un milieu de capture recyclé.
On précise à ce stade que les étapes 1020 de dépouillement du milieu de capture saturé et 1025 de remplacement du milieu par enduction du support structuré par un milieu frais pourront être réalisées sur site, à l’endroit où est installé le dispositif objet de l’invention, ou dans un atelier, ou en usine. Dans le premier cas, un atelier mobile sera par exemple installé sur un wagon de train ou sur un engin mobile de service (par exemple une camionnette) de sorte à pouvoir réaliser ces étapes sur site. Dans le cas où les étapes 1020 et 1025 sont réalisées en atelier ou usine des ouvriers iront prélever les supports structurés « usés » et en installer des nouveaux (ou recyclés). Les supports structurés seront alors ramenés en atelier ou usine en vue de leur recyclage par mise en œuvre des étapes 1020 et 1025.
On décrit maintenant des tests de performance de capture des microparticules menés à bien par la demanderesse sur des modes de réalisation particuliers du dispositif de capture des microparticules selon l’invention. Plusieurs modes de réalisation particulière d’un dispositif selon l’invention sont préparés, ils sont numérotés 1 à 15 ci-après.
Dispositif pour la capture des microparticules n°l (Huile d’olive / Aerosleep ®) : on approvisionne un support tissé en feuilles de 0,045 m2 de surface et de 6mm d’épaisseur formé par tissage 3D de fibres de polyester tel que le produit Aerosleep commercialisé par la société QLEVR. Le tissage consiste en deux faces parallèles comportant des mailles de 5 mm d’ouverture (dimension moyenne) représentant environ 63% de la surface. La densité du support tissé est de 380 g/m2. Il présente un taux de vide de l’ordre de 95%. Le support est plongé dans un bain d’huile d’olive préchauffé à 60°C de manière que toute sa surface soit recouverte d’huile. Le support enduit est ressorti du bain, puis suspendu verticalement pendant 5 heures pour que l’excès d’huile s’égoutte naturellement. Le support structuré enduit de milieu de capture ainsi obtenu présente une densité de 590 g/m2. Son taux de vide est proche de 91%. On souligne que, pour réaliser les tests décrits dans la suite du texte, un nombre suffisant de feuilles de support structuré enduit d’huile a été préparé selon les spécificités mentionnées ci- dessus pour réaliser chacun des tests réalisés avec le dispositif n°l.
Dispositif n°2 (Huile de tournesol / Aerosleep ®) : on reproduit le dispositif n°l en remplaçant l’huile d’olive par de l’huile de tournesol.
Dispositif n°3 (Huile d’arachide / Aerosleep ®) : on reproduit le dispositif n°l en remplaçant l’huile d’olive par de l’huile d’arachide. Dispositif n°4 (Saindoux / Aerosleep ®) : on reproduit le dispositif n°l en remplaçant l’huile d’olive par du saindoux préalablement chauffé à 80°C. Le saindoux ainsi déposé représente environ 60% de la masse finale du support structuré enduit de milieu de capture.
Dispositif n°5 (Huile de ricin / Aerosleep ®) : on reproduit le dispositif n°l en remplaçant l’huile d’olive par de l’huile de ricin.
Dispositif n°6 (Huile d’olive / mousse PU 8ppi) : on reproduit le dispositif n°l en remplaçant le support tissé par une mousse de polyuréthane à cellules ouvertes de 8 ppi et de 3 cm d’épaisseur (référence RegiCell 8 FM2 commercialisée par la société Foampartner). Ce support a une densité de 27 kg/m3. Le diamètre des cellules ouvertes est d’environ 4,5 mm. Le taux de vide calculé à partir de la densité intrinsèque du polyuréthane (typiquement 1200 kg/m3) est d’environ 98%. Il passe à 97% après enduction de l’huile.
Dispositif n°7 (Huile d’arachide/ mousse PU 8ppi) : on reproduit le dispositif n°6 en remplaçant l’huile d’olive par de l’huile d’arachide.
Pour chacun des dispositifs n°l à 7, le support structuré enduit d’un milieu de capture, décrit ci-avant, est abrité dans un caisson.
Dispositif n°8 (Huile d’olive / Aerosleep ®) : on reproduit en tout point le dispositif n°l. Le dispositif final présente une densité de 615 g/m2, soit un taux de charge du milieu de capture de 235 g/m2.
Dispositif n°9 (Huile de tournesol / Aerosleep ®) : on reproduit en tout point le dispositif n°2. Le dispositif final présente une densité de 621 g/m2, soit un taux de charge du milieu de capture de 241 g/m2.
Dispositif n°10 (Huile d’amande douce / Aerosleep ®) : on reproduit le dispositif n°l en remplaçant l’huile d’olive par de l’huile d’amande douce. Le dispositif final présente une densité de 593 g/m2, soit un taux de charge du milieu de capture de 213 g/m2.
Dispositif n°l l (Lubrifiant hydrosoluble 1 / Aerosleep ®) : on reproduit le dispositif n°l en remplaçant l’huile d’olive par le lubrifiant hydrosoluble Solester 530 commercialisé par la société Molydal. Le dispositif final présente une densité de 536 g/m2, soit un taux de charge du milieu de capture de 156 g/m2.
Dispositif n°12 (Lubrifiant hydrosoluble 2 / Aerosleep ®) : on reproduit le dispositif n°l en remplaçant l’huile d’olive par le lubrifiant hydrosoluble Solester 540 commercialisée par la société Molydal. Le dispositif final présente une densité de 682 g/m2, soit un taux de charge du milieu de capture de 302 g/m2.
Dispositif n°13 (2 couches huile d’olive / Aerosleep ®) : on reproduit deux dispositifs identiques au dispositif n°l et on les superpose en les espaçant de 1 mm. Dispositif n°14 (4 couches huile d’olive / Aerosleep ®) : on reproduit quatre dispositifs identiques au dispositif n°l et on les superpose en les espaçant de 20 mm.
Dispositif n°15 (6 couches huile d’olive / Aerosleep ®) : on reproduit six dispositifs identiques au dispositif n°l et on les superpose en les espaçant de 20 mm.
Au cours d’un premier test (test 1), la demanderesse a procédé à l’évaluation des performances de capture des microparticules par des dispositifs selon l’invention dans un réseau souterrain de transport ferroviaires de passager, dans un tunnel.
Test 1 : les dispositifs 1 à 7 détaillés ci-avant sont exposés à l’air d’un tunnel dans un réseau souterrain de transport ferroviaires de passager, à environ 15 mètres de l’entrée d’une station souterraine. La teneur moyenne en particules fines PM10 dans la station a préalablement été mesurée à 93 pg/m3, et la vitesse de passage de l’air pollué au travers des coffrets a été mesurée à 0,14 m/s en moyenne journalière. Le caisson abritant le support structuré enduit de milieu de capture est fixé sur la paroi du tunnel, à environ 1,5 mètres du rail le plus proche. Le bas du caisson est à 20 cm du sol. La structure du caisson similaire à celle illustrée sur la figure 6. H comporte deux faces opposées ouvertes, positionnées perpendiculairement à la paroi du tunnel afin que le flux d’air généré par le passage des trains puisse le traverser. A l’intérieur du coffret plusieurs support structurés enduits de milieu de capture forment un angle de 15 degrés avec la paroi du tunnel.
Après exposition, les supports structurés enduits de milieu de capture sont prélevés puis lavés en les maintenant 15 minutes dans une eau savonneuse agitée et chauffée à 80°C de manière à décrocher les particules fines qui ont été piégées. L’eau de lavage est ensuite filtrée sur une membrane cellulose dont les ouvertures font 0, 45 pm. Les particules filtrées et la membrane sont rincées à l’éthanol afin d’éliminer les résidus d’huile. La quantité de PM récoltée est déterminée par pesée de la membrane, après séchage à 60°C pendant 2 heures.
Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau 1 pour différents supports structurés enduits de milieu de capture et pour différentes durées d’exposition. Ils sont exprimés en grammes (g) de particules solides (PM) récoltées sur le support structuré enduit de milieu de capture par jour et par mètre carré de support structuré enduit de milieu de capture (gPM/m2/j), en moyenne sur la période d’exposition.
[Table 1]
Les dispositifs testés montrent de bonnes performances de captures en air ambiant dans un environnement cloisonné souterrain. On constate une quantité de particules capturées comprise entre 0,18 gPM/m2/j et 1,01 gPM/m2/j en fonction des tests, avec une moyenne de l’ordre de 0,47 gPM/m2/j. On constate qu’une durée plus longue d’exposition, jusqu’à 56 jours, ne semble pas diminuer significativement la quantité moyenne de particules capturées.
Les analyses granulométriques des particules en suspension menés sur les eaux de lavage des essais référencés Testl-b et Testl-c du tableau 1 (essais de reproduction) indiquent, dans les deux cas, une fraction volumique en PM10, en PM2.5 et en PMI respectivement de 48%, 19% et 4%.
Au cours d’un deuxième test (test 2), la demanderesse a procédé à l’évaluation des performances de capture des microparticules par des dispositifs ayant subi un dépouillement d’un milieu de capture usé puis une nouvelle enduction par un milieu neuf. Ces dispositifs réutilisés sont testés dans un réseau souterrain de transport ferroviaires de passager.
Test 2 : Les supports structurés enduits de milieu de capture issus des essais référencés Testl- b et Testl-k du tableau ci-avant sont recyclés par ré-enduction d’huile, respectivement selon les mêmes conditions que celles décrites pour les dispositifs n°l et n°3 ci-avant. Les dispositifs obtenus après ré-enduction sont exposés de nouveau dans les mêmes conditions que pour le test 1. Le tableau n°2 compare les résultats obtenus pour les supports structurés enduits de milieu de capture neufs (référencés Testl-b et Testl-k ci-avant) et pour les supports structurés enduits de milieu de capture recyclés une et deux fois. [Table2]
On constate que les supports structurés recyclés et enduit à nouveau (Test2-a, b, c et d) capturent une quantité comparable, c’est-à-dire du même ordre de grandeur, de particules que les supports neufs enduits de milieu de capture neuf (Testl-b et k).
Au cours d’un troisième test (test 3), la demanderesse a procédé à l’évaluation des performances de capture des microparticules par des dispositifs selon l’invention dans un réseau souterrain de transport ferroviaires de passager, au niveau d’un quai dans une station.
Test 3 : On reproduit les conditions du test 1 mais en plaçant le caisson contenant les supports structurés enduit de milieu de capture dans une station, sous un nez de quai. Le bas du caisson est au niveau du ballast, en milieu de station et sa distance du rail le plus proche est de 0,8 mètre. En moyenne journalière, la vitesse d’air au travers du coffret a été mesurée à 0.31 m/s. Les résultats sur cet emplacement sont donnés dans le tableau n°3 pour différents supports structurés enduits de milieu de capture et durées d’exposition.
[Table3]
On constate que les supports placés sous un nez de quai (Test3- a à g) capturent une quantité comparable, c’est-à-dire du même ordre de grandeur, de particules que les supports placés dans un tunnel (Testl-a à f et s). Au cours d’un quatrième test (test 4), la demanderesse a procédé à l’évaluation des performances de capture des microparticules par des dispositifs selon l’invention dans un réseau souterrain de transport ferroviaires de passager, au niveau d’un couloir permettant la circulation pédestre des passagers.
Test 4 : les conditions du premier test sont reproduites mais en plaçant le caisson contenant les supports structurés enduits de milieu de capture sur le mur d’un couloir passager débouchant sur le quai de la station à une hauteur d’environ 1,5 mètres du sol. En moyenne journalière, la vitesse d’air au travers du coffret a été mesurée à 0,43 m/s. Les résultats sur cet emplacement sont donnés dans le tableau n°4 pour différents dispositifs et durées d’exposition.
[Table4]
On constate que les supports placés dans un couloir pour les passagers (Test4) capturent une quantité comparable, c’est-à-dire du même ordre de grandeur, de particules que les supports placés dans un tunnel (Test 1) ou sous le nez de quai (Test 3). Toutefois la quantité de particules capturées par les supports placés dans un couloir pour les passagers (Test 4) est significativement moindre.
Au cours d’un cinquième test (test 5), la demanderesse a procédé à l’évaluation des performances de capture des microparticules par des dispositifs selon l’invention à proximité d’un axe de circulation routier.
Test 5 : Les supports structurés enduits de milieu de capture sont accrochés sur un grillage protégé de la pluie et exposés directement à l’air extérieur à proximité d’un carrefour à grande circulation. Les quantités de microparticules récoltées sur la période d’exposition sont déterminées par lavage comme dans le test n°l. Les résultats sont donnés dans le tableau n°5.
[Table5]
Les dispositifs testés montrent de bonnes performances de captures en air ambiant dans un environnement à l’air libre. On constate une quantité de particules capturées comprise entre 0,43 gPM/m2/j et 1,44 gPM/m2/j en fonction des tests, avec une moyenne de l’ordre de 0,84 gPM/m2/j.
L’analyse granulométrique des particules en suspension dans les eaux de lavage de l’exemple n° 5a indique que les particules PM 10, PM2.5 et PMI représentent des fractions volumiques respectives de 62%, 23% et 9%.
Test 6 : Les dispositifs n°8 à 12 sont utilisés pour comparer la facilité de lavage du média selon la nature du milieu de capture. Les dispositifs n°8 à 10 sont lavés par trempage dans de l’eau à 70°C contenant un surfactant, sous ultrasons pendant 15 minutes. Le média est ensuite sorti du bain de lavage, rincé à l’eau, séché 2 heures à 60°C puis pesé.
Les dispositifs n°l l et 12 sont lavés par trempage dans de l’eau à température ambiante, sans surfactant, sous ultrasons pendant 15 minutes. Le média est ensuite sorti du bain de lavage, rincé à l’eau, séché 2 heures à 60°C puis pesé.
Pour chaque dispositif, on procède au calcul du taux de lavage du milieu de capture. Le taux de lavage, sans unité et exprimé en pourcentages, est calculé comme suit ;
[Math 1]
Ti - Tf
Taux de lavage (%) = 1 - - —
1 i
Où Ti est la charge initiale exprimée en gramme par mètre carré (g/m2). Ti est obtenu en soustrayant la densité du support seul (en g/m2) à la densité du support enduit (en g/m2).
Où Tf est la charge finale (en g/m2). Tf est obtenu en soustrayant la densité du support seul (en g/m2) à la densité du support enduit puis lavé (en g/m2).
Un taux de lavage important, plus proche de 100%, indique qu’une récupération importante du milieu de capture est permise par le lavage. Au contraire, un taux de lavage de faible valeur, indique une récupération moindre du milieu de capture. Les taux de lavage obtenus sont nettement supérieurs pour les dispositifs 11 et 12, par rapport aux taux de lavage des dispositifs 8 à 10, malgré l’absence de chauffage de l’eau de lavage et l’absence de surfactant.
Ces résultats montrent qu’une meilleure récupération du milieu de capture est obtenue lorsque le milieu de capture est un lubrifiant hydrosoluble (tests 6-d et 6-e), comparé à une récupération moindre lorsque le milieu de capture est une huile végétale (tests 6-a à 6-c).
[Table 6]
Test 7 : Les supports structurés enduits de milieu de capture sont positionnés en bordure d’un boulevard urbain à grande circulation, dans un caisson les protégeant de la pluie. Les quantités de microparticules récoltées sur la période d’exposition sont déterminées par lavage comme dans le test n°l. Les résultats sont donnés dans le tableau n°7.
On souligne que les tests 7a et 7b ont été réalisés lors d’une première période, que les tests 7c et 7d ont été réalisés lors d’une deuxième période distincte de la première et que les tests 7e, 7f et 7g ont été réalisés lors d’une troisième période, à des dates différentes des deux premières. Ainsi, les différences de particules capturées entre le test 7a et le test 7e, tous deux réalisés sur une durée de 14 jours d’exposition et avec le dispositif 1, s’expliquent par les différences des conditions (concentration en particules dans l’air, conditions météorologiques) lors de ces tests.
Pour les tests 7-b et 7-d, les masses de particules captées sur chacune des deux couches du dispositif n°13 sont respectivement de 2,89 g/m2/j et 2,03g/m2/j pour le test 7-b et 1,63 g/m2/j et 4,1 lg/m2/j pour le test 7-d. Pour le test 7-f, les masses de particules captées sur chacune des quatre couches du dispositif n° 14 étaient respectivement de l,99 g/m2/j, l,58 g/m2/j, 1,31 g/m2/j et 1,72 g/m2/j. Pour le test 7-g, les masses de particules captées sur chacune des quatre couches du dispositif n°15 étaient respectivement de 2,10 g/m2/j, 1,93 g/m2/j, 1,61 g/m2/j, 1,17 g/m2/j, 1,25 g/m2/j et 1,49 g/m2/j.
Les analyses granulométriques des particules en suspension dans les eaux de lavage des couches n°l et n°2 du dispositif 14 de l’exemple n°7f indiquent que les particules PM10, PM2.5 et PMI représentent des fractions volumiques respectives de 82%, 29% et 8% pour la première couche et 89%, 52% et 16% pour la deuxième couche. Les analyses granulométriques des particules en suspension dans les eaux de lavage des couches n°l et n°3 du dispositif 15 de l’exemple n° 7g indiquent que les particules PM10, PM2.5 et PMI représentent des fractions volumiques respectives de 94%, 59% et 15% pour la première couche et 99%, 54% et 13% pour la troisième couche.
[Table7]
Test 8 : Au cours du test 8, on mesure la perte de charge des supports structurés enduits de milieu de capture en fonction de la vitesse d’air qui les traverse pour les dispositifs 1, 13, 14 et 15. Pour chacun de ces tests un support structuré tel que décrit pour les dispositifs 1, 13, 14 et 15 est découpé en un disque de 40 mm de diamètre puis enduit d’un milieu de capture comme détaillé ci-avant dans la description des dispositifs 1, 13, 14 et 15. Le support structuré enduit de milieu de capture est placé dans un tube de même diamètre (40 mm), équipé d’un capteur de pression différentielle entre l’amont et l’aval du disque. On applique une pression d’air variable à l’entrée du tube et on mesure la vitesse de passage de l’air au travers du dispositif grâce à un anémomètre placé en amont du disque. On note la perte de charge générée par le disque pour chaque vitesse d’air. On vérifie que la perte de charge est proportionnelle au carré de la vitesse d’air. Par régression linéaire, on calcule la perte de charge générée par le dispositif pour une vitesse d’air de 5 mètres par seconde.
Les résultats sont reportés sur la figure 9 en fonction du carré de la vitesse d’air. Pour une vitesse d’air de 5 mètres par seconde, la perte de charge de ces dispositifs est respectivement de 26 Pa, 65 Pa, 127 Pa et 189 Pa.
On rappelle que, selon l’invention, le support structuré enduit dudit milieu de capture est configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire comprise entre 0,1 m/s et 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 300 Pa, préférentiellement sans provoquer une perte de charge supérieure à 250 Pa.

Claims

REVENDICATIONS ispositif pour la capture des microparticules en suspension dans l’air, caractérisé en ce que
- le dispositif est dépourvu de moyens actifs de ventilation et dépourvu de moyens d’alimentation en énergie électrique,
- le dispositif comporte un support structuré traversé par un grand nombre d’ouvertures de dimension minimale comprise entre 1 millimètre et 15 mm, ledit support structuré présentant un taux de vide supérieur à 80%, préférentiellement supérieur à 85%, préférentiellement supérieur à 90%, très préférentiellement de l’ordre de 95%,
- le support structuré étant enduit d’un milieu de capture des microparticules en suspension dans un flux d’air choisi parmi : les huiles végétales, les huiles minérales, les huiles synthétiques et semi- synthétiques, les lubrifiants hydrosolubles, les huiles silicones, les graisses animales, seuls ou en mélange,
- le support structuré enduit dudit milieu de capture étant configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire comprise entre 0,1 et 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 300 Pa, préférentiellement sans provoquer une perte de charge supérieure à 250 Pa. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le support structuré est formé dans une matière non poreuse. ispositif selon l’une des revendications qui précèdent, dans lequel le support structuré est disposé sensiblement verticalement et dans lequel le milieu de capture est un matériau liquide à température ambiante maintenu par tension de surface sur le support structuré. ispositif selon l’une des revendications qui précèdent, dans lequel le milieu de capture est une huile végétale choisie parmi l’huile d’olive, d’abricot, de jojoba, d’amande douce, de ricin, de coco, de karité, de noisette, de prune, d’argousier, d’argan, d’avocat, de chanvre, de macadamia, de tournesol oléique ou de palme ou dans lequel le milieu de capture est choisie parmi les huiles de silicone et de paraffine ou parmi les lubrifiants hydrosolubles à base de polyesters. Dispositif selon l’une des revendications qui précèdent, dans lequel le milieu de capture comporte une huile végétale choisie parmi les compositions contenant peu d’acides gras insaturés et polyinsaturés ou contenant une teneur élevée en antioxydant, qui leur confèrent une bonne stabilité dans le temps. Dispositif selon l’une des revendications qui précèdent, dans lequel le milieu de capture comporte une huile végétale comportant un composé antioxydant ajouté. Dispositif selon l’une des revendications qui précèdent, dans lequel le milieu de capture comporte une huile de silicone choisi parmi les polydiméthylsiloxanes, purs ou modifiés par des poly éthers. Dispositif selon l’une des revendications qui précèdent, dans lequel le support structuré comporte un textile tissé, préférentiellement tissé en fibres de polyester Dispositif selon l’une des revendications qui précèdent, dans lequel le support structuré comporte une mousse alvéolaire dont les cellules sont ouvertes et dont la taille est comprise entre 2 et 10 mm, préférentiellement choisie parmi une mousse en polyuréthane et une mousse en métal ou en céramique à base d’alumine ou de mélange d’oxydes métalliques. Dispositif selon l’une des revendications qui précèdent, dans lequel le support structuré comporte une pluralité de plaques assemblées entre elles. Dispositif selon l’une des revendications qui précèdent, dans lequel le support structuré comporte une structure métallique. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le support structuré métallique est anodisé. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, dans lequel le support structuré est un assemblage de plusieurs plaques métalliques, préférentiellement comportant une plaque métallique en métal déployé et ondulée par emboutissage intercalée entre deux plaques métalliques en métal déployé. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 11 ou 12, dans lequel le support structuré comporte une structure métallique en nid d’abeille formant un motif en alvéoles polygonales, notamment hexagonale ou rectangulaire. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support structuré comporte une pluralité de couches superposées et espacées entre elles d’une distance d’au moins 0,5 mm, préférentiellement espacée de au moins 1 mm, très préférentiellement espacées de au moins 5 mm. Dispositif selon l'une quelconque des revendications qui précédent, qui comporte un caisson (351) abritant le support structuré enduit de milieu de capture et dans lequel le caisson présente une épaisseur inférieure à 40 cm, de préférence inférieure à 30 cm et très préférentiellement inférieure à 25 cm. Utilisation d’un dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans un souterrain, notamment dans un complexe dédié au transport collectif ferroviaire, particulièrement dans les zones de circulation pédestre des passagers, au nez d’un quai, à l’embouchure d’un tunnel ferroviaire, dans un tunnel ferroviaire en zone de freinage, ou encore dans un tunnel ferroviaire en zone d’accélération. Utilisation selon la revendication 17, dans lequel le dispositif est positionné dans les derniers mètres du tunnel avant l’arrivée en gare, le plus près possible du rail extérieur et idéalement en regard du système de freinage d’un train lorsque le train entre en gare, et positionné à une hauteur correspondant à la hauteur du système de freinage du train ou juste au-dessus. Procédé (1000) de capture des microparticules en suspension dans l’air, caractérisé en ce qu’il comporte :
- la fourniture (1005) d’un support structuré traversé par un grand nombre d’ouvertures de dimension minimale comprise entre 1 mm et 15 mm, ledit support structuré présentant un taux de vide supérieur à 80%, préférentiellement supérieur à 85%, préférentiellement supérieur à 90%, très préférentiellement de l’ordre de 95%,
- l’enduction (1010) du support structuré par un milieu de capture configuré pour capter par contact des microparticules en suspension dans un flux d’air et choisi, seul ou en mélange, parmi : une huile végétale, une huile minérale, une huile synthétique ou semi- synthétique, un lubrifiant hydrosoluble, une huile silicone et une graisse animale, le support structuré enduit d’huile étant configuré pour être traversé par un flux d’air de vitesse linéaire comprise entre 0,1 m/s et 5 m/s sans provoquer une perte de charge supérieure à 300 Pa, préférentiellement sans provoquer une perte de charge supérieure à 250 Pa et
- la mise en contact (1015) du support structuré avec un flux d’air chargé en microparticules sans moyens actifs de ventilation permettant la circulation forcée du flux d’air chargé en microparticules. Procédé selon la revendication 19, qui comporte :
- une étape de dépouillement (1020) d’au moins une partie du milieu enduit sur le support structuré et
- une étape de remplacement (1025) du milieu de capture dépouillé par enduction du support structuré par un milieu de capture frais. Procédé selon la revendication 20, dans lequel l’étape de dépouillement comporte un lavage du support structuré enduit de milieu de capture à l’eau savonneuse. Procédé selon l’une quelconque des revendications 20 ou 21, dans lequel l’étape de dépouillement comporte un décapage du support structuré enduit de milieu de capture par un flux d’air sous pression ou par un flux de vapeur sous pression. Procédé selon l’une quelconque des revendications 20 à 22, dans lequel l’étape de dépouillement comporte un nettoyage cryogénique. Procédé selon l’une quelconque des revendications 19 à 23, dans lequel l’enduction du support structuré par un milieu de capture est réalisée par trempage du support structuré dans un milieu de capture ou par aspersion du milieu de capture sur le support structuré. Procédé selon l’une quelconque des revendications 19 à 24, dans lequel l’enduction du support structuré par un milieu de capture comporte une étape de chauffage du milieu de capture utilisé pour le trempage ou l’aspersion.
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