Une air toujours propre

Pour trouver les substances filtrantes appropriées, les chercheurs du Fraunhofer IWS utilisent un système multi-adsorption, permettant d'étudier simultanément le comportement d'adsorption de gaz concurrents. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS / Les chercheurs du Fraunhofer IWS utilisent un système multi-adsorption pour étudier le comportement d'adsorption des gaz concurrents afin de trouver des substances filtrantes adaptées. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

Lors d'une conversation commune, par exemple sur les exigences de la solution de filtration envisagée, les bases pour le choix des agents de séchage appropriés sont posées. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS / Les chercheurs discutent des spécifications de la nouvelle solution de filtration et sélectionnent les agents de séchage appropriés sur cette base. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

Les meilleurs candidats en tant qu'adsorbants sont ensuite intégrés dans le prototype du système de filtration, fabriqué par l'entreprise ULT de Löbau. Une caractéristique distinctive de ce système par rapport aux systèmes de filtration conventionnels est sa surveillance par capteurs, qui détecte automatiquement lorsque le média filtrant est saturé en substances et doit être remplacé. © Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS

Le projet MultiFUN a été financé par le Fonds européen de développement régional (FEDER).

La transformation des métaux par laser et plasma libère de nombreux polluants dans l'air ambiant. L'institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des faisceaux IWS a récemment développé, en collaboration avec des partenaires, un système de filtration très efficace pour éliminer ces différentes substances de l'air. Il peut être adapté individuellement aux différents matériaux et aux substances libérées dans chaque cas. À l'avenir, cette technologie devrait être utilisée dans d'autres applications telles que la fabrication additive.

Lors du traitement des métaux avec des lasers ou du plasma, de microparticules ainsi que des gaz et substances nocifs pour la santé sont libérés. Dans les entreprises de métallurgie, ces substances sont généralement évacuées du poste de travail à l'aide de systèmes d'aspiration et de ventilation. Lorsque cela n'est pas possible, les employés portent des masques de protection. Avec l'automatisation croissante de la production, par exemple grâce à des robots de fabrication, la protection contre les émissions est cependant parfois reléguée au second plan lorsque des personnes ne sont pas constamment présentes. « C'est problématique, car les employés doivent parfois entrer dans les locaux pour réparer des dommages, entretenir l'installation ou vérifier la qualité des produits », explique Jens Friedrich, chef de groupe en filtration des gaz et des particules à l'institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des faisceaux IWS à Dresde. « Les employés ne savent alors pas précisément à quel point l'air est réellement pollué. »

Une installation de filtration pour tout faire

Le Fraunhofer IWS de Dresde a ainsi développé, dans le cadre d'un projet financé publiquement, en collaboration avec des entreprises de Saxe, un système de filtration qui nettoie l'air dans les locaux de production tout en captant efficacement une grande variété de polluants simultanément. Aujourd'hui, les filtres à charbon actif sont la norme, par exemple pour retenir les composés organiques volatils, appelés COV. Cependant, dans les entreprises de métallurgie et les ateliers, on trouve souvent des substances telles que le formaldéhyde, les oxydes d'azote ou des composés soufrés problématiques. Lors du soudage laser, des microparticules de métal ou de matériau de soudure sont également libérées. Jusqu'à présent, il n'existait pas d'installation capable d'éliminer aussi efficacement toutes ces substances de l'air intérieur. Dans le cadre du projet MultiFUN, les partenaires ont pour la première fois développé un tel système de filtration flexible. Il se compose de plusieurs modules échangeables individuellement. Chaque niveau de filtration contient un média filtrant spécifique, qui élimine certaines substances de l'air. Outre le charbon actif, on utilise par exemple des zéolithes ou des polymères poreux, mais aussi des structures métallorganique appelées MOFs.

Tests avec de nombreuses substances différentes

Pour déterminer la substance filtrante appropriée, les chercheurs du Fraunhofer IWS ont d'abord testé en laboratoire une série de substances pour voir à quel point elles adsorbaient différents polluants de l'air. Les meilleurs candidats ont ensuite été intégrés dans le prototype de l'installation de filtration, fabriqué par l'entreprise ULT de Löbau. Une particularité par rapport aux filtres classiques est la présence de capteurs qui détectent automatiquement quand le média filtrant est saturé en substances et doit être remplacé. L'état du filtre est indiqué visuellement par des LED colorées pour chaque niveau de filtration et chaque classe de polluant. Ainsi, seul le niveau concerné doit être remplacé.

Il vaut mieux ne pas se passer de filtres

Avec l'automatisation croissante, le nombre de locaux industriels où l'air est insuffisamment purifié augmente actuellement — par exemple dans les installations de fabrication additive en 3D. « Cela entraînera inévitablement des conflits, car il n'est jamais possible de fonctionner sans présence humaine », explique Jens Friedrich. « Il est tout à fait judicieux d'utiliser des filtres pour protéger en permanence la santé des employés — même s'ils n'entrent que rarement dans ces zones automatisées. » Lors de la fabrication additive avec des robots laser 3D, de plus, de grandes quantités de microparticules sont libérées, ce qui peut aussi polluer la pièce et l'atelier lorsqu'elles se déposent. Ces particules peuvent contaminer des produits de haute qualité. Elles représentent également un risque d'accident, car on peut glisser sur les granulés qui s'accumulent sur le sol.

En collaboration avec plusieurs entreprises, l'institut Fraunhofer IWS travaille actuellement au développement d'un système spécialement conçu pour filtrer les polluants et substances libérés lors de la fabrication additive. « Notre institut possède une expertise en traitement laser, en connaissance des matériaux et en développement de systèmes complets », explique Friedrich. « Nous sommes donc le partenaire idéal pour développer de telles solutions de filtration. » Il voit également une demande croissante pour des filtres dans la fabrication et le recyclage de batteries, où divers métaux comme le nickel, le manganèse et le cobalt sont utilisés, pouvant former des composés dangereux même à faibles doses.

Le projet MultiFUN a été financé par le Fonds européen de développement régional (FEDER). Parmi les partenaires figurent l'ULT AG de Löbau, la société SEMPA SYSTEMS GmbH de Dresde, le fabricant de textiles Norafin Industries GmbH de Mildenau et l'institut Fraunhofer IWS.