Quels sont les différents types de purificateurs d’air domestique ?

Les polluants de l’air intérieur sont des matières indésirables, parfois dangereuses, présentes dans l’air. En général, la meilleure façon de faire face à ce risque est de contrôler ou d’éliminer les sources de polluants et de ventiler une maison avec de l’air extérieur propre. La méthode de ventilation peut toutefois être limitée par les conditions météorologiques ou par des niveaux indésirables de contaminants dans l’air extérieur.

Si ces mesures sont insuffisantes, un dispositif de purification de l’air peut être utile. Les appareils de purification de l’air sont destinés à éliminer les polluants de l’air intérieur. Certains dispositifs de purification de l’air sont conçus pour être installés dans les conduits du système de chauffage, de ventilation et de climatisation d’une maison afin de purifier l’air dans tout l’environnement domestique.

Les purificateurs d’air portables peuvent être utilisés pour purifier l’air dans une seule pièce ou dans des zones spécifiques, mais ils ne sont pas destinés à la filtration de toute la maison. En effet, le volume d’air (en mètres cubes/heure) qu’ils sont capables de traiter les rend largement insuffisants – comme si l’on voulait chauffer une grande maison avec un poêle – même s’ils avaient un haut rendement d’épuration.

En outre, différents types de dispositifs de purification de l’air sont disponibles, chacun étant conçu pour éliminer certains types de polluants. Les polluants qui peuvent affecter la qualité de l’air dans une maison appartiennent aux deux grandes catégories suivantes : les particules et les polluants gazeux.

Les particules comprennent la poussière, la fumée, le pollen, les poils d’animaux, la fumée de tabac, les particules générées par les appareils de combustion tels que les cuisinières et les particules associées aux micro-organismes tels que : les acariens, les moisissures, les bactéries, les virus. Les polluants gazeux proviennent des processus de combustion. Les sources comprennent les cuisinières à gaz, les gaz d’échappement des véhicules et la fumée de tabac. Ils proviennent également des meubles, des matériaux de construction et de l’utilisation de produits de nettoyage, d’adhésifs, de peintures et de pesticides.

L’article ci-dessous donne un bref aperçu des technologies de purification de l’air et des polluants qu’elles visent à réduire. En plus de comprendre les différents types d’appareils de purification de l’air, les consommateurs doivent également considérer leurs performances.

L’élimination des particules dans l’air

Il existe deux types de dispositifs de purification de l’air qui peuvent éliminer les particules de l’air : les filtres à air mécaniques et les purificateurs d’air électroniques. Les filtres à air mécaniques éliminent les particules en les capturant sur le média filtrant. Par exemple, les filtres HEPA (High Efficiency Particulate Air), ou filtres à particules à haute efficacité, entrent dans cette catégorie, et sont parfaits pour filtrer les allergènes.

Les filtres à air mécaniques

Les filtres à air mécaniques sont disponibles en deux types principaux : plats et plissés. Les filtres plats ou à panneaux sont généralement constitués de fibres de verre grossières, de poils d’animaux enduits, de fibres végétales, de fibres synthétiques (comme le polyester ou le nylon), de mousses synthétiques, de laine métallique. Le porte-filtre peut être traité avec une substance visqueuse, telle que de l’huile, qui fait que les particules adhèrent aux fibres.

Les filtres plats

Les filtres plats peuvent également être composés de trois types de matériaux chargés en permanence par l’électricité statique : de la laine de résine, un film plastique ou une fibre appelée “électret” ou un polymère pulvérisé par voie électrostatique. Leur charge statique attire et capture les particules. L’efficacité des filtres à électret diminue avec la charge de particules par le substrat.

Les filtres plissés

Les filtres plissés sont des filtres de grande surface et sont généralement plus efficaces que les filtres plats pour capturer les particules respirables, et sont également utilisés sur les voitures. Le pliage du média filtrant augmente la surface, réduit la vitesse de l’air et permet l’utilisation de fibres plus petites et d’une plus grande densité de remplissage du filtre sans diminution importante du débit d’air.

Les filtres à air à haute efficacité

Les filtres à air à haute efficacité (HEPA) sont un type de filtre à surface étendue. Les filtres HEPA sont généralement constitués de fibres de verre submicrométriques et ont un tissage similaire à celui du papier absorbant. En pratique, ils sont constitués de plusieurs couches de feuilles filtrantes en microfibres. Ils peuvent également avoir une plus grande surface et éliminer les particules respirables plus efficacement que les filtres plissés.

La performance des filtres à air dépend non seulement de la vitesse du flux d’air à travers le filtre et de l’efficacité du filtre, mais aussi de facteurs tels que : la taille et la masse des particules ; la quantité de poussière sur le filtre à air ; le débit d’air, la vitesse, le chemin et la résistance à travers le média filtrant ; le mélange de l’air sortant du filtre avec l’air à l’intérieur de la pièce ; le taux de perte d’air en contournant le filtre.

Les purificateurs d’air électroniques

Les purificateurs d’air électroniques de type précipitateur électrostatique utilisent un processus appelé attraction électrostatique pour piéger les particules chargées. Ils aspirent l’air à travers une section d’ionisation dans laquelle l’électron le plus extérieur est arraché aux atomes, de sorte que certains d’entre eux “s’ionisent”, c’est-à-dire qu’ils acquièrent une charge électrique. Les particules chargées s’accumulent alors sur une série de plaques plates, appelées collecteurs, qui sont chargées de manière inverse.

Les précipitateurs électrostatiques

Les précipitateurs électrostatiques éliminent et collectent les petites particules en suspension dans l’air et ont une efficacité initiale pouvant atteindre 98 % à faible vitesse d’écoulement. Les purificateurs d’air électroniques ont une efficacité initiale élevée dans la purification de l’air, en grande partie grâce à leur capacité à éliminer les particules fines, ainsi que parce qu’ils sont propres. Leur efficacité diminue lorsque les plaques de collecte sont chargées de particules ou lorsque la vitesse du flux d’air augmente.

Les générateurs d’ions

Les générateurs d’ions, ou ioniseurs (à ne pas confondre avec les ozoniseurs !) dispersent les ions chargés dans l’air. Ils sont donc similaires aux purificateurs d’air électroniques, mais sans avoir de collecteurs (le nettoyage des plaques est essentiel pour maintenir un rendement adéquat). Les ions produits se fixent aux particules en suspension dans l’air, leur donnant une charge, de sorte qu’ils se collent aux surfaces proches comme les murs ou les meubles, ou se lient entre eux et se déposent plus rapidement.

Les deux types de purificateurs d’air électroniques produisent des ions par décharge corona ou par lumière ultraviolette (UV). Les ioniseurs sont la forme la plus simple de filtre à air électronique et sont disponibles en version de bureau, portable et montée au plafond. Tout comme les filtres mécaniques, les purificateurs d’air électroniques peuvent également être installés dans les systèmes de climatisation.

Bien que les purificateurs d’air électroniques éliminent les petites particules de l’air, ils n’éliminent pas les gaz ou les odeurs. Et comme les purificateurs d’air électroniques utilisent une haute tension pour générer des champs ionisants, ils peuvent produire de l’ozone, soit comme sous-produit, soit délibérément (comme dans les ozoniseurs). Par conséquent, la concentration d’ozone à l’intérieur peut être affectée par la quantité d’ozone émise par ces appareils électroniques, qui varie selon le modèle.

L’élimination des gaz et des odeurs polluantes

Elle est différente en ce qui concerne l’élimination des polluants gazeux. Les filtres à air en phase gazeuse éliminent les gaz et les odeurs grâce à un matériau appelé “adsorbant”, tel que le charbon actif, qui absorbe les polluants. Certains appareils de purification de l’air équipés de filtres en phase gazeuse peuvent éliminer certains des polluants gazeux et certains des risques connexes, au moins sur une base temporaire.

Ces filtres sont généralement destinés à éliminer un ou plusieurs polluants gazeux du flux d’air qui les traverse. Comme les filtres en phase gazeuse sont spécifiques pour un ou un nombre limité de polluants gazeux, ils ne réduiront pas les concentrations de polluants pour lesquels ils ne sont pas conçus. Ils ne sont donc pas censés éliminer tous les polluants gazeux présents dans l’air d’une maison typique.

Par exemple, le monoxyde de carbone est un dangereux polluant gazeux qui est produit chaque fois qu’un combustible tel que le gaz, le pétrole, le kérosène, le bois ou le charbon est brûlé et qui n’est pas facilement capté par les produits de filtration en phase gazeuse résidentielle actuellement disponibles. Entre autres choses, il est difficile de comparer et de classer l’efficacité des différents filtres absorbants.

En outre, la durée de vie des filtres en phase gazeuse peut être courte, car le matériau filtrant peut rapidement être surchargé et devoir être remplacé souvent, tout comme les filtres utilisés pour la purification de l’eau potable domestique. Il est donc possible qu’à pleine charge, ces filtres rejettent dans l’air les polluants piégés.

D’une manière plus générale, il existe deux processus principaux qui permettent d’éliminer les contaminants gazeux de l’air : un processus physique appelé “adsorption” – dont celui des filtres à charbon actif est un exemple typique – et une réaction chimique appelée “chimisorption”.

L’adsorption résulte de l’attraction physique des molécules de gaz ou de vapeur sur une surface. Tous les adsorbants ont une capacité limitée et nécessitent donc un entretien fréquent. En général, un adsorbant absorbe les molécules pour lesquelles il a la plus grande affinité et permet à d’autres molécules de rester dans le courant d’air. L’adsorption se produit plus facilement à basse température et à faible humidité.

Les absorbants solides tels que le charbon actif, le gel de silice, l’alumine activée, les zéolites, les polymères synthétiques et l’argile poreuse sont utiles en raison de leur grande surface interne, de leur stabilité et du faible coût de ces minéraux. Le charbon actif est l’adsorbant le plus couramment utilisé dans les systèmes de climatisation portables et les purificateurs d’air pour éliminer les contaminants gazeux et les odeurs.

Le charbon actif a le potentiel d’éliminer la plupart des hydrocarbures, de nombreux aldéhydes et acides organiques. Cependant, il n’est pas particulièrement efficace contre les oxydes de soufre, le sulfure d’hydrogène, les aldéhydes de faible poids moléculaire, l’ammoniac et l’oxyde d’azote.

La chimisorption se produit lorsque des molécules de gaz ou de vapeur réagissent chimiquement avec un matériau absorbant ou avec des agents réactifs imprégnés dans ce matériau. Ces substances imprégnées réagissent avec les gaz et forment des composés chimiques stables qui se lient au milieu sous forme de sels organiques ou inorganiques, ou sont décomposées et libérées dans l’air sous forme de dioxyde de carbone, de vapeur d’eau ou de matière plus facilement absorbée par d’autres adsorbants.

De nombreux produits chimiques différents peuvent être imprégnés sur du charbon actif. Le permanganate de potassium, en revanche, est un absorbant courant imprégné d’alumine activée. Il réagit avec de nombreux polluants atmosphériques courants, notamment le formaldéhyde et les oxydes de soufre et d’azote. Comme un chimisorbant ne réagit qu’avec un seul ou un nombre limité de polluants réactifs, il ne devrait pas réduire les autres.

La destruction des polluants

Il existe sur le marché trois types de purificateurs d’air conçus pour désactiver ou détruire les polluants de l’air intérieur. Il s’agit de purificateurs pour “l’irradiation ultraviolette des germes” (UVGI) et “l’oxydation photo catalytique” (PCO). Il existe également des générateurs d’ozone, ou ozonateurs, qui sont vendus et présentés au public comme des purificateurs d’air.

Les purificateurs UVGI (abréviation de “Ultraviolet Germicidal Irradiation Cleaners”) utilisent le rayonnement ultraviolet des lampes UV, qui peuvent détruire les polluants biologiques tels que les virus, les bactéries, les allergènes et les moisissures qui sont dispersés dans l’air ou qui se développent sur les surfaces des équipements de climatisation (par exemple les serpentins de refroidissement, les tuyaux d’évacuation ou les canalisations).

Les purificateurs UVGI désactivent les polluants biologiques internes qui volent ou se développent à l’intérieur humide des surfaces des systèmes de climatisation (par exemple, les serpentins de refroidissement, les plateaux d’échappement, etc.) Cependant, les systèmes UVGI utilisés dans les maisons, qui sont pour la plupart des lampes à vapeur de mercure émettant des UV à 253,7 nm, ont une efficacité limitée pour tuer les bactéries et les moisissures.

En fait, la lumière UV peut pénétrer la structure cellulaire externe d’un micro-organisme et altérer son ADN, empêchant de façon permanente la réplication et provoquant la mort des cellules. Mais certaines bactéries et spores de moisissure résistent aux rayons UV. C’est pourquoi l’UVGI, s’il est utilisé, doit être appliqué avec – et non en remplacement – des systèmes de filtration.

Les purificateurs de PCO utilisent également une lampe UV – et donc la technologie de la lumière ultraviolette (UV) – pour détruire les polluants intérieurs, mais avec une substance, appelée catalyseur, qui réagit avec la lumière. En pratique, ils détruisent les polluants gazeux en les transformant en produits inoffensifs, mais ils ne sont pas conçus pour éliminer les polluants particulaires.

Lorsque le photocatalyseur – généralement du dioxyde de titane – est irradié par de la lumière UV, une réaction photochimique a lieu et des radicaux hydroxyle se forment. Ces derniers oxydent les polluants gazeux adsorbés à la surface du catalyseur. Cette réaction, appelée “oxydation photocatalytique” en argot, transforme les polluants organiques en dioxyde de carbone et en eau.

Un purificateur d’air domestique avec trois types de filtres différents, dont l’un est photocatalytique.

Le PCO est une technologie émergente qui vise à améliorer la capacité des systèmes de climatisation et/ou de purification de l’air des habitations à détruire les contaminants gazeux. Cependant, l’utilité des purificateurs de PCO dans les foyers est limitée car les photocatalyseurs disponibles (par exemple les substances qui réagissent à la lumière) sont inefficaces pour détruire complètement les polluants gazeux intérieurs.

D’autre part, les générateurs d’ozone vendus comme purificateurs d’air produisent intentionnellement – pour détruire les polluants – du gaz d’ozone, un irritant pour les poumons à l’odeur piquante qui peut avoir des effets néfastes sur la santé. Les générateurs d’ozone utilisent également la lumière ultraviolette (UV) ou une décharge électrique créée par un circuit à haute tension pour produire de l’ozone.

À des concentrations qui ne dépassent pas les normes de santé publique, l’ozone a peu d’effet pour éliminer la plupart des contaminants de l’air intérieur. Par conséquent, les générateurs d’ozone ne sont pas toujours sûrs et efficaces pour contrôler les polluants de l’air intérieur, contrairement à l’élimination ou au contrôle des sources de polluants et à l’augmentation de la ventilation de l’air extérieur.