FR3092012A1 - Module et système de dépollution d'air - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un module de dépollution d'air par électrofiltration humide, caractérisé en ce qu'il comporte : Au moins un premier conduit (30) tubulaire de forme hélicoïdale à section fermée présentant une paroi (300) délimitant un espace interne et un espace externe et comportant une entrée d'eau, une entrée d'air et une sortie d'air, Au moins une première électrode (33) et une deuxième électrode (34), ladite deuxième électrode (34) étant réalisée en continu sur toute la longueur du premier conduit (30), Une première rampe d'écoulement (303) d'un flux d'eau (F_eau) reliée à ladite entrée d'eau et un canal d'écoulement d'un flux d'air (Fi_air) relié à ladite entrée d'air, ladite rampe d'écoulement et ledit canal d'écoulement étant superposés et agencés dans le même espace interne dudit conduit (30) entre ladite première électrode et ladite deuxième électrode. Figure à publier avec l'abrégé : Fig. 7

Description

Module et système de dépollution d'air

Domaine technique de l'invention

La présente invention se rapporte un module de dépollution d'air par électrofiltration humide. Il s'agira notamment de l'air urbain. L'invention concerne également un système comportant plusieurs modules de même type assemblés entre eux. L'invention concerne enfin un procédé de dépollution d'air utilisant ledit système.

Etat de la technique

La pollution de l’air dans les villes est un problème de santé publique mondial. L'air respiré par les populations contient un taux élevé de polluants tels que par exemple :

• Particules aéroportées (particules en suspension, micro et nanoparticules issues des procédés de combustion, pollens, microorganismes aéroportés, etc.)
• Gaz nocifs (Ozone, monoxyde de carbone, NOx, etc.).

Même si la production des polluants provenant des activités humaines pourrait se réduire dans les années à venir grâce à l'émergence de nouvelles technologies, une dépollution de l’air déjà pollué devra aussi être mise en œuvre.

Certains systèmes ont déjà été imaginés, comme ceux décrits dans la demande de brevetUS2010/101417A1. Dans cette demande de brevet, la solution consiste en un système de filtration d'air positionné sur les immeubles d'une ville. Une telle solution présente cependant certains inconvénients, liés notamment à la nécessité de remplacement/nettoyage du filtre et à la récupération des particules qui ont été piégées dans le filtre. De plus le fonctionnement du système de dépollution doit idéalement pouvoir être adapté dans le temps au niveau de pollution ambiante pour réduire son coût de fonctionnement.

Le but de l'invention est de proposer une solution permettant une dépollution répartie en un nombre de sites arbitraires suivant une aire donnée en fonction du niveau de pollution de chaque site, qui soit fiable, qui soit économe en énergie et qui ne nécessite pas un entretien trop fréquent.

Ce but est atteint par un module de dépollution d'air par électrofiltration humide, qui comporte :

• Au moins un premier conduit tubulaire de forme hélicoïdale à section fermée présentant une paroi délimitant un espace interne et un espace externe et comportant une entrée d'eau, une entrée d'air et une sortie d'air,
• Au moins une première électrode et une deuxième électrode, ladite deuxième électrode étant réalisée en continu sur toute la longueur du premier conduit,
• Une première rampe d'écoulement d'un flux d'eau reliée à ladite entrée d'eau et un canal d'écoulement d'un flux d'air relié à ladite entrée d'air, ladite rampe d'écoulement et ledit canal d'écoulement étant superposés et agencés dans le même espace interne dudit conduit entre ladite première électrode et ladite deuxième électrode,
• Ladite rampe comportant une surface d'écoulement continue sur toute sa longueur et en contact avec ladite première électrode (33),
• Ladite rampe d'écoulement étant inclinée suivant une pente faisant un angle supérieur à 0° et inférieur à 60°.

Selon une particularité, le module comporte un conduit collecteur connecté à ladite sortie d'air.

Selon une autre particularité, le conduit collecteur est inséré dans l'axe du premier conduit hélicoïdal.

Selon une autre particularité, le module comporte des moyens de connexion mécanique amonts pour se connecter à un module adjacent en amont et des moyens de connexion mécanique avals pour se connecter à un module adjacent en aval.

Selon une autre particularité, le module comporte des moyens de connexion électrique reliés à la deuxième électrode.

Selon une autre particularité, le module comporte des moyens de connexion électrique reliés à la première électrode.

Selon une réalisation particulière, le module comporte deux conduits de forme hélicoïdale enroulées autour d'un même axe, comprenant chacun une rampe d'écoulement distincte.

L'invention concerne également un système de dépollution d'air par électrofiltration humide, qui comporte :

• n modules, n étant supérieur ou égal 1, chaque module étant tel que défini ci-dessus et identifié par un rang i, avec i allant de 1 à n,
• Un système de génération d'un flux d'air à dépolluer, agencé pour générer au moins un flux d'air par l'entrée d'air du module de rang 1,
• Un système de génération d'un flux d'eau relié à l'entrée d'eau du module de rang 1 pour générer ledit flux d'eau,
• Un générateur de tension connecté à la première électrode de chaque module et à la deuxième électrode d'au moins un module du système.

Selon une particularité, le système de génération d'un flux d'air à dépolluer comporte au moins une pompe d'aspiration ou un ventilateur connecté mécaniquement à la sortie d'air du module de rang n.

Selon une particularité, lorsque n est supérieur ou égal à 2, les modules sont interconnectés mécaniquement ainsi qu'électriquement par leur deuxième électrode respective.

Selon une autre particularité, le système de génération d'un flux d'air à dépolluer est relié à l'entrée d'air de chaque module pour générer un flux d'air dans chaque module par leur entrée d'air respective.

Selon une particularité, le système de génération d'un flux d'eau comporte des moyens d'aspiration d'eau prélevée sur un circuit d’eau potable ou d'eau filtrée.

Selon une réalisation particulière, le système de génération d'un flux d'eau comporte des moyens d'aspiration d'eau prélevée sur un circuit d’eau interne au système de dépollution d'air, fonctionnant en circuit fermé.

Selon une autre réalisation particulière, le système de génération d'un flux d'eau comporte un réservoir placé au-dessus du système de dépollution d'air pour générer ledit flux d'eau. Le réservoir peut être alimenté par les eaux pluviales.

Selon une autre particularité, le système comporte un deuxième conduit tubulaire coaxial audit premier conduit de chaque module, s'étendant du module de rang 1 au module de rang n, et en ce que la sortie d'air de chaque module est connectée à une entrée d'air distincte de ce deuxième conduit.

Selon une réalisation particulière, le système comporte des moyens de décharge comprenant au moins une électrode de décharge portée à haute tension et produisant en son voisinage une ionisation de l’air à dépolluer.

L'invention concerne également un procédé de dépollution d'air, mis en œuvre à l'aide du système tel que défini dans l'une des revendications ci-dessus et comportant les étapes suivantes :

• Génération d'un flux d'air à dépolluer par l'entrée d'air d'un module de rang i,
• Génération d'un flux d'eau par l'entrée d'eau d'un module de rang i,
• Activation du générateur de tension pour générer un champ électrostatique entre la deuxième électrode du module de rang i et le flux d'eau s'écoulant dans ledit système et mis en contact avec la première électrode du module de rang i.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels :

• La figure 1 illustre le principe d'implantation de plusieurs systèmes de dépollution d'air conformes à l'invention au sein d'une ville ;

• La figure 2 représente, suivant un plan vertical, une vue en coupe longitudinale du conduit d'un module de dépollution d'air conforme à l'invention et illustre son principe de fonctionnement ;

• La figure 3 représente une vue en coupe transversale du conduit d'un module de dépollution d'air conforme à l'invention ;

• La figure 4 représente une vue en coupe transversale du conduit du module de dépollution d'air selon une variante de réalisation ;

• La figure 5 représente un module de dépollution conforme à l'invention, réalisé selon une forme hélicoïdale ;

• La figure 6 représente une vue en coupe transversale d'un module de dépollution d'air conforme à l'invention et illustre son principe de fonctionnement ;

• La figure 7 illustre le principe de fonctionnement d'un module de dépollution d'air conforme à l'invention ;

• La figure 8 représente de manière schématique le système de dépollution d'air de l'invention et illustre son principe de fonctionnement ;

• La figure 9 représente un système à deux modules hélicoïdaux assemblés entre eux ;

• La figure 10 illustre le principe de fonctionnement du système de dépollution de l'invention, à la jonction entre deux de ses modules ;

• La figure 11 illustre de manière schématique, une variante de réalisation du système de dépollution de l'invention ;

• La figure 12 illustre de manière schématique le principe de fonctionnement d'une installation de dépollution d'air incluant plusieurs systèmes de dépollution d'air conformes à l'invention ;

Description détaillée d'au moins un mode de réalisation

Dans la suite de la description, les termes "amont" et "aval" sont à comprendre en tenant compte du sens des flux d'air et d'eau présents dans le système.

Le système de dépollution d'air de l'invention est fondé sur le principe de l'électrofiltration humide, appelé également principe de précipitation électrostatique humide. Il s'agit de venir piéger les particules P présentes dans l'air pollué par précipitation dans un écoulement d'eau en utilisant un champ électrostatique E, l'écoulement d'eau étant réalisé dans l'invention sous la forme d'une lame ou d'un film liquide s'écoulant de manière continue sur une surface.

Comme représenté sur la figure 1, à titre d'exemple, le système 1_x (avec x allant de 1 à 4 sur la figure 1) de l'invention peut notamment se fixer sur un immeuble 2 à plusieurs étages, comme une conduite de descente d’eau pluviale, le rendant facile à implanter et à déployer dans des architectures existantes. Un tel système se déploie ainsi autour d’un axe central sensiblement vertical.

Le système est destiné à aspirer l'air environnant pollué sous la forme d'un ou plusieurs flux d'air F_air_in, à traiter l'air pollué dans sa colonne et à rejeter l'air dépollué vers l'extérieur, sous la forme d'un flux d'air sortant F_air_out.

A titre d'exemple, le système peut piéger les particules contenues dans l’air, certains gaz polluants comme les gaz acides solubles (SO₂, HCl, NH₃…) et même des métaux lourds à l’état gazeux ou sous forme de particules.

On verra ci-après que le système 1_x peut se composer de plusieurs modules Mi assemblés entre eux et mis bout-à-bout. Le système peut ainsi comporter n modules du même type, n étant supérieur ou égal à 1. On considérera qu'un seul module Mi est cependant suffisant pour réaliser le système et mettre en place le principe de l'invention.

Un module Mi du système se présente sous la forme d'un élément préférentiellement monobloc.

En référence aux figures 2 à 4, un module Mi comporte un conduit 30 à section transversale fermée situé dans un plan méridien défini par rapport au dit axe central dans lequel il s'agit de faire passer à la fois un flux d'air Fi_air et un flux d'eau F_eau. Le conduit 30 est réalisé dans un matériau qui est isolant électriquement. Le flux d'air Fi_air et le flux d'eau F_eau sont avantageusement orientés suivant la même direction et dans le même sens à l'intérieur du conduit 30 (figure 3). Le conduit 30 comporte ainsi une paroi 300 délimitant un espace interne formant la section d'écoulement 301 du conduit 30 et un espace externe situé à l'extérieur. Cette section d'écoulement 301 comporte un canal d'écoulement 302 du flux d'air Fi_air et une rampe d'écoulement 303 du flux d'eau F_eau qui sont superposés, les deux flux étant destinés à être en contact l'un avec l'autre lors de leur circulation dans le conduit 30. Le conduit présente une frontière supérieure située en entrée de conduit et une frontière inférieure située en bout de conduit.

Le module Mi comporte une entrée d'air au niveau de sa frontière supérieure par laquelle est injecté le flux d'air Fi_air et une entrée d'eau au niveau de sa frontière supérieure par laquelle est injecté le flux d'eau.

Le module comporte ensuite au moins deux électrodes 33, 34 entre lesquelles est établi le champ électrostatique E qui permet la précipitation des particules P de l'air à dépolluer dans le flux d'eau F_eau.

Une première électrode 33 est intégrée ou fixée avantageusement à la paroi 300 du conduit 30 qui forme la rampe d'écoulement 303 d'eau de manière à être recouverte par le flux d'eau F_eau lorsque ce dernier circule sur la rampe.

La première électrode 33 peut être réalisée en continu sur toute la longueur du conduit 30 ou seulement sur une partie de la longueur de celui-ci (comme on peut le voir sur la figure 3). Le module Mi peut également comporter plusieurs électrodes 33 de ce type, espacées entre elles d'une distance donnée. Le flux d'eau F_eau en contact avec la première électrode 33 joue ainsi le rôle d'électrode maintenue à la terre.

La deuxième électrode 34 joue le rôle d'électrode active. Celle-là est également avantageusement intégrée ou fixée à la paroi 300 du conduit 30 (figures 2, 3 et 4). Elle est émergée en permanence, c'est-à-dire hors du flux d'eau F_eau. Elle est avantageusement réalisée de manière continue sur toute la longueur du conduit 30 (figure 2).

Dans une première variante de réalisation représentée sur la figure 3, chaque électrode 33, 34 peut se présenter sous la forme d'une plaque métallique, par exemple rectangulaire, intégrée à la paroi du conduit. Avantageusement, la première électrode est ainsi en contact avec le flux d'eau F_eau et la deuxième électrode est en contact avec le flux d'air Fi_air. La surface de la première électrode 33 qui est en contact avec le flux d'eau F_eau est avantageusement affleurante à la surface d'écoulement du conduit 30.

La première électrode 33 s'étend avantageusement sur tout ou partie de la largeur de la surface d'écoulement du flux d'eau F_eau.

La deuxième électrode 34 peut présenter avantageusement une largeur au moins égale à celle de la première électrode.

Dans cette première variante de réalisation, le champ électrostatique E créé entre les deux électrodes suit une direction transversale aux directions du flux d'eau et du flux d'air, avantageusement perpendiculaire à ces directions.

Dans une deuxième variante de réalisation représentée sur la figure 4, chaque électrode 33, 34 peut être réalisée sous la forme d'un câble métallique distinct. Pour jouer le rôle de la première électrode 33, le câble peut être fixé sur la rampe d'écoulement du flux d'eau. Pour jouer le rôle de la deuxième électrode 34, le câble est fixé sur la face interne supérieure du conduit.

Comme représenté sur les figures 3 et 4, on a ainsi une section qui comporte, de bas en haut :

• La première électrode 33 destinée à être placée à un premier potentiel électrique, intégrée ou fixée à la paroi 300 du conduit 30 avantageusement disposé vers l’extérieur de la rampe comme indiqué sur la figure 5 ;
• Le flux d'eau F_eau d'une profondeur donnée suffisante pour rester continu et stable le long de la rampe d'écoulement ;
• Le flux d'air Fi_air situé au-dessus du flux d'eau F_eau pour être en contact direct avec le flux d'eau afin de permettre aux particules à piéger d'être capturées par le flux d'eau F_eau ;
• La deuxième électrode 34 destinée à être placée à un deuxième potentiel électrique, différent du premier potentiel, pour créer le champ électrostatique E avantageusement disposé vers intérieur de la rampe comme indiqué sur la figure 4 ;

Sur les figures 3 et 4, le flux d'eau F_eau est représenté incurvé à sa surface, pour tenir compte de la force centrifuge due à la forme hélicoïde de la rampe d'écoulement du conduit, le dit effet ayant tendance à déplacer le flux d’eau à l’extérieur de la rampe.

Le flux d'eau F_eau s'écoule par gravité dans le conduit 30, ledit conduit pouvant être réalisé suivant une hélice inscrite dans des types variés de cylindre. Le cylindre peut être de section quelconque, par exemple circulaire, elliptique ou de toute autre forme. Sur les figures annexées et de manière avantageuse, la section du cylindre est circulaire. Pour permettre son écoulement, la rampe d'écoulement 303 du flux d'eau F_eau présente une surface d'écoulement qui est inclinée par rapport à la verticale. Son inclinaison est par exemple définie par un angle A (figure 2) par rapport au plan horizontal qui est supérieur à 0° et inférieur à 60°, avantageusement compris entre 5° et 45°. Cet angle peut être constant sur toute la longueur du conduit ou variable. La pente doit être suffisamment prononcée pour permettre l'écoulement du flux d'eau F_eau mais pas trop prononcée pour rester stable et maximiser son temps de parcours, de façon à augmenter la durée de rencontre de l'air à dépolluer avec le flux d'eau F_eau.

Il faut noter que la surface d'écoulement sur laquelle le flux d'eau F_eau est amené à circuler est avantageusement continue, hydrophile, lisse et plane, de manière à permettre au flux d'eau F_eau d'être le plus stable possible lors de son écoulement et de conserver un champ électrostatique E le plus constant possible sur toute la longueur du conduit 30. Elle sera également avantageusement réalisée dans un matériau résistant à la corrosion.

Selon l'invention, comme illustré par les figures 5 à 7, le conduit 30 du module Mi est réalisé suivant une hélice inscrite avantageusement sur un cylindre circulaire droit. Le rayon et le pas de l'hélice sont choisis pour obtenir l'inclinaison voulue de la rampe d'écoulement. La rampe d'écoulement du flux d'eau F_eau suit ainsi le profil hélicoïdal défini par les parois du conduit.

Le conduit comporte une première extrémité par laquelle est injecté un flux d'eau entrant F_eau_in et peut comporter une première ouverture 40_i réalisée à travers sa paroi, par laquelle est injecté un flux d'air entrant Fi_air_in à traiter par ce module et une deuxième ouverture 41_i réalisée à travers sa paroi par laquelle ressort un flux d'air Fi_air_out traité par ce module. La première ouverture 40_i est bien entendu réalisée en amont par rapport à la deuxième ouverture 41_i. Comme on peut le voir sur la figure 7, le flux d'eau F_eau est amené à descendre le long de la rampe hélicoïdale et les électrodes 33, 34 décrites ci-dessus et intégrées au module permettent la création du champ électrostatique E pour piéger les particules présentes dans le flux d'air.

La configuration hélicoïdale conduit à un faible encombrement tout en maximisant le temps de séjour des particules P et des gaz dans l’espace destiné à les piéger. Cette configuration permet donc de maximiser les rendements de collecte. De surcroit :

• La configuration hélicoïdale avec un écoulement gaz-liquide descendant est stabilisante pour l’interface gaz/liquide ;
• Des écoulements secondaires, dits cellules de Dean, peuvent contribuer à allonger le temps de séjour des particules et molécules de gaz et à multiplier les rencontres avec l’interface gaz/liquide ;

A titre d'exemple, un module Mi peut présenter les dimensions suivantes :

• La rampe d'écoulement hélicoïdale possède un rayon pouvant être compris entre 3 centimètres et 10 centimètres et un pas allant de 3 centimètres à 10 centimètres.
• Chaque module de collecte des particules et gaz nocifs peut mesurer de 50 centimètres à 300 centimètres.

Selon un aspect particulier de l'invention illustré par la figure 7, chaque module Mi peut comporter un conduit supplémentaire 60, par exemple central et coaxial avec son conduit 30 hélicoïdal. Ce conduit 60 sert ainsi de collecteur d'air purifié et peut être connecté à la sortie d'air du module Mi pour recevoir le flux d'air Fi_air_out sortant dépollué par le module Mi. Lorsque les modules sont empilés, l’air purifié par chaque module Mi peut ainsi être transféré directement au centre du système dans le collecteur d’admission formé par ce conduit 60. Comme déjà précisé et représenté sur la figure 8,l'air dépollué peut ensuite être renvoyé directement vers la base du système. Son emplacement central permet de proposer une solution d'évacuation de l'air traité dans un encombrement minimal. Bien entendu, ce conduit 60 pourrait être agencé différemment. Par ailleurs, dans un système à plusieurs modules assemblés entre eux, le conduit 60 de récupération du module Mi de rang i est connecté à celui du module de rang i-1 et à celui de rang i+1, de manière à former un seul tube le long de la colonne.

De manière non limitative, comme illustré par la figure 6, la paroi de ce conduit 60 peut former lui-même la section interne du conduit 30 du module de forme hélicoïdale. On peut ainsi disposer d'une solution entièrement monobloc.

Selon l'invention, le système 1_x peut comporter un seul module de ce type ou même plusieurs modules connectés en série de manière à assembler les conduits entre eux de manière jointive et ainsi former un seul conduit et une colonne plus ou moins haute de modules.

Les modules Mi assemblés sont avantageusement tous identiques.

La section transversale du conduit commun hélicoïdal formé par l'empilement de modules est avantageusement constante sur toute la hauteur de la colonne.

Dans le cadre de la présente description et comme représenté sur les figures 8 et 9, le système peut ainsi comporter n modules, avec n qui est alors supérieur ou égal à 2. Chaque module Mi du système peut être identifié par un rang i, avec i allant de 1 à n. A minima, le module de rang 1 est le module par lequel est injecté le flux d'eau F_eau_in. Le module de rang n est le dernier module du système. Celui-ci comporte une sortie d'eau par laquelle le flux d'eau F_eau_out chargée en particules piégées est évacuée. La sortie d'eau peut être reliée aux égouts et/ou vers une installation d'épuration 4 pour traiter le flux d'eau sortant. D'autres solutions pourraient bien entendu être envisagées.

En référence à la figure 8, chaque module Mi du système comporte une entrée d'air pour permettre au système de prélever de l'air à dépolluer en plusieurs points d'admission sur toute la hauteur de la colonne (flux d'air entrants F1_air_in, F2_air_in, Fn_air_in). Chaque module du système peut comporter une sortie d'air pour évacuer l'air qu'il vient de traiter et de dépolluer (flux d'air sortants F1_air_out, F2_air_out, Fn_air_out).

La rampe d'écoulement 303 du flux d'eau de chaque module de rang i est connectée à la rampe d'écoulement du module de rang i-1 et à celle du module de rang i+1 pour conserver un même flux d'eau F_eau pour tout le système.

La figure 9 illustre l'assemblage de deux modules M1 et M2 présentant chacun une forme hélicoïdale et permet de visualiser les différents flux présents. Sur cette figure 9, on peut ainsi voir que le module M1 reçoit par son ouverture 40_1 un flux d'air F1_air_in et le flux d'eau F_eau par l'entrée F_eau_in. Ce module M1 évacue par son ouverture 41_1 le flux d'air F1_air_out qui est traité et dépollué. Le flux d'eau F_eau poursuit son chemin dans le deuxième module M2. Un deuxième flux d'air F2_air_in est injecté dans le module M2 par l'ouverture 40_2 et le flux d'air F2_air_out traité par ce module M2 ressort par l'ouverture 41_2. Si un autre module est connecté en aval, le flux d'eau F_eau poursuit son chemin, sinon il est envoyé vers un système de traitement 4.

Comme illustré par la figure 10, à la jonction entre deux modules adjacents de rang i et i+1, le module de rang i peut comporter une couronne 50 pour recueillir le flux d'eau. Il comporte également la sortie d'air pour le flux d'air sortant Fi_air_out de ce module Mi, située en amont de cette couronne 50. La rampe du module de rang i+1 vient se connecter sur ladite couronne pour récupérer le flux d'eau F_eau du système. L'entrée d'air (flux d'air Fi+1_air_in) du module de rang i+1 est positionnée en aval de ladite couronne 50.

Lorsque le système comporte plusieurs modules Mi assemblés entre eux, l'assemblage d'un module à un autre est réalisé par l'intermédiaire de moyens de connexion mécanique. Ces moyens de connexion mécanique peuvent comporter des formes complémentaires de type mâle/femelle agencées au niveau de chaque frontière supérieure et inférieure d'un module. Pour être assemblé au module de rang i-1, chaque module Mi de rang i comporte des premiers moyens de connexion mécanique dits amonts au niveau de sa frontière supérieure et pour être assemblé au module de rang i+1, le module de rang i comporte des deuxièmes moyens de connexion mécanique dits avals au niveau de sa frontière inférieure.

D'un module à un autre du système, il est possible de prévoir une continuité électrique au niveau de la première électrode 33 et de la deuxième électrode 34. Des moyens de connexion électrique peuvent ainsi être prévus sur chaque module de rang i pour assurer la continuité électrique de chacune de ses électrodes avec l'électrode correspondante du module de rang i-1 et avec l'électrode correspondante du module de rang i+1. Comme les moyens de connexion mécanique, ces moyens de connexion électrique seront dits amont et aval pour se connecter respectivement au module amont et au module aval.

Pour fonctionner, le système comporte également :

• Un système de génération du flux d'eau F_eau et au moins un système de génération de chaque flux d'air Fi_air_in ;
• Un générateur de tension G pour créer le champ électrostatique E suffisant pour précipiter les particules dans le flux d'eau (figures 2 à 4).

Le système de génération du flux d'eau F_eau_in à l'entrée d'eau du module de rang 1 du système peut être conçu en s’appuyant sur une des deux solutions suivantes, chacune comportant plusieurs variantes.

Dans une première solution, une pompe est agencée pour aspirer le flux d’eau F_eau et l’injecter dans le système. L’eau aspirée peut être prélevée sur un circuit d’eau potable ou sur un circuit d’eau "grise" après avoir été filtrée pour fonctionner en circuit ouvert. Dans une autre variante, le système de dépollution d'air de l'invention peut comporter un circuit d'eau fonctionnant en circuit fermé. Le flux d'eau F_eau est ainsi généré par ce circuit d'eau interne fonctionnant en circuit fermé, dans lequel l'eau, chargée des particules et des gaz, est prélevée au pied du système et traitée avant réinjection au sommet grâce à la pompe.

Dans une seconde solution le flux d’eau F_eau peut être directement issu des eaux pluviales provenant d’un réservoir placé au-dessus du système pour laisser l'eau s'écouler dans le conduit par gravité. Ce réservoir peut notamment être une citerne souple de stockage, fabriquée à partir d’un textile enduit de polymère et utilisée généralement contre le risque incendie ou pour stocker de l’eau potable. Il peut également se raccorder, à l’instar d’une descente d’eau pluviale, sur un trop plein placé sur une toiture ou sur une terrasse ou tout autre ouvrage préexistant de collecte des eaux pluviales.

Enfin des solutions hybrides peuvent être envisagées suivant l’intensité pluviométrique du lieu où le système de dépollution est implanté, une variante issue de la première solution décrite n’intervenant que pour combler un déficit d’eau stockée dans une variante de la seconde solution fonctionnant à partir de l’eau pluviale.

Dans les deux solutions, des points de régulation du flux d'eau peuvent être également prévus entre chaque module du système.

La génération de chaque flux d'air peut être réalisée par aspiration. Une pompe ou un ventilateur 6 peut être connecté à la base du système pour générer chaque flux d'air Fi_air_in par aspiration dans la totalité du système. Cette pompe ou ce ventilateur 6 peut être connecté sur la sortie d'air du conduit 60 d'admission du module de rang n situé à la base du système, celui-ci étant en effet relié aux sorties d'air de chaque module et donc à leur entrée d’air respective. La section du conduit 60 d'admission peut croître du module le plus haut vers le module le plus bas, sur toute la longueur du système pour compenser les pertes de charge le long de la colonne et permettre ainsi de conserver un débit d'air à traiter identique au niveau de chaque module.

Le générateur de tension G est destiné à appliquer une tension entre chaque première électrode 33 et chaque deuxième électrode 34 de chaque module Mi pour établir le champ électrostatique E nécessaire pour précipiter les particules dans le film d'eau. Lorsque le système comporte plusieurs modules assemblés entre eux, le générateur de tension G est connecté à la deuxième électrode 34 d'un seul module du système, la continuité électrique de la deuxième électrode étant assuré le long du système. Cela pourra également être le cas si la première électrode de chaque module est continue sur toute la longueur du module.

Comme représenté sur la figure 8, de manière non limitative, le système peut comporter un dispositif 5 destiné à charger en amont les particules présentes dans l'air à dépolluer, de manière à mieux assurer leur précipitation par effet électrostatique. Ce dispositif peut comporter au moins une électrode de décharge constituée d’un fil ou d’une pointe portée à haute tension et produisant en son voisinage une ionisation de l’air à dépolluer. Ce type de dispositif 5 est bien connu dans l'état de la technique. Ce dispositif est par exemple agencé en amont de chaque entrée d'air du système afin de charger les particules de l'air à dépolluer.

En référence à la figure 11, chaque module du système de l'invention peut être réalisé de manière à présenter au moins deux conduits 30.1, 30.2, formant ainsi deux rampes d'écoulement en hélice, enroulées autour du même axe. Les deux rampes peuvent être identiques et décalées en hauteur l'une par rapport à l'autre, comme schématisé sur la figure 11. Bien entendu, d'autres configurations pourraient être envisageables. Les autres caractéristiques de l'invention peuvent s'appliquer à cette architecture spécifique. Certains moyens pourront être mutualisés pour les deux rampes du système, notamment le conduit 60, le système de génération du flux d'air, le système de génération du flux d'eau, le générateur de tension… Dans un même encombrement, il sera ainsi possible d'augmenter la capacité de traitement du système.

Selon un aspect particulier de l'invention, comme représenté sur la figure 12, le système peut également intégrer une unité de commande et de traitement UC ainsi qu'un système de communication lui permettant de communiquer, via une liaison filaire ou sans-fil avec une unité centrale UCC. Le système est donc ainsi communiquant et son usage peut être commandé de manière adaptée au niveau de pollution présent ou en fonction d'autres paramètres mesurés. L'unité centrale UCC peut ainsi être amené à gérer une installation complète de dépollution comportant plusieurs systèmes dispersés (1_1, 1_2, 1_3 sur la figure 12) dans des lieux différents. Chaque système devra notamment être à même d'être commandé pour agir rapidement et intensément à la suite d'un incident de pollution. Un maillage judicieux de systèmes permettra d'intervenir au plus près de l'incident en commandant un ou plusieurs des systèmes de manière adaptée.

Des vannes V_air, V_eau de régulation du débit d'air et du débit d'eau peuvent être prévus dans le système pour réguler le débit d'air et le débit d'eau au niveau de chaque entrée d'air du système et de l'entrée d'eau du système. Ces vannes pourront être commandés directement par l'unité de commande et de traitement UC du système.

En régime normal, il pourra s'avérer nécessaire de maintenir un faible coût opératoire. Chaque système devra fonctionner à un régime qui est adapté au niveau de pollution de son air environnant. Le flux d'air à dépolluer qui est aspiré pourra donc être avantageusement régulé par l'unité de commande et de traitement UC du système.

Le système 1_x peut intégrer des capteurs 70 sur les modules, fournissant le niveau de pollution en particules et en gaz ainsi que les conditions de pression, de température et d’humidité. Ces données de mesure peuvent être envoyées à l'unité de commande et de traitement UC pour mettre en œuvre la régulation. L'unité de commande et de traitement peut alors réguler l’alimentation électrique qui conditionne la tension des électrodes de chaque module, celle des différents organes de réglages fluidiques ainsi que des moyens de génération du flux d'air (pompe et/ou ventilateur) pour régler le débit d'air dans le système.

De manière avantageuse, le système de l'invention pourra être alimenté électriquement, en totalité ou partiellement, par des solutions de type photovoltaïque PV et/ou éolien. Ainsi chaque module Mi peut être couplé ou même recouvert de panneaux solaires pour assurer l'alimentation électrique de certains de ces composants, notamment :

• Les moyens de génération du flux d'air, c'est-à-dire le ventilateur ou la pompe ;
• Le générateur de tension G qui polarise les électrodes ;
• Les moyens de génération du flux d'eau, pouvant par exemple comporter une réserve d’eau de pluie aménagée sur un toit ou encore une pompe destinée à acheminer de l’eau au sommet de la colonne ;

L'invention présente ainsi de nombreux avantages, parmi lesquels :

• Le film d’eau descendant par gravité sur une rampe hélicoïdale permet d’éliminer en continu le dépôt des particules, sans intervention externe ;
• Le film d’eau mis en œuvre permet de minimiser les risques de réentrainement des particules, ces risques étant connus dans les systèmes de collecte par précipitation dits secs ;
• Le système permet en outre la capture des gaz solubles, ce que les systèmes de collecte par précipitation dits secs ne permettent pas ;
• La configuration hélicoïdale conduit à un faible encombrement tout en maximisant le temps de séjour des particules et des gaz dans l’espace destiné à les piéger ; cette configuration permet donc de maximiser les rendements de collecte ;
• La configuration tubulaire offre une compacité importante pour l'utilisation urbaine. Les modules placés en série permettent de former une colonne verticale pouvant épouser la hauteur des bâtiments, dans un encombrement horizontal réduit ;
• Le système peut fonctionner hors réseau à partir des sources d’énergie les plus proches à savoir celles collectables sur les toits (type photovoltaïque et/ou éolien) pour assurer un faible coût opératoire ;

Claims (18)

1. Module de dépollution d'air par électrofiltration humide, caractérisé en ce qu'il comporte :
   - Au moins un premier conduit (30) tubulaire de forme hélicoïdale à section fermée présentant une paroi (300) délimitant un espace interne et un espace externe et comportant une entrée d'eau, une entrée d'air et une sortie d'air,
   - Au moins une première électrode (33) et une deuxième électrode (34), ladite deuxième électrode (34) étant réalisée en continu sur toute la longueur du premier conduit (30),
   - Une première rampe d'écoulement (303) d'un flux d'eau (F_eau) reliée à ladite entrée d'eau et un canal d'écoulement d'un flux d'air (Fi_air) relié à ladite entrée d'air, ladite rampe d'écoulement et ledit canal d'écoulement étant superposés et agencés dans le même espace interne dudit conduit (30) entre ladite première électrode et ladite deuxième électrode, et en ce que
   - Ladite rampe comporte une surface d'écoulement continue sur toute sa longueur et en contact avec ladite première électrode (33),
   - Ladite rampe d'écoulement est inclinée suivant une pente faisant un angle supérieur à 0° et inférieur à 60°.
2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (60) collecteur connecté à ladite sortie d'air.
3. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit (60) collecteur est inséré dans l'axe du premier conduit (30) hélicoïdal.
4. Module selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connexion mécanique amonts pour se connecter à un module adjacent en amont et des moyens de connexion mécanique avals pour se connecter à un module adjacent en aval.
5. Module selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connexion électrique reliés à la deuxième électrode.
6. Module selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connexion électrique reliés à la première électrode.
7. Module selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte deux conduits de forme hélicoïdale enroulées autour d'un même axe, comprenant chacun une rampe d'écoulement distincte.
8. Système de dépollution d'air par électrofiltration humide, caractérisé en ce qu'il comporte :
   - n modules (Mi), n étant supérieur ou égal 1, chaque module étant tel que défini dans l'une des revendications 1 à 7 et identifié par un rang i, avec i allant de 1 à n,
   - Un système de génération d'un flux d'air à dépolluer, agencé pour générer au moins un flux d'air (F_air) par l'entrée d'air d’un module de rang i,
   - Un système de génération d'un flux d'eau (F_eau) relié à l'entrée d'eau du module de rang 1 pour générer ledit flux d'eau,
   - Un générateur de tension (G) connecté à la première électrode de chaque module et à la deuxième électrode d'au moins un module du système.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système de génération d'un flux d'air à dépolluer comporte au moins une pompe d'aspiration ou un ventilateur (6) connecté mécaniquement à la sortie d'air du module de rang n.
10. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que, lorsque n est supérieur ou égal à 2, les modules (Mi) sont interconnectés mécaniquement ainsi qu'électriquement par leur deuxième électrode respective.
11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le système de génération d'un flux d'air à dépolluer est relié à l'entrée d'air de chaque module pour générer un flux d'air (Fi_air_in) dans chaque module par leur entrée d'air respective.
12. Système selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le système de génération d'un flux d'eau comporte des moyens d'aspiration d'eau prélevée sur un circuit d’eau potable ou d'eau filtrée.
13. Système selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le système de génération d'un flux d'eau comporte des moyens d'aspiration d'eau prélevée sur un circuit d’eau interne au système de dépollution d'air, fonctionnant en circuit fermé.
14. Système selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que le système de génération d'un flux d'eau comporte un réservoir placé au-dessus du système de dépollution d'air pour générer ledit flux d'eau (F_eau).
15. Système selon la revendications 14, caractérisé en ce que le réservoir est alimenté par les eaux pluviales.
16. Système selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième conduit (60) tubulaire coaxial audit premier conduit de chaque module, s'étendant du module de rang 1 au module de rang n, et en ce que la sortie d'air de chaque module est connectée à une entrée d'air distincte de ce deuxième conduit.
17. Système selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de décharge comprenant au moins une électrode de décharge portée à haute tension et produisant en son voisinage une ionisation de l’air à dépolluer.
18. Procédé de dépollution d'air, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre à l'aide du système tel que défini dans l'une des revendications 8 à 17 et en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
    - Génération d'un flux d'air (F_air_in) à dépolluer par l'entrée d'air d'un module de rang i,
    - Génération d'un flux d'eau (F_eau) par l'entrée d'eau du module de rang 1,
    - Activation du générateur de tension pour générer un champ électrostatique entre la deuxième électrode du module de rang i et le flux d'eau s'écoulant dans ledit système et mis en contact avec la première électrode (33) du module de rang i.