La sorbonne de laboratoire et son contexte normatif
EOLIOS réalise les pré-qualifications en conception de vos sorbonnes ainsi que les essais de confinement, par la modélisation CFD.
Maîtriser
- Maîtrise de la contamination
- Dispersion de polluants & de gaz
- Design des locaux de laboratoire
Analyser
- Scénarios critiques de défaillance
- Flux de dérivation & de recirculation
- Distribution aéraulique & refroidissement
Optimiser
- Implantation précise des grilles
- Optimisation du confort thermique
- Points de consigne du traitement d'air
Contexte
La sorbonne de laboratoire est un système de protection localisée, utilisé là où des substances dangereuses sont manipulées. Sa mission est de limiter l'exposition des humains aux substances nocives en captant et évacuant les vapeurs toxiques et poussières volatiles générées dans son enceinte, grâce à un flux d'aspiration d'air. Pour maintenir leurs performances dans le temps, les sorbonnes font l'objet de contrôles périodiques.
Législation française en vigueur
L'évaluation du fonctionnement des sorbonnes est soumise à la norme européenne EN 14175, qui détaille la méthodologie d'évaluation des performances lors des essais de qualification, de réception ou de routine. Lors d'un contrôle, des essais de vitesse d'air frontale à l'entrée de la sorbonne sont menés par anémométrie à fil chaud ; un test de confinement au gaz traceur SF6 est réalisé, ainsi qu'une visualisation qualitative de flux au fumigène.
Ancienne réglementation : la norme XP X 15-203
En France, pour les sorbonnes installées avant 2006, les contrôles devaient être conformes à la norme française XP X 15-203, qui fixait des seuils de vitesse d'air frontale et des niveaux de confinement :
- Vitesse d'air frontale : 0,4 m/s ;
- Confinement : concentration de gaz traceur dans le plan d'ouverture inférieure en tout point à 0,1 ppm.
La norme EN 14175 : de nouveaux paramètres d'essais aérauliques
Les valeurs seuils à respecter
- Vitesse d'air frontale : absence de valeur seuil dans la norme, mais 0,4 m/s en France ;
- Confinement : pas de seuil dans la norme, mais la norme française XP X 15-206, élaborée en complément, fixe 0,1 ppm pour la concentration moyenne en gaz traceur SF6 (hexafluorure de soufre) ;
- un nombre de paramètres testés beaucoup plus élevé.
Les contrôles obligatoires
- Débit d'air extrait : mesuré dans le conduit d'extraction pour vérifier les caractéristiques aérauliques et servir de référence aux futurs contrôles ;
- Vitesse d'air frontale : mesurée par anémométrie thermique, valeurs de référence pour les contrôles périodiques.
Confinement : la mesure par traçage SF6
Le principe du test de confinement au gaz SF6 se déroule en trois temps :
- générer un gaz traceur SF6 à des emplacements spécifiques à l'intérieur du volume de travail ;
- prélever l'air à différents emplacements, au niveau du plan d'ouverture de la sorbonne ;
- mesurer la concentration en SF6 pour quantifier la fuite des substances vers le personnel.
Pour la norme NF EN 14175, le nombre de points de mesure dépend de la largeur de la sorbonne ; sa partie 3 précise le calcul des positions d'essai. Lors des essais, la façade mobile est ouverte à 500 mm.
Modélisation CFD des laboratoires et salles blanches
Compréhension globale des phénomènes thermo-aérauliques
Les simulations contribuent à une meilleure compréhension des problématiques afin de développer des solutions techniques pertinentes dès la conception. Les laboratoires peuvent être simulés dans leur intégralité, permettant l'analyse simultanée de l'impact de nombreux phénomènes. L'étude CFD de qualification de sorbonne met notamment en évidence la présence de flux d'air parasites perturbant l'entrée des sorbonnes.
Projet : simulation CFD d'un laboratoire équipé de sorbonnes
Conception des salles de laboratoire et salles blanches
En début de conception, la multiplication de prototypes expérimentaux est vite coûteuse et chronophage. La simulation CFD permet de tester un grand nombre de prototypes en un temps restreint, afin de recueillir rapidement des informations pour l'optimisation des systèmes et le placement des sorbonnes.
La CFD : un nouveau protocole de conception
La simulation donne accès à de nombreux paramètres difficilement mesurables expérimentalement : elle fournit instantanément des données en tout point, et non de façon localisée. Cela permet d'identifier précisément les fuites lors du confinement. Intégrer la CFD dans ses protocoles, c'est s'adjoindre un regard d'expert dans la recherche de solutions : la qualification des sorbonnes en est sécurisée et accélérée.
Une méthode CFD pour la qualification des sorbonnes
Modélisation des flux d'air
Pour une mesure spatiale instantanée de la vitesse de l'air, nous recourons à la mécanique des fluides de précision. Les écoulements en jeu sont régis par les équations aux dérivées partielles de Navier-Stokes ; insolubles analytiquement, elles sont résolues numériquement par la méthode des éléments finis, qui fournit la solution la plus approchée possible. Cette résolution exige de connaître à l'avance les conditions d'entrée et de sortie — les débits de soufflage, de reprise et d'aspiration des sorbonnes —, précisées en hypothèses et impérativement vérifiées pour que les conclusions soient valides.
Mesure de confinement numérique
Lors de la qualification, il est impératif de contrôler le taux de fuite des agents polluants pour ne pas contaminer l'utilisateur. Pour modéliser cet agent, nous employons différentes méthodes de simulation d'un gaz traceur afin de garantir une précision fine et des résultats fiables.
Validation numérique de la qualification
Pour vérifier la conformité du confinement à la norme, nous modélisons la diffusion du traceur dans la sorbonne en régime stationnaire. Une méthode d'iso-volume confirme ensuite que tout le traceur est bien contenu dans l'enceinte à l'échelle réglementaire : si le résultat est vérifié, la sorbonne répond aux conditions de confinement imposées par la législation.
