Filter School : Module 3

Méthodes et normes d'essai pour les filtres à air : Les filtres à air utilisent les fibres fines de leur média et des mécanismes de filtration complexes, invisibles à l'œil nu, tout comme les particules et les gaz qu'ils capturent.

Alors, comment vérifier qu'un filtre fonctionne efficacement, conformément aux spécifications ? Comment distinguer un « bon » filtre d’un « mauvais » filtre ?

Nous savons que la propriété la plus importante d'un filtre à air est son efficacité, laquelle permet de mesurer sa capacité à éliminer les polluants aéroportés, notamment les poussières, les particules et les gaz. Parmi ses autres propriétés essentielles, on peut citer le développement de la perte de charge et sa capacité de rétention de la poussière.

Pour mesurer ces propriétés, le secteur de filtration de l'air a besoin de normes garantissant que les essais de filtres sont effectués de manière cohérente et fiable. Des normes fondées sur des connaissances documentées permettent de classer et de comparer les filtres de différents fabricants.

Classifications des filtres et essais de laboratoire

EnEurope,les filtresà airparticulairesdestinés auxapplications deventilationgénéralesontclassésconformémentàlanormed’essaiEN779:2012. Aux États-Unis, la classification se fait conformément à la norme ASHRAE 52.2. Le choix de la norme détermine le type de banc d’essai, la méthode d’essai, la classification du filtre et la manière dont les résultats des essais sont communiqués.

Essais conformément à la norme EN 779:2012

Suivant cette norme, un filtre est chargé en poussière d’essai standard afin de mesurer sa capacité de rétention de la poussière et subit un essai d’aérosol afin de déterminer son efficacité de filtration. La capacité de rétention de la poussière est une mesure de la quantité de poussière d'essai (en grammes) captée et retenue par le filtre jusqu'à ce que la perte de charge finale de l'essai soit atteinte (voir le tableau 1 ci-dessous). Les mesures d'efficacité sont effectuées après l’augmentation régulière des doses de poussière d'essai, jusqu'à atteindre la perte de charge finale prévue.

Les résultats de l’essai permettent de classer le filtre. La classe de filtration pour filtres moyens et filtres fins est déterminée par leur efficacité moyenne sur des particules de 0,4 micromètre (μm), ce qui est intéressant du point de vue de la filtration, car la majorité des particules anthropiques (produites par l’activité humaine) ont

une taille d’environ 0,4 μm. Pour être éligible à la classe de filtration F7, l’efficacité moyenne du filtre doit être comprise entre 80 et 90 % (≥80 et <90 %) pendant tout le cycle d’essai. Cependant, en fonctionnement réel, l’efficacité du filtre n’augmentera pas.

Certains filtres utilisent des fibres polymères (synthétiques) à charge électrostatique. Leur efficacité dépend de la force de la charge, qui s'affaiblit avec le temps (souvent en l’espace de quelques mois), à mesure que le filtre est utilisé. La mesure et la communication de l’efficacité minimale (EM) de ces filtres, après une charge potentielle réduite ou perdue, sont donc incluses dans les procédures d’essai et de mesure de la norme EN 779:2012. Pour éliminer la charge électrostatique, le filtre est traité à l'isopropanol. La valeur ME pour un filtre classé F7 est de 35 % (voir tableau 1).

Essais conformément à la norme ASHRAE

La norme américaine ASHRAE 52.2:2007 est celle utilisée pour les essais et la classification des filtres. Les particules de sel (sels de chlorure de potassium) servent à mesurer l’efficacité du filtre sur des particules dans trois plages de tailles différentes : de 0,3 à 1 μm, de 1 à 3 μm et de 3 à 10 μm, ainsi que pendant les étapes de chargement de poussière incrémentielle.

Pour mesurer la capacité de rétention de la poussière, le filtre est chargé en poussière d’essai standard suivant la norme ASHRAE. MERV (Minimum Efficiency Reporting Value ou valeur consignée d'efficacité minimale) sert de base à la classification des filtres à air selon la norme ASHRAE 52.2. La valeur MERV indique l’efficacité initiale mesurée la plus basse ou la notation d'efficacité la plus basse pendant l'alimentation en poussière.

Selon la norme ASHRAE 52:2, Annexe J, la charge électrostatique est éliminée par un excès d’aérosol d’essai du chlorure de potassium.

Nouvelle norme en matière d’essais de filtre

La nouvelle norme mondiale en matière de filtres ISO 16890 en cours d'élaboration est destinée à remplacer les normes EN 779 et ASHRAE

52.2. L'efficacité de filtration, fondement de cette norme, est mesurée de différentes manières selon le type de filtre. Pour les filtres grossiers, on mesure l’efficacité gravimétrique sur une poussière d’essai. Pour les filtres moyens, l'efficacité est testée sur les particules PM2,5 et PM10. Pour les filtres fins, on mesure l’efficacité sur les particules PM1.

Assurance qualité du filtre

Le P-mark suédois est aujourd'hui la plus haute notation d'assurance qualité d’un filtre. Aucun autre système de qualité n'a d'exigences plus élevées ou n'est basé sur les conditions réelles. Les filtres sont testés en laboratoire conformément à la norme EN 779:2012. Pour garantir les performances en conditions réelles d'utilisation, les filtres sont également testés sur le terrain pendant six mois.

Certification Eurovent

Pour certifier que les filtres fonctionnent conformément aux données techniques du fabricant, une autorité indépendante, la société de certification Eurovent, peut être chargée de tester et certifier les filtres à poches, les filtres compacts et les filtres à panneaux dans les classes de filtration fine M5 à F9. Eurovent utilise à cet effet un laboratoire accrédité EN 779.

Les fabricants agréés reçoivent un certificat Eurovent et sont autorisés à utiliser le logo Eurovent pour leur marketing. Les essais doivent être renouvelés chaque année pour conserver le certificat.

Normes d’essai des filtres moléculaires

Les filtres moléculaires sont utilisés depuis plus de 50 ans, mais une norme d’essai internationale uniforme n’a été établie que récemment. De plus, il n’existe pas de système de classification des filtres moléculaires tel que l’EN 779. Les normes moléculaires actuelles peuvent être divisées en méthodes d’essai pour les matières premières et en méthodes d’essai pour les ensembles de filtres complets.

GPACM

Le GPACM (Gas Phase Air Cleaning Media - média d’épuration de l’air en phase gazeuse) est un acronyme désignant les médias filtrants utilisés pour éliminer les gaz dans l’air. Les médias en vrac, notamment les pastilles ou les granules, sont testés conformément à la norme américaine ANSI/ASHRAE 145.1. Ce test consiste à les soumettre à un flux d'air pollué dans un tube à essai de deux pouces de largeur dans lequel le débit d'air, la température et l'humidité sont maintenus constants. Le temps s’écoulant jusqu’à l’augmentation de 50 % de la concentration initiale est mesuré.

Outre les médias en vrac, la norme internationale ISO 10121-1 teste également les médias à feuille plate et les structures telles que les nids d'abeilles. Les deux normes servent à évaluer des médias et non à tester des produits finis.

GPACD

Le GPACD (Gas Phase Air Cleaning Devices - dispositifs d'épuration de l'air en phase gazeuse) est l'acronyme désignant les produits qui éliminent les gaz de l'air. L’efficacité initiale, l’efficacité pendant l’essai de chargement, la capacité, la rétention et la perte de charge peuvent être testées aujourd’hui conformément à la norme américaine ANSI/ASHRAE 145.2 ou à la norme internationale ISO 10121-2. Ces deux normes utilisent des approches différentes pour comparer des produits similaires.

La norme ANSI/ASHRAE 145.2 teste uniquement les GPACD utilisant un média adsorbant et les utilisateurs peuvent choisir parmi 30 gaz de test différents à des concentrations fixes. La capacité est exprimée  en    quantité  de gaz éliminée à une pénétration de 99 % ou après un maximum de quatre heures. La norme ISO 10121-2 comprend une partie ouverte dans laquelle il est possible d’utiliser le gaz, la concentration, le débit, la température et l'humidité propres à l'application. Une partie simplifiée est basée sur des caractéristiques prédéfinies. La norme ISO exige une réduction de l’efficacité minimale pour obtenir des données de qualité et accepte tous les types de filtres et techniques de purification de l’air.

La norme EN 13779 pour déterminer les classes de filtration

EN 13779 est la norme européenne en matière de ventilation générale dans tous les types de bâtiments, excepté les immeubles résidentiels. Elle spécifie le niveau de fonctionnement requis pour les solutions techniques, mais sans caractère contraignant. La norme EN 13779 contribue à créer un climat intérieur sain et confortable pour des coûts d'installation et de fonctionnement acceptables.

La classe de filtration est déterminée par la norme spécifiant les étapes de filtration nécessaires pour atteindre la qualité de l'air intérieur (QAI) visée tout en tenant compte des niveaux de pollution extérieure. Les filtres à gaz de filtration moléculaire, pour l’élimination des gaz et des vapeurs, doivent répondre aux exigences les plus strictes (voir tableau 2).

Filtres à haute efficacité

La norme EN 1822 est celle utilisée en Europe. Elle divise en cinq parties l’essai des filtres à haute efficacité EPA, HEPA et ULPA.

Les filtres à air à haute efficacité sont classés selon la taille de particule MPPS (Most Penetrating Particle Size ou taille de particule ayant la plus forte pénétration) ; il s’agit de la particule pouvant pénétrer dans le filtre le plus facilement. Des essais de fuite sont obligatoires pour les filtres de classe H13 et supérieure.

La norme « ISO 29463 - Filtres à haute efficacité et médias filtrants pour l’élimination des particules dans l'air » - est une norme ISO basée sur la norme EN 1822. Elle se divise également en cinq parties ayant les mêmes intitulés que la norme EN 1822, même si elle présente également des classes « paires » entre les classes de la norme EN 1822, par exemple 99,90 % (norme ISO 30E).

La IEST, société technique internationale d’ingénieurs basée aux États-Unis, a mis en place un certain nombre de méthodes d’essai. Les volets IEST-RP-CC001, 007, 021 et 034 concernent les filtres à air à haute efficacité. Les différentes parties de cette norme couvrent les exigences de performance, la classification, la conception, les exigences de conception et les essais des médias filtrants.

Normes et salles propres

Les normes ISO 14644 et ISO 14698 sont actuellement les normes les plus couramment utilisées pour les salles propres. La norme ISO 14644 a remplacé certaines normes nationales telles que  la norme américaine 209 et la norme britannique 5295.

La norme ISO 14644 comprend dix parties et plusieurs autres devraient être ajoutées à terme. Cette norme ne prend pas en compte les micro-organismes. La norme ISO 14698 et les BPF (bonnes pratiques de fabrication) sont utilisées par les secteurs de la transformation alimentaire et pharmaceutique. Ces normes incluent les contaminants microbiologiques.

* GF = filtre à gaz (filtre à charbon actif et/ou filtre chimique)