Les techniques de dépoussiérage les plus efficaces et largement utilisées pour séparer des particules ultrafines d’un fluide porteur sont les médias fibreux. Le principal problème est le colmatage du filtre qui induit une augmentation de la perte de charge dans le temps et nécessite donc un nettoyage régulier des médias (ou son remplacement). La séparation des particules ultrafines par voie liquide au moyen d’une colonne à bulles a été envisagée. L’influence des différentes conditions opératoires telles que la hauteur du liquide de piégeage, le débit de filtration, la taille des bulles et la présence d’un garnissage, sur la collecte des particules a été étudiée. Malgré des rendements de collecte inférieurs à ceux des filtres à fibres, les résultats expérimentaux montrent que les colonnes à bulles présentent des performances d’autant plus importantes que le niveau du liquide est élevé et que les orifices de bullage sont petits. Par ailleurs, si l’étude de l’influence de la vitesse de gaz à l’orifice sur l’efficacité de collecte des nanoparticules ne montre pas une tendance bien définie, la présence d’un garnissage dans le liquide de collecte permet d’augmenter significativement le temps de séjour des bulles dans la colonne et donc l’efficacité de collecte / The most effective and widely used dust separation techniques to separate ultrafine particles of a carrier fluid are fibrous media. The main problem is the clogging of the filter that induces a pressure drop increase over time and thus requires a regular cleaning of the media (or its replacement). In this context, the idea is to test bubble columns, which operate at a constant pressure drop, as an alternative to fibrous filters. This study proposes to investigate the influence of different operating conditions such as the liquid level, the air flow rate, the bubble size and the presence of beads, on the collection of ultrafine particles. Despite collection efficiencies lower than those of fibrous filters, experimental results show that bubble columns present high collection efficiency when the liquid level is high and bubbling orifices have low diameters. Besides, if gas velocity does not show an important influence on the collection e_ciency, the presence of beads in the liquid increases the residence time of the bubbles in the column and thus the collection efficiency

Cette étude vise à une meilleure compréhension des phénomènes rencontrés en filtration des aérosols nanométriques, c’est-à-dire inférieurs à 100 nm, neutres et/ou chargés. Pour ce faire, trois différents types de média ont été étudiés : des grilles, en acier et matières synthétiques, des filtres non tissés, en fibres de verre ou polymériques, et des lits granulaires, constitués de billes d’acier ou de zéolithe. Il ressort des résultats expérimentaux obtenus que quel que soit le média testé, l’efficacité de collecte des particules augmente lorsque le diamètre de l’aérosol diminue, et ce jusque 4 nm. Ceci entre en contradiction avec l’approche théorique dite du rebond thermique, développée par Wang et Kasper en 1991, selon laquelle l’efficacité de collecte serait susceptible de diminuer en-dessous de 10 nm. La vérification des calculs de Wang et Kasper permet d’expliquer cette incohérence, et montre, à partir de valeurs plus réalistes de l’énergie d’adhésion particule-fibre, que si le rebond thermique existe, celui-ci ne pourra se manifester qu’en-dessous de 1 nm, au mieux. Ainsi, les perméances expérimentales des différents médias testés ont pu être modélisées en tenant compte des mécanismes de collecte par diffusion et/ou par effets électrostatiques. Une étude originale sur les performances, dans le domaine nanométrique, de filtres en fibres de verre intentionnellement percés complète ce travail. Pour un même média fibreux, la perméance augmente avec le diamètre de perforation réalisée. Par ailleurs, pour une taille de perforation donnée, la perméance devient indépendante du diamètre des particules en-dessous d’une taille limite, fonction de la dimension de la perforation. Il a enfin été mis en évidence que la baisse d’efficacité est d’autant plus importante que la résistance à l’écoulement de l’air du filtre est importante. Un modèle semi-empirique, fondé sur la différenciation du flux d’aérosol traversant la fuite du flux traversant le matelas fibreux résiduel du filtre, permet de bien représenter ces états de fait / This study aims to better understand the mechanisms encountered in nanoparticles aerosol filtration, the particles being charged or not. Three different types of media were studied: stainless steel or synthetics wire screens, unwoven filters in glass or polymer fibres, and at last, granular beds made from steel or zeolite balls. Experimental results show that, whatever the media, collection efficiency increases as the particle diameter decreases down to 4 nm. This point conflicts with the so-called thermal rebound effect developed by Wang and Kasper in 1991, according to which collection efficiency could decrease below 10 nm. The checking of Wang and Kasper’s calculations enables to explain this discrepancy and shows from more probable particle-to-fibre adhesion energy values that if thermal rebound phenomenon exists, it would only be measurable below 1 nm. Then, experimental points can be modelled from both diffusion and electrostatic forces collection mechanisms. An investigation on the filtration behaviour of fibreglass filters in the nanometric domain when intentionally-pierced with calibrated needles completes the above-mentioned works. For a same media, penetration increases as the leak diameter does. On the other hand, for a given hole size, penetration becomes independent of the particle diameter below a critical scale, which is a function of the leak diameter. It was lastly shown that the efficiency of a pierced media decreases all the more that its air flow resistance is higher. A semi-empirical model based on the differentiation between the aerosol flow across the leak and the one through the residual fibrous bed of the filter enables to well represent these points

L'objectif de ce travail est l'étude de l'efficacité de collecte des particules submicroniques d'un électrofiltre deconfiguration fil-tube carré en utilisant une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD). Les expériences sont faites avec desparticules de fumée d'encens ayant une taille moyenne d'environ 0,32 pm. La répartition en taille des particules à la sortie del'électrofiltre est mesurée grâce à un spectromètre d'aérosols à lumière blanche. L'efficacité de collecte est estimé pour diversestensions et fréquences appliquées (gammes : 4-30 kV, de 0,3 à 1000 Hz) à un débit d'air fixe.Le premier volet de l'analyse a consisté en une caractérisation électrique et granulomètrique de l'électrofiltre de configurationcarré dit de référence. Les résultats obtenus ont montré que le comportement électrique de l'électrofiltre de géométrie carré estsimilaire à celui de géométrie cylindrique. Aussi, l'utilisation de la DBD pour la précipitation donnait de très bons résultats enconfiguration fil-tube carré (plus de 99% d’efficacité). Le second volet de notre étude a été consacré à l'optimisation géométrique de l'électrofiltre de référence. Les résultats ont montré que le diamètre du fil, le nombre des faces collectrices ont une influence minime sur la précipitation. Tandis que, la section du tube et la largeur de la contre électrode et sa discrétisation ont une influence importante. L'analyse de l'effet de la présence d'une deuxième Barrière Diélectrique (BD) a montré qu'à la différence de la simple BD ou le mode de décharge est assez homogène, la décharge a un comportement filamentaire dans le cas de la double BD. Aussi, l'efficacité de collecte des particules pour les deux con / The objective of this work is the study of the collection efficiency of submicron particles with wire-to-square tubeElectroStatic Precipitator (ESP) using a Dielectric Barrier Discharge (DBD). The experiments are performed with incense smokeparticles having a mean size of about 0.32 μm. An aerosol spectrometer is employed for characterizing the size distribution ofthese particles at the outlet of the ESPs. The collection efficiency is estimated for various applied voltages and frequencies(ranges: 4–30 kV, 0.3–1000 Hz) at a fixed air flow rate.The first step of our study consisted of an electrical characterization of the reference precipitator and the evaluation of itscollection efficiency performances. The results have shown that electrical behavior of the wire-to-square tube configuration issimilar to the wire-to- cylinder configuration. Furthermore, it reveals that the square configuration charged with a DBD gives verygood results (more than 99% of efficiency). The second step of the study was devoted to the geometrical optimization of thesquare ESP. The obtained results have established that the wire diameter, the number of faces has a minimal effect on electrostatic precipitation. However, the tube section, the width of the ground electrode and its discretization have an important effect. Also, the analysis of the effect of the presence of a second Dielectric Barrier (DB) has shown that in the case of the single DB, the discharge mode is rather homogeneous. In contrast, the discharge has a filamentary behavior in the case of the double DB. Results show that the particle collection efficiency of both ESPs is higher at high applied voltages and within a certai

Dans le cadre de cette thèse, des Décharges à Barrières Diélectrique (DBD) pulsées de volume et de surface ont été étudiées expérimentalement, dans le but de les appliquer respectivement à la précipitation électrostatique de particules submicroniques et à la régénération de surface.La caractérisation des DBD pulsées a consisté à effectuer des mesures électriques (courant, énergie) et optiques (imagerie ICCD), afin d'observer l'influence des paramètres électriques et géométriques, ainsi que des matériaux utilisés, sur les propriétés de la décharge. Il en ressort que pour les deux types de DBD (surface et volume), le courant présente deux pics durant les fronts montant et descendant du pulse de tension, et que les deux décharges ont des aspects différents (filamentaire ou diffus).Concernant la précipitation électrostatique, l'efficacité de collecte des électrofiltres a été déterminée par des mesures granulométriques. Les résultats montrent que celle-ci est influencée par les paramètres électriques et géométriques des électrofiltres. Une caractérisation des phénomènes EHD au sein des électrofiltres par métrologie optique (LDV et PIV) a été effectuée afin de comprendre les mécanismes de charge et de dérive des particules.Ensuite, la régénération de surface a été étudiée en analysant les images de la surface polluée, avant et après le traitement. Les résultats révèlent que les performances de la régénération sont influencées par les paramètres électriques, géométriques et les matériaux des réacteurs DBD. Les mécanismes de la régénération ont été analysés en relevant l'évolution de la taille et la concentration des particules générées lors du processus de régénération. / As part of this thesis, volume and surface pulsed Dielectric Barrier Discharges (DBD) were investigated experimentally for applications in the electrostatic precipitation of submicron particles and surface regeneration, respectively. First, the characterization of pulsed DBDs consisted of performing electrical measurements (current, power) and optical measurements (ICCD imaging) in order to observe the influence of electrical and geometrical parameters as well as materials on the properties of the discharge. It is demonstrated that for both types of DBD (surface and volume), the current has two peaks during the rising and falling times of the voltage pulse, corresponding to distinct streamer and glow discharge regimes, respectively.Next, the collection efficiency of electrostatic precipitation (ESP) was determined by granulometric measurements. The results show that the efficiency is influenced by the electrical and geometrical parameters of the precipitator. A characterization of EFD phenomena was performed inside the precipitator by optical metrology (LDV and PIV) to understand the mechanisms of charge and particle drift. Finally, surface regeneration was investigated by analyzing images of the contaminated surface, before and after treatment. The results reveal that the regeneration process is influenced by electrical and geometrical parameters and DBD reactor materials. The mechanisms of regeneration were analyzed in-situ by measuring changes in the size and concentration of the generated particles during the process of regeneration.