Filtres à air pour tunnels urbains

Haute efficacité et performance dans la filtration, utilisation et maintenance simples, bas coûts d´exploitation et une grande variété d´options pour la mise en oeuvre, sont les caractéristiques qui définissent les systèmes de filtration de l´air de FILTRONtec dans les tunnels urbains et routiers.

Fonctionnement et disposition des système de filtrage

Le système de filtration complet se compose d´un filtre à particules suivi d´un filtre de charbon actif. Pendant que la mission du filtre à particules est de retenir et de séparer tous les éléments solides en suspension tel que feuilles, papiers ou plastiques jusqu´au particules contaminantes les plus petites, la mission du filtre de charbon actif est de réduire au maximum les gaz polluants comme le dioxyde d´azote, l´ozone et les benzènes.

Rétention et séparation des particules

Le courant d´air chargé de particules est conduit à travers un filtre en plusieurs étapes.

La première consiste en une grille à gros maillage pour retenir les éléments grossiers tels que feuillage, papiers ou sacs en plastique.

A continuation l´air s´achemine à travers un électrofiltre de haute tension comprenant deux éléments: un de pré-ionisation et un élément de rétention électrostatique. Chaque élément se compose d´un ioniseur et d´un collecteur (voir croquis), capables de retenir plus de 85% des particules de poussières restées en suspension et qui contiennent les restes des fumées d´échappements, de suie et de caoutchouc des pneus. Pour celà le ioniseur charge électriquement les particules pour qu´à leur passage entre les plaques du collecteur de charge électrique de signe contraire, celles-ci soient retenues par l´attraction électrostatique. Pour réussir à ce que les micro particules (taille PM₁) particulièrement nocives pour la santé soient également retenues dans le collecteur, FILTRONtec dispose d´un pré-ioniseur breveté qui garantit l´efficience du filtrage.

Lorsque les plaques du collecteur de l´électrofiltre sont saturées de fines poussières, elles seront lavées par un système automatique de nettoyage qui projette de l´eau à pression à travers des tuyères de pulvérisation.

Pendant le processus de nettoyage, les électrofiltres devront être débranchés et hors tension. Afin de minimiser le temps d´arrêt dû au lavage, on utilise le même circuit de tuyères pour réaliser un pré-séchage forçé avec de l´air comprimé. Alternativement, le séchage peut également avoir lieu pendant le fonctionnement du filtre en utilisant le flux d'air. Dans ce cas, notre algorithme innovant de démarrage progressif est utilisé, ce qui permet de réduire les coûts d'investissement et de maintenance en éliminant le système d'air compri. Le système d´automatisation et de contrôle met en marche la séquence de nettoyage, de séchage et de relance de l´électrofiltre automatiquement. Ce processus de nettoyage et de séchage dure environ 30 minutes et s´effectue la nuit pendant les heures de moindre affluence.

L´eau employée pour le lavage par aspersion ne contient pas d´additifs, elle est donc acheminée à une station de traitement de l´eau sale et récupérée à 90% pour être réutilisée durant le cycle de lavage suivant.

Les dépôts de filtrations sont récupérés et envoyés à une décharge autorisée. Il est aussi possible, vu leur haute teneur en carbone, de les recycler thermiquement dans une usine d´incinération. Selon la règlementation de chaque pays, on pourra tout aussi bien évacuer l´eau dans le réseau d´assainissement des eaux usées du tunnel, étant donné que FILTRONtec a décidé expressément de ne pas ajouter d´additifs chimiques, de détergents ou de floculants dans l´eau du nettoyage.

Efficacité du filtre de charbon actif pour les gaz polluants

Pour réduire la concentration des gaz polluants comme le dioxyde d´azote (NO₂), les hydrates de carbone non brûlés (C_mH_n), l´ozone (O₃) ou les benzènes, on installe un filtre de charbon actif dans la direction du courant de l´air et derrière l´électrofiltre. Le granulé spécial du charbon actif est capable de retenir jusqu´à 90% des éléments pollueurs de l´air vicié.

Un traitement spécifique du charbon actif lui permet de retenir le dioxyde d´azote du courant d´air par adsorption. En même temps, et par un processus de dissociation catalitique, une partie du monoxyde d´azote également nocif est transformé en azote retenue par le filtre et en oxygène. Le charbon actif utilisé est fourni sous forme de pellets d´un diamètre de 4 mm. Grâce à son format et à sa structure poreuse, le charbon actif offre une très grande superficie spécifique d´activité. La superficie active de contact d´un gramme de charbon équivaut à 1.000 m².

Le filtre de charbon actif ainsi que le filtre électrostatique sont de construction modulaire. Pour celà les pellets sont situés dans des caissons métalliques rectangulaires, fermés sur leurs parties opposées par une plaque métallique perforée qui permet la circulation de l´air. Ces caissons remplis de pellets de charbon actif s´empilent les uns sur les autres et sont fixés à un châssis vertical, de telle sorte qu´ils forment un mur de filtration compact. Pour obtenir un maximum de superficie de contact au passage du flux de l´air et assurer ainsi un maximum de filtration dans cet espace restreint, le mur de caissons est monté en forme de “W”.

Après plusieurs années d´utilisation, la capacité de rétention et de séparation du charbon actif s´affaiblit et s´épuise, pour autant ils seront remplacés par des caissons nouveaux de charbon actif neuf.

Comme alternative au système modulaire de caissons, il est aussi possible d´employer des panneaux perforés préfabriqués.

Matériaux

Tous les composants et les matériaux de construction de l´installation de filtration de l´air, qui entrent en contact avec l´air pollué, tels que le pré-ioniseur, le filtre électrostatique, le réseau de tuyauterie, les tuyères et les structures métalliques de support, son fabriqués en acier inoxidable de très haute qualité (V4A) afin de garantir une longue durée de vie.

Comportement du filtre en cas d´incendie

L´évènement le plus dangereux qui puisse arriver dans un tunnel est l´incendie. Les flammes et la fumée se propagent rapidement à travers le tunnel à cause du flux de l´air à l´intérieur, et la température augmente en très peu de temps du fait de l´étroitesse du lieu. D´autre part étant donné que l´on conçoit des tunnels de plus en plus long, la propagation rapide de la fumée et des substances toxiques de combustion compliquent sérieusement l´intervention des services de secours. Un système performant de filtres peut donc aider à sauver des vies. C´est pour celà que les filtres de FILTRONtec sont conçus pour résister et pour continuer de fonctionner jusqu´à 400ºC, et que l´électrofiltre pour les particules, peut même servir à évacuer une partie des fumées et des gaz de combustion, sans pour celà souffrir de dommages dans sa structure. Dans un test d´incendie réalisé en conditions réelles, il a été démontré de façon frappante, que même les particules de fumée chargées de substances toxiques de combustion, sont retenues pendant un certain temps par le filtre électrostatique.

Coûts d´exploitation

Aussi bien le filtre électrostatique de particules que le filtre de charbon actif, ont une consommation d´énergie et d´eau très basse. Ceci est dû au fait que:

• les particules sont retenues dans un champs électrique qui est généré à une haute tension (cc), mais sans équipements ni actionnements consommateurs d´électricité, donc c´est une intensité de courant minime de seulement quelques milliampères qui circule.
• les équipements auxiliaires tels que les pompes, les valves et le compresseur d´air comprimé ne sont requis que peu de temps durant les séquences de nettoyage.
• l´eau utilisée pour le nettoyage du collecteur de l´électrofiltre est récupérée, filtrée et réutilisée après chaque séquence de lavage. 90% de cette eau est recupérable pour le cycle suivant. Il faudra juste rajouter ce 10% de perte dûe à l´évaporation et à la formation d´une sorte de boue mélangée aux résidus solides qui seront évacués.
• avec les systèmes FILTRONtec, la perte de pression dans le courant de l´air à filtrer est seulement de 100 pascales pour les filtres de particules et de 400 pascales pour les filtres de charbon actif.
• l´air propre et filtré est expulsé à l´extérieur à une vitesse basse d´environ 5m/s, alors que dans les installations traditionnelles sans filtres et avec cheminée, l´air contaminé doit être expulsé à haute vitesse allant jusqu´à 20m/s pour qu´il puisse s´élever et se disperser dans l´atmosphère à une hauteur déterminée.

Opération, maintenance et conservation

FILTRONtec accorde une grande valeur à ce que les temps morts entre les services soient les plus courts possible, pour celà les filtres ont été conçus pour fonctionner de façon totalement automatique, sans besoin d´assistance constante de la part d´un personnel, avec peu de tâches de maintenance et de conservation, non coûteuses et simples à réaliser.

Toutes les fonctions importantes des filtres peuvent être surveillées à distance depuis le centre de contrôle du tunnel. Seul le filtre électrostatique contient quelques élements avec des parties mobiles concernant les pompes d´eau, les valves et un compresseur qui devront être révisés selon les instructions du fabriquant. Le guide d´entretien fourni, stipule de façon détaillée la fréquence des inspections à réaliser sur les installations de sécurité, les intervales des tâches de nettoyage à réaliser, ainsi que la maintenance générale et préventive.

Pour pouvoir opérer et maintenir les filtres de FILTRONtec, il n´est pas nécessaire d´avoir un personnel spécialisé.

Le filtre de charbon actif est composé uniquement d´éléments statiques et ne requiert d´aucune maintenance.

Exemple de construction de filtres à air dans les tunnels urbains

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Montage en mode Bypass

Si la constrution est conçue comme un bypass, le système de filtration sera installé dans une galerie souterraine parallèle à la voie de circulation. L´air pollué du tunnel sera alors absorbé à travers une ouverture latérale du mur du tunnel, protégée par une grille métalique.

Après la filtration, l´air propre est redirigé à la voie de circulation du tunnel ou à l´extérieur.

Montage en plafond

Dans ce cas les filtres sont installés au dessus d´un faux plafond crée dans la partie supérieure de la section du tunnel. L´air pollué est absorbé vers le haut à travers ce faux plafond et décontaminé par les filtres qui y sont installés.

L´air propre est redirigé à la voie de circulation ou vers les alentours du tunnel comme montre l´image. Cette variante de construction est particulièrement avantageuse pour les tunnels qui présentent des sections de voies circulaires ou ovales.

Montage dans un édifice indépendant

Au cas où il n´y aurait ni galerie ni espace disponibles dans le tunnel construit, il est toujours possible de construire un édifice sur mesure hors du tunnel pour y installer les filtres. L´air du tunnel devra alors être canalisé jusqu´à l´édifice de filtration.

Une fois filtré, l´air peut être soit recanalisé vers la voie de circulation du tunnel, ou bien renvoyé dans l´atmosphère depuis l´édifice construit. Un exemple de cette manière de procéder est le projet de FILTRONtec du tunnel M5 East à Sydney actuellement en cours.

Filtration de l´air avec filtre de charbon actif actionnable

Les concentrations de particules et de dioxyde d´azote peuvent varier au cours de la journée selon la densité de la circulation et en fonction des conditions météorologiques. Il se peut qu´à un certain moment de la journée, les concentrations de particules soient hautes alors que les gaz polluants sont bas, et que quelques heures plus tard la situation soit inversée, sachant que d´autre part la règlementation n´exige pas l´élimination complète des gaz polluants, mais oblige à qu´ils n´excèdent pas les limites établies par la loi.

À cet effet, FILTRONtec a développé un système qui permet de désarmorçer le fonctionnement du filtre de charbon actif selon la concentration réelle de dioxyde d´azote mesurée dans l´air. Cette fonction assure un supplément d´économie d´énergie en permettant la déconnexion des ventilateurs associés au filtre de charbon.

Équiper de filtres les tunnels déjà construits

Nos filtres électrostatiques de particules peuvent aussi être installés dans des tunnels déjà construits et présentant certaines limitations d´espace. Les filtres ayant un fond de 1,60 m et une structure modulaire, ils peuvent s´adapter en hauteur à la section de l´espace disponible. La perte de pression est de seulement 100 Pa, ce qui n´oblige pas à modifier les ventilateurs d´extraction existants.