TECHNIQUE
Cool and Comfort 92 – février 2022
Choisir le bon purificateur d’air
Éviter les décisions hâtives dans la lutte contre les virus
Figure 1: Évolution de la concentration virale dans le séjour.
Figure 2: Arbre de décision pour le choix d’un purificateur d’air.
Les contaminations dues au coronavirus ont surtout lieu dans les bâtiments. Dans ce contexte, les aérosols –soit de très petites gouttelettes en suspension- jouent un rôle important. Plus longtemps on reste dans une pièce, plus le risque de contamination est grand, y compris à une distance de plus de 1,5 m. Il est possible d’extraire ces gouttelettes en suspension de l’air à l’aide d’un purificateur d’air. Dans ce domaine, il existe diverses variantes et différents principes de fonctionnement.
Il convient de trouver le bon type d’appareil pour l’application en question. Il peut s’agir de grands locaux avec beaucoup de personnes (par ex. des locaux scolaires, ou des restaurants, des lieux publics…). Dans la sphère privée, il est également judicieux de placer de tels appareils. Tous les appareils ont le même but : éviter une concentration virale trop importante dans la pièce. Ceci ne peut toutefois pas remplacer une ventilation régulière et une amenée d’air frais, et donc d’oxygène.
Fonctionnement des purificateurs d’air
Il existe plusieurs méthodes de purification de l’air sur le marché ; nous vous les présentons ici brièvement. Il s’agit à chaque fois d’appareils mobiles avec une prise électrique classique (230 V AC). Les purificateurs d’air se composent de différents éléments. Tous les appareils sont équipés d’un ventilateur destiné à actionner la circulation de l’air. Un préfiltre (filtre à particules) destiné à protéger le mécanisme contre les poussières et les impuretés grossières est fortement recommandé. Il y a enfin le système de purification proprement dit. Les purificateurs d’air réduisent considérablement la concentration virale potentielle dans une pièce. Ils ne peuvent toutefois pas éliminer tous les virus présents dans une local. Il subsiste donc toujours un risque résiduel de contamination.
Revenons à présent sur le système de purification proprement dit.
Stérilisation à l’aide de la lumière UV (UV-C)
La lumière ultraviolette avec une longueur d’onde de 100 à 280 mm n’est pas visible pour l’œil humain, mais elle est fortement énergétique. C’est un composant naturel de la lumière solaire, qui n’atteint pas la surface de la terre. Elle peut toutefois être produite à l’aide de lampes UV spécifiques. Le rayonnement UV détériore la membrane cellulaire des virus, ainsi que celle d’autres types de cellules biogéniques. Il en résulte une détérioration des microorganismes qui deviennent dès lors inactifs.
La dose de rayonnement UV qui est nécessaire pour tuer le coronavirus est connue. Dans l’air, les virus se trouvent dans des aérosols (gouttelettes). Cela signifie que les gouttelettes vont absorber une partie du rayonnement UV-C. La dose administrée sera donc en pratique toujours plus petite que dans le cas où le virus se trouve, sans protection, sur une surface. Dans le cas des appareils UV-C, il ne peut y avoir de rayonnement vers l’extérieur, aboutissant dans l’atmosphère. La lampe UV doit ainsi être automatiquement débranchée lorsque l’appareil est ouvert en fonctionnement. Les lampes UV doivent être contrôlées régulièrement, et le cas échéant, remplacées.
Stérilisation à l’aide d’ozone
L’ozone (O3) est un gaz qui se trouve dans l’atmosphère en petites concentrations. Ce dernier est très réactif en raison de sa structure moléculaire composée de trois atomes d’oxygène. Il a dès lors aussi un effet agressif sur des éléments biogéniques comme les microbes et les virus. À partir d’une certaine dose, l’ozone est toutefois cancérigène. C’est pourquoi il est conseillé de ne pas laisser le potentiel ozone excédentaire pénétrer dans la pièce, mais bien de le récupérer à l’aide d’un filtre à charbon actif.
Stérilisation par filtration
Lors de la filtration, des particules comme les particules fines ou les aérosols, sont retenues dans l’élément filtrant. En ce qui concerne les purificateurs d’air, on peut distinguer deux types de filtres : les filtres à particules et les filtres HEPA. Les filtres à particules extraient de l’air des particules (particules fines) de 0,3 à 10 µm et sont classés selon la norme internationale EN ISO 16890. L’efficacité de filtration se situe entre 50 et 90%. La combinaison de deux filtres montés en série accroît ici clairement l’effet. Chaque appareil devrait finalement être équipé d’un filtre à particules fines au niveau de l’entrée d’air afin de protéger le mécanisme.
Les filtres HEPA sont notamment utilisés comme filtres hygiéniques ou anti-allergènes dans les aspirateurs. Ils sont classés selon la norme EN 1822, et ont une efficacité de filtration de plus de 99%, y compris pour les particules (ou gouttelettes d’aérosols) inférieures à 0,3 µm. On utilise généralement des filtres de classe H13 ou H14 dans les purificateurs d’air.
Autres méthodes de stérilisation
L’air dans l’appareil peut être ionisé à haute tension. De là naît aussi de l’ozone. Ces molécules d’air énergétiquement chargés peuvent attaquer des particules biogéniques et les détruire. Dans la mesure où de l’ozone est ainsi formé, les mêmes précautions que celles mentionnées précédemment valent ici.
Une autre méthode de stérilisation est le peroxyde d’hydrogène (H2O2). Lors de la pulvérisation, la molécule se désintègre, entraînant aussi la formation d’ozone. Le fonctionnement est alors identique à l’ancienne méthode. Tout comme dans les autres méthodes qui utilisent de l’ozone, un filtre à charbon actif se révèle nécessaire pour lutter contre la propagation dans le local.
Il est par ailleurs possible de combiner différentes méthodes précédemment mentionnées, par ex. un filtre HEPA avec un irradiation UV-C. Cette dernière tue alors les microbes et les virus qui sont capturés par le filtre. On peut de cette manière remplacer le filtre en toute sécurité.
Critères de sélection
Toutes les méthodes énumérées atteignent l’effet souhaité. Afin de décider quelle est la méthode la plus indiquée, nous revenons ici sur les critères de sélection. Pour toutes les variantes, nous partons du constat qu’elles réduisent la concentration de virus actifs dans l’air de manière notable.
Forme de la pièce et nombre d’utilisateurs
La taille de pièce et le degré d’occupation sont les paramètres les plus importants. Un local de classe de 30 élèves a en effet d’autres exigences en termes de purification de l’air qu’un espace d’exposition ou un restaurant avec toutes sortes de recoins. Le taux de renouvellement d’air est un bon paramètre, autrement dit le rapport entre le volume la pièce et la quantité d’air qui est purifiée par l’appareil toutes les heures. Un local (de classe) d’une superficie de 60 m3 et d’une hauteur de plafond de 3 m a ainsi un volume de 60 m3 x 3 m = 180 m3. Pour un taux de renouvellement d’air de 6, nous avons donc besoin d’un débit de 6 x 180 m3 = 1080 m3. Pour un bureau de 20 m3, également avec une hauteur de plafond de 3 m, nous atteignons 360 m3/h. Dans ce cas-ci, le nombre de personnes ne joue pas de rôle. Dans ce contexte, nous nous basons sur une seule personne contagieuse par local.
La Figure 1 indique l’évolution de la concentration virale dans le cas d’une personne contagieuse par pièce. Le taux de renouvellement d’air est dans ce cas une indication d’une bonne ou mauvaise ventilation, ou le cas échéant des performances de la purification de l’air.
La ligne bleue pour un taux de renouvellement d’air de 0 correspond à une situation dans laquelle les fenêtres et les portes restent fermées (pas d’amenée d’air ni de purification) Ici, la concentration virale augmente de manière constante. Si, toutefois, on aère ou on purifie l’air (taux de renouvellement d’air de 2 à 8), on atteint une concentration virale maximale après un certain temps. Dans tous les cas, le temps de contact des personnes saines avec la personne contagieuse joue un rôle déterminant dans l’apparition ou non d’une contamination. Le risque augmente certes au fur et à mesure que la concentration virale dans l’air croît.
Lors du calcul, on se base sur un débit de production de 100 particules virales par seconde. En fait, il ne s’agit pas de virus individuels, mais de particules d’aérosols qui contiennent à chaque fois des virus. Cette valeur correspond à une moyenne, déterminée à l’aide de l’étude de Hartmann et Kriegel (1).
Pour atteindre de manière effective le plafond de la concentration virale, l’air purifié doit être réparti de manière homogène dans la pièce. Dans le cas de pièces plutôt cubiques, comme des classes ou des bureaux, une circulation de l’air se créée à travers la pièce. Pour des pièces en L ou très longues, se créent alors plusieurs schémas de circulation, de sorte que deux ou plusieurs purificateurs d’air seront alors nécessaires pour traiter l’ensemble du volume.
Le principe de base suivant prévaut : un appareil peut traiter l’air de manière homogène sur une longueur d’environ 6 m. Cette distance est néanmoins plus courte dans le cas de pièces hautes. Nous parlons de pièce haute lorsque le rapport entre la longueur et la hauteur (L/H) est inférieur à 2. Autrement dit, dans une pièce haute, la hauteur de plafond s’élèvera au moins à la moitié de la longueur. Pour un séjour de 6 m de long, une hauteur de plafond de 3 m est donc normale. Dans une maison ancienne avec une hauteur de plafond de 3,8 m, une pièce de cette longueur serait toutefois considérée comme haute. Dans des pièces en L, on prévoira de préférence deux appareils. Afin d’atteindre une circulation homogène, il est par ailleurs préférable de placer différents petits appareils plutôt qu’un seul grand.
Indépendamment du nombre d’appareils, on doit toujours les placer assez loin des murs, et pas en-dessous des tables ou autres meubles, de manière à ce que l’air puisse circuler librement. Un mètre d’espace libre dans toutes les directions est recommandé. La distance jusqu’aux fenêtres importe moins. Dans une construction moderne avec des fenêtres bien isolées et un corps de chauffe sous la fenêtre, on n’assiste effectivement quasiment plus au phénomène de chute d’air froid, dans lequel de l’air est refroidi contre la vitre et forme alors une courant d’air froid vers le bas.
Acoustique
Le flux d’air est entraîné par un ventilateur, ce qui produit du bruit, qui est audible dans la pièce d’installation. Les valeurs typiques pour le niveau acoustique varient autour de 50 dB(A), ce qui correspond au bruit de fond dans un bureau occupé par différentes personnes. À ce niveau de bruit, il est plus difficile d’obtenir la concentration nécessaire dans des écoles. Mais pour un restaurant ou un centre de fitness, une telle valeur est tout à fait acceptable.
Les appareils les plus silencieux peuvent atteindre un niveau sonore d’à peine 30 à 35 dB(A), notamment grâce à une vitesse plus faible du ventilateur ou à l’intégration d’un silencieux.
Consommation d’électricité
La consommation d’électricité majeure (et parfois la seule) dans l’appareil est le ventilateur. Celui-ci est habituellement équipé d’un moteur EC à vitesse variable et atteint donc un rendement élevé. La puissance absorbée s’élève à environ 20 W par 100 m3/h de débit, en fonction des dimensions de l’appareil et du principe de nettoyage. Pour un appareil de 1.000 m3/h, celle-ci est donc de 200 W.
Cette dernière est comparable à la puissance absorbée de quatre néons ; les frais d’électricité ne sont donc pas exagérés, y compris lorsque l’appareil est utilisé en continu.
Entretien et nettoyage de l’appareil
Outre la consommation de courant, l’appareil nécessite aussi des frais d’entretien. Cela concerne en premier lieu le remplacement régulier du filtre. Le prix dépend naturellement du type et des dimensions du filtre. Pour un filtre HEPA, on doit compter de 100 à 250 euros par an. Le montant du remplacement des lampes UV-C est à peu près identique.
Lors du remplacement du filtre, il y a toujours un risque de contamination dû aux virus encore actifs dans l’élément filtrant. Grâce à un rayonnement UV-C supplémentaire, ces germes pathogènes sont également rendus inoffensifs. En tout cas, une protection personnalisée adaptée est une bonne idée. Celle-ci comprend certainement des gants jetables, une combinaison de protection jetable et un masque FFP2 (ou mieux encore un masque FFP-3). On ne peut en tout cas pas secouer les filtres et les réutiliser ! Le filtre utilisé doit être transporté dans un sac plastique fermé et ensuite traité avec ce sac selon les prescriptions en vigueur. Les détails précis se trouvent dans le guide du fabricant.
Les filtres doivent être considérés comme des déchets dangereux ; ils peuvent en effet encore contenir des bactéries. Nous renvoyons ici aussi l’utilisateur à l’information du fabricant en la matière. Divers fabricants autorisent effectivement le traitement dans les ordures ménagères.
Par Dr. Christian Fieberg (Westfälische Hochschule Gelsenkirchen)
Figures: Westfälische Hochschule
(1) Beispielhafte Risikobewertung für verschiedene Alltagsituationen. Hartmann A., Kriegel, M. http://dx.doi.org/10314279/depositonce-10714.
