Filtres HEPA : capturer les particules avec des astuces physiques

Développés pour l’armée, aujourd’hui indispensable dans l’industrie

Les filtres à air se distinguent en fonction de la taille des particules qu’ils éliminent de l’air. Les filtres à particules grossières retiennent les particules de plus de 10 microns (p. ex. les poils et le sable), tandis que les filtres à particules fines retiennent les particules de 1 à 10 microns (comme le pollen, les spores, la poussière de ciment). Les filtres pour particules à suspension, qui comprennent les filtres EPA, ULPA et HEPA, capturent des particules encore plus fines. Ils retiennent même des particules de l’air de moins de 1 micromètre de diamètre (par exemple les aérosols, les bactéries, les coronavirus).

Les filtres HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter, filtre à particules aériennes à haute efficacité) ont été développés dans les années 1940 dans le cadre de la recherche sur les armes nucléaires. La nouvelle technologie devait être capable d’éliminer même les plus petites particules radioactives de l’air. Aujourd’hui, les filtres HEPA sont utilisés dans les blocs opératoires, les salles blanches, les laboratoires et les systèmes de conditionnement d’air des avions. Les fabricants de semi-conducteurs, la technologie nucléaire et de nombreuses autres industries comptent également sur ces filtres pour minimiser la pollution de l’air dans les installations de recherche et de production.

Les particules adhèrent aux fibres du filtre

Les filtres HEPA sont constitués d’un maillage multicouche de très fines fibres de verre ou d’autres fibres, comme la cellulose. Une unique fibre de filtration a un diamètre de 1 à 10 micromètres seulement. Contrairement aux pré-filtres plus grossiers, les filtres HEPA ne fonctionnent pas selon le principe du tamis. Le réseau de fibres du filtre HEPA manquerait d’homogénéité à cet effet : la distance entre les différentes fibres est parfois plus grande, d’autres fois plus petite. Ces filtres utilisent donc plutôt les propriétés physiques du mouvement des particules de différentes tailles pour capturer ces particules.

• Effet d’inertie : en raison de leur inertie de masse, les plus grosses particules ne suivent pas les fins changements de direction du flux d’air autour des fibres. Au lieu de cela, ces particules entrent en collision avec les fibres, auxquelles elles restent liées des forces d’adhérence.
• Effet barrière : les particules de taille moyenne suivent le flux d’air autour des fibres, mais finissent par entrer en contact avec le tissu et y adhérer.
• Effet de diffusion : les particules de moins de 1 micromètre ne se déplacent pas uniformément à travers le tissu filtrant, mais de manière chaotique. Cela s’explique par la diffusion, c’est-à-dire la collision constante avec les molécules de gaz. Les particules parcourent donc une distance importante dans le filtre avant de finir par s’accrocher sur une fibre du tissu.

En exploitant ces effets physiques, les filtres HEPA peuvent également piéger des particules qui sont nettement plus petites que les espaces entre les différentes fibres. Les éléments filtrants sont généralement pliés afin d’augmenter la surface filtrante utilisable pour une même taille de cadre. Ce plissage est particulière utile pour la capture des plus petites particules par effet de diffusion.

Seules 5 particules sur 100 000 traversent un filtre H14

Les filtres pour particules à suspension (EPA, HEPA et ULPA) sont classés selon la norme EN 1822. Plus la classe de filtre est élevée, plus les particules particulièrement difficiles à filtrer, d’une taille de 0,1 à 0,3 micromètre, restent piégées dans les tissus. Un filtre HEPA de classe H14 a un taux de captage de 99,995 %. Cela signifie que seules 5 particules sur 100 000 particules parviennent de l’autre côté du filtre.

Outre les filtres jetables, il existe aussi des filtres qui peuvent être nettoyés et réutilisés. Cependant, le nettoyage est souvent laborieux et n’élimine jamais complètement toutes les particules de saleté du tissu filtrant. De plus, même les filtres HEPA réutilisables ne sont conçus que pour un nombre limité de cycles de nettoyage. Les filtres réutilisables étant généralement plus coûteux que les variantes jetables, ils ne permettent pas en soi de réaliser des économies.

S’orienter sur les classes de filtres facilite la décision d’achat

Les fabricants ont remarqué que les filtres HEPA étaient un outil de marketing efficace et ils essayent donc souvent de promouvoir leurs appareils avec le mot à la mode « HEPA ». La gamme d’appareils HEPA va des purificateurs d’air aux appareils ménagers tels que les aspirateurs. La prudence est toutefois de mise, car les filtres « de type HEPA » ou « selon le principe HEPA » n’offrent pas toujours les performances de filtration que les consommateurs attendent d’eux. Si un filtre avec un degré de séparation élevé établi est nécessaire, il faut donc s’orienter vers les deux classes de filtres HEPA H13 et H14. Pour filtrer les virus, un filtre de classe H14 est nécessaire.

En raison de leur tissu dense à mailles fines, les filtres HEPA génèrent une pression différentielle élevée. Tous les appareils de filtration ne sont pas équipés d’un ventilateur suffisamment puissant pour que l’air circule librement. En outre, les filtres HEPA doivent toujours être précédés de pré-filtres. Ceux-ci retiennent les grosses particules qui, sinon, boucheraient rapidement le filtre final.