Filtration d’aérosols de suie en présence de vapeur et/ou de gouttelettes d’eau

Soot particules filtration under water vapor and/or water droplets

• Auteur / Autrice : Charlotte Godoy
• Direction : Dominique Thomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Christine Gérardin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Thomas, Evelyne Gonze, Evelyne Gehin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Gonze, Evelyne Gehin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Granulométrie

Humidité

Écoulement diphasique

Aérosols

Suie

Filtres

Mots clés libres

Suies

Aérosols diphasiques

Humidité relative

Soot

Biphasic aerosol

Relative humidity

Résumé

L'épuration de l'air contaminé par les particules générées par de nombreux procédés industriels fait le plus souvent appel à la filtration au moyen de médias filtrants. Ces équipements collectifs de protection des personnes et de l’environnement sont éprouvés en termes d’efficacité initiale mais leur comportement au cours du temps reste difficilement prévisible. Ce constat est d’autant plus vrai lorsque ces dispositifs sont confrontés à un aérosol diphasique constitué de particules solides et liquides. Ces situations peuvent notamment être rencontrées lors de l’usinage de métaux, l’épandage de pesticides ou encore lors d’incendie dans des zones confinées comme les centrales nucléaires. L'étude proposée visera à établir les performances d’un média fibreux vis à vis d’aérosols diphasiques composés de particules solides nanostructurées et de gouttelettes (submicroniques ou microniques). Si la filtration d’aérosols solides ou d’aérosols liquides seuls est relativement bien documentée dans la littérature, aucune étude ne s’est intéressée à cette problématique d’aérosols diphasiques (surtout en termes de colmatage). Pour de forts ratios solide/liquide, l’évolution temporelle de la perte de charge devrait se rapprocher de celle d’un filtre soumis à des aérosols solides, à savoir une augmentation quasi-linéaire au cours du temps. Dans le cas d’un aérosol majoritairement constitué de gouttelettes, une stabilisation de la perte de charge, caractérisée par un état d’équilibre entre le débit massique de gouttelettes collectées et le débit de liquide drainé sur la face aval du filtre, pourrait être envisagée. Mais quid de l’évolution de la perte de charge entre ces deux extremums ? La détermination de l’évolution temporelle de l’efficacité de collecte est tout aussi incertaine et de plus se heurte à un véritable verrou métrologique. Une mesure fine et fiable de la concentration et de la distribution granulométrique d’un aérosol constitué d’agglomérats nanostructurés est déjà relativement complexe. La présence de gouttelettes rendra la mesure d’autant plus difficile car pourrait être à l’origine d’une modification de la distribution granulométrique des particules solides au cours de leur transport (impaction, condensation). De plus, la caractérisation d’un aérosol diphasique nécessitera le couplage de différents granulomètres basés sur des principes de mesure différents de façon à faire la distinction entre les particules liquides et solides. L’objectif de cette thèse a ainsi pour but de pallier l’absence de connaissance sur la filtration d’aérosols diphasiques dans une double optique de protection des personnes et de l’environnement.

One of the most frequently used methods to purify air contaminated by particles, in many industrial processes, is filter media. These collective equipment for protecting people and the environment are proven in terms of initial efficiency, but their behavior over time remains difficult to predict. This is all the more noticeable when these devices are confronted with a biphasic aerosol composed of solid and liquid particles. These situations can be encountered during metals machining, pesticides spreading or even during fires in confined areas such as nuclear power plants. The proposed study will aim to establish the performance of a fibrous media with respect to biphasic aerosols with nanostructured solid particles and droplets (submicron or micron-sized). If the filtration of solid aerosols or liquid aerosols is relatively well documented in the literature, no study has been interested in this problem of biphasic aerosols. For high solid / liquid ratios, the time course of the pressure drop should be close to solid aerosols filtration evolution, ie a quasi-linear increase over time. In the case of an aerosol predominantly made up of droplets, a constant pressure drop overtime, characterized by a state of equilibrium between the mass flow rate of collected droplets and the flow rate of liquid drained on the downstream face of the filter, could be considered . But what about the evolution of the pressure drop between these two extremes? The determination of the temporal evolution of the collection efficiency is also uncertain and should be regarded as a real metrological challenge.