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Etude des poussières fines

Etude CFD de la captation des poussières et des sables

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Dynamique des poussières dans l'air : origines, dispersion et enjeux environnementaux

Les poussières dans l'air : origines naturelles et humaines, enjeux de filtration et de contrôle

Les poussières sont des particules présentes dans l’air qui ont un diamètre inférieur à 1 000 microns (1µm). On trouve deux sortes de poussières dans l’atmosphère :

  • D’origine naturelle par le vent qui déplace les grains de limon et de sable ayant pour origine le pollens, l’érosion éolienne, les spores, les embruns composés de chlorure de sodium, etc.)
  • Provenant de l’activité humaine : industrie, chauffage, transport, agriculture (moissons), etc.

Les poussières fines sont d’un diamètre inférieur à 1 micron. Elles sont alors assimilables aux émanations, aux aérosols et aux fumées. Du fait de leur petite taille, elles peuvent être difficiles à filtrer et à contrôler dans les environnements.

Les facteurs influençant la dispersion des poussières et leur impact sur l'environnement

La tendance des poussières à se disperser et à rester en suspension est directement liée aux propriétés intrinsèques des matériaux, tels que leur composition (alluvionnaire, éruptif, calcaire) et leur taux d’humidité, qui peut varier en fonction de la nature hydrophobe ou hydrophile du matériau et des conditions météorologiques. De plus, la forme des particules peut également influencer leur capacité à être emportées par le vent ou à se déposer rapidement. Ainsi, les caractéristiques dominantes des poussières sont leur nature et leur taille, exprimée par leur granulométrie.

Le graphique suivant indique la distance parcourue par des particules tombant d’une hauteur de 9 m.

Influence du vent sur la propagation des poussières

Effets des poussières fines sur la santé et l'environnement

Le contrôle des poussières fines est une problématique récurrente dans le secteur de l’industrie. La poussière peut endommager les produits, nuire à la qualité et entraîner des coûts supplémentaires ou des retards dans les processus industriels.

Contamination de système par des poussières industrielles

Les poussières fines posent d’autres nombreux problèmes que ce soit pour la santé ou pour l’environnement. Leur impact sur la santé dépend de leur nature : les poussières minérales comme celles d’acier ou de béton sont plus nocives que celles organiques. Les poussières minérales peuvent altérer les voies respiratoires et le système cardiovasculaire en pénétrant dans les poumons et en atteignant ensuite la circulation sanguine

Le personnel présent en industrie et soumis quotidiennement à de fortes doses de poussières fines dans l’air sont davantage enclins aux problèmes respiratoires, aux irritations mais aussi aux maladies graves comme le cancer du poumon. Sur le plan environnemental, les poussières, qui se déplacent sur de longues distances, polluent les sols et les plans d’eau ainsi que la végétation, ce qui a des conséquences néfastes pour les écosystèmes.

Zones de stockage de charbon

Afin de limiter les particules fines dans l’air, des réglementations et des normes ont été mises en place. Les valeurs limites pour les particules fines de diamètre inférieur à 10 microns (PM10) sont de 40 µg/m3 en moyenne annuelle et celles pour les particules fines de diamètre inférieur à 2,5 microns (PM2.5) sont de 25 µg/m3 sur l’année.

D'où proviennent les poussières fines ?

Les poussières fines peuvent apparaître dans de nombreux secteurs industriels en raison des différentes activités qui génèrent des particules en suspension dans l’air :

  • Industrie du bois : sciage, ponçage, rabotage, découpe
  • Industrie métallurgique : meulage, polissage, découpe laser, soudage, fonderie des métaux.
  • Industrie chimique : mélange, broyage, tamisage, séchage, pulvérisation des produits.
  • Industrie du papier et de l’imprimerie : découpe, broyage, pulvérisation d’encre, manipulation de papier.
  • Industrie alimentaire : broyage, malaxage, cuisson, mouture, conditionnement des aliments.
  • Industrie de construction : démolition, forage, ponçage, découpe, concassage.
  • Industrie minière : extraction, concassage, broyage, tamisage.

Ces poussières peuvent contenir du charbon, du quartz, du plomb, du bois, du fer, de l’aluminium, du cuivre, du zinc, du nickel, etc.

Plus la production est importante, plus les poussières sont émises en grandes quantités. De façon secondaire, il peut y avoir une influence des niveaux de production sur les niveaux d’empoussièrement mesuré sur différentes périodes. Par conséquent, le secteur industriel nécessite une mise en place des mesures de contrôle et de prévention adaptées pour limiter la formation et la dispersion des poussières fines.

Emission de poussières dans l’industrie du bois (sciage)
Emission de poussières dans l’industrie minière

Une quantité de poussière non négligeable proviennent du secteur de l’industrie mais il existe diverses sources. L’air contient naturellement des particules en suspension appelées aérosols (érosion), complétées par les poussières fines issues d’autres activités humaines (poussières de combustion, de circulation…) qui forment un bruit de fond.

Facteurs influençant la dispersion des poussières

Certaines poussières fines sont plus susceptibles de finir dans l’air ambiant. Leur émission dépend de plusieurs facteurs :

  • La granulométrie des poussières : plus les particules ont un petit diamètre, plus elles sont susceptibles d’être mises en suspension dans l’air et plus longtemps elles y resteront.
  • La forme des poussières : une particule plate met plus de temps à retomber au sol qu’une particule sphérique (analogie avec une feuille qui se dépose lentement au sol). Le diamètre aéraulique influence grandement la vitesse de chute de la particule.
  • Les propriétés du produit : plus il est sec, plus celui-ci aura tendance à se diffuser dans l’air (lors d’une compression par exemple).
  • Les conditions météorologiques : le vent, la sécheresse et les précipitations jouent un rôle majeur dans l’empoussièrement du site.

Les conditions les plus défavorables de la dispersion de poussière sont un terrain plat, l’absence de végétation, une hygrométrie et des précipitations faibles et un vent fort.

Simulation CFD des poussières fines

La simulation CFD permet d’étudier l’aéraulique avec précision permettant ainsi de tracer les poussières dans l’air et des et leur diffusion dans l’espace, ainsi que de leurs interactions avec les structures et les systèmes. Il est donc possible de prévoir le déplacement des poussières à l’aide de cette branche de l’ingénierie CFD et ainsi penser à des systèmes adéquats pour limiter la quantité de poussières au sein d’un environnement.

Nous réalisons des études de dimensionnement CFD à l’échelle de l’usine ou à l’échelle d’un système. Nos études permettent d’étudier des variantes de conceptions permettant une captation optimale des poussières, limitant ainsi leur diffusion dans l’air. La simulation de la propagation des poussières est une discipline particulière en CFD faisant intervenir les caractéristiques physiques de déplacement des poussières fines ou aérosols. Elle permet de modéliser les comportements de l’air et des particules pour ensuite en prédire leur répartition dans l’espace étudié. Il est aussi possible, à l’aide de la CFD de déterminer les temps nécessaires pour limiter la diffusion de poussières. Cela permet de minimiser les risques pour le personnel ainsi que ceux pour la production en trouvant des solutions adéquates.

Simulation CFD – Industrie pharmaceutique – Diffusion de poussière dans l’air en salle blanche

Solutions envisagées par EOLIOS

EOLIOS est en mesure de fournir des solutions aux problèmes de poussières fines sur l’ensemble des process étudiés en prenant en compte tous les systèmes qui la composent. Cette analyse à grande échelle est possible et unique grâce à la CFD et au savoir-faire de EOLIOS

Nous réalisons des études internes dans des bâtiments ou des usines mais aussi des études externes à l’échelle d’une ville, d’une agglomération, d’un port, etc. Il est de même tout à fait possible d’étudier des phénomènes aérauliques d’un process en particulier.

Notre équipe vous accompagne dans la vérification et l’optimisation de vos différents processus. Pour cela, nous sommes en capacité d’effectuer des campagnes de mesures sur site afin d’obtenir des mesures d’émission de poussière. Ces études préliminaires nous permettent de vérifier le taux de particule dans l’air et par conséquent de déterminer la qualité de l’air sur le site. Des dimensionnements multicritères de système de captation de poussière peuvent être ensuite réalisés :

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