Brevet FR2738164A1 — publié le 19970307

La présente invention est relative à la technique du filtrage de fluides gazeux tels que l'air et elle concerne plus particulièrement un filtre à air de très haute efficacité capable d'arrêter des particules en suspension dans l'air à filtrer dont la taille est de l'ordre de quelques dixièmes de micron. Des filtres de ce type sont utilisés notamment dans llindustrie pharmaceutique ou alimentaire où ils sont destinés à préserver les produits à fabriquer d'une contamination par les particules qui se trouvent dans l'air ambiant. En général, c'est dans ce type d'industrie que les contraintes de pureté de l'air sont les plus sévères. Ainsi, ces filtres peuvent être utilisés pour des installations appelées "boîtes à gants" servant à des manipulations en atmosphère contrôlée, dans des machines de conditionnement de produits sensibles tels que les médicaments ou les jus de fruit, dans les chaînes de fabrication des composants électroniques comme les circuits intégrés, etc. Un filtre à haute efficacité de la technique antérieure comporte en général un cadre rigide réalisé en un métal tel que l'aluminium dans lequel est enchâssé un ensemble de filtrage composé par exemple d'un papier à micropores plié en accordéon, éventuellement maintenu par un dispositif de support lui évitant de céder sous l'action de la différence des pressions de part et d'autre du filtre. L'ensemble de filtrage est rendu étanche vis-à-vis du cadre grâce à un lut dans lequel sont pris les bords de cet ensemble et qui vient s'appliquer contre la surface intérieure du cadre. Un filtre présentant une telle structure peut effectivement recevoir la qualification "haute efficacité" tant que la température de l'air à filtrer ne dépasse pas une valeur donnée. Cependant, dans certains cas, l'air à filtrer doit être porté à une température telle que l'étanchéité locale, par exemple au niveau du lut, ne peut être garantie vis-à-vis du haut pouvoir de filtrage prescrite, en raison des différences des coefficients de dilatation des matériaux utilisés, comme le métal du cadre et le matériau dont est fait le lut. Ainsi, dans l'industrie pharmaceutique, il est souvent nécessaire de filtrer l'air destiné à pénétrer dans une enceinte de stérilisation dans laquelle peut régner une température pouvant aller jusqu'à 3500 C ou même davantage, ceci afin d'accélérer le processus de stérilisation autant que faire se peut. La différence des coefficients de dilatation peut alors entraîner la formation d'orifices de fuite par exemple entre le cadre et le lut, détériorant localement l'efficacité du filtre. A cela s'ajoute que les luts actuellement disponibles sur le marché ne supportent pas des températures élevées puisqu'ils deviennent alors friables localement et finissent même par se casser. Le filtre risque ainsi de présenter également des défauts qui, même s'ils sont locaux, détruiront la capacité du filtre à satisfaire les exigences des filtres à très haute efficacité. A cet égard, il faut noter que cette qualification exige que le filtre ne doit au plus laisser passer vers le côté aval qu'une particule sur 104 contenues dans 1 m d'air côté amont. L'invention a pour but de fournir un filtre du type à haute efficacité conservant toutes ses propriétés de filtrage, locales ou globales, même à haute, voire à très haute température. L'invention a donc pour objet un filtre à très haute efficacité comprenant un cadre dans lequel est enchâssé un corps de filtre par l'intermédiaire d'une masse d'étanchéité faite en un matériau coulé dans lequel est pris ce corps de filtre et qui adhère à la paroi intérieure de ce cadre, caractérisé en ce que ledit cadre est réalisé en un géopolymère. Les géopolymères ont été décrits notamment dans le brevet européen nO 0 288 502. On signale dans ce document que ces matériaux (dont on donne d'ailleurs un certain nombre de compositions possibles), présentent une haute résistance mécanique et une très bonne tenue en température, tout en pouvant être mis en oeuvre comme des matières plastiques. On signale également que ces matériaux sont utilisables pour fabriquer des objets devant avoir un bon comportement mécanique à chaud, comme par exemple du petit outillage ou du matériel utilisé pour la coulée de métaux non ferreux. Cependant, la présente invention a été faite grâce à la constatation que ces matériaux géopolymères ont également des coefficients de dilatation quasi nuls, sont compatibles avec des corps de filtre pour filtres de haute efficacité et se marient parfaitement avec les papiers à micropores nécessaires pour la confection de tels filtres. Ainsi, grâce à cette nouvelle application des géopolymères, on peut créer des filtres qui satisfont les exigences imposées aux filtres à très haute efficacité, même si ceux-ci sont utilisés à des températures élevées pendant des temps d'utilisation prolongés et durant de nombreux cycles de montée et de descente en température. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'un filtre à haute efficacité suivant l'invention; - la figure 2 montre par une vue en plan l'une des faces d'un filtre selon l'invention; et - la figure 3 est une vue en coupe partielle, à plus grande échelle et prise selon la ligne 3-3 de la figure 2. Selon le mode de réalisation de l'invention représenté à titre d'exemple sur les figures, le filtre comprend un cadre 1 formant une ceinture dont le profil transversal est en forme de U. Les ailes la et lb de ce cadre s'étendant vers l'intérieur. Ainsi, la concavité du profil du cadre est tournée vers l'intérieur. Selon l'invention, le cadre 1 est réalisé, de préférence en une seule pièce, par moulage dans une forme appropriée d'un matériau composite formé d'un géopolymère et d'une charge fibreuse. On utilisera pour ce matériau de préférence l'un de ceux décrits dans le brevet européen EP O 288 502, la charge fibreuse étant de préférence constituée de fibres d'alumine. Il s'est avéré que dans ces conditions, le cadre 1 est quasiment insensible aux variations de température et ne présente aucun phénomène de dilatation thermique. Un géopolymère préféré est celui fabriqué sous la référence "GEOPOLYCERAM" EP2 par la Société Géopolymère, z.i. Pont Brenouille, F-60700, Pont-Sainte-Maxence, ce matériau étant chargé de fibres d'alumine. Le fond îc du profilé formant le cadre 1 est rempli d'un lut 2 occupant de préférence à peu près le quart de l'espace délimité par les ailes la et lb du cadre 1. Ce lut est de préférence formé également d'un géopolymère qui, sous forme liquide ou pâteuse, est coulé dans l'espace délimité par le fond et les ailes du cadre 1. Un produit préféré pour fabriquer le lut est le géopolymère nO GPS32 vendu par la Société Géopolymère précitée. Le corps de filtre 3 est réalisé en une nappe de papier à micropores 4 formée d'un tissu de fibres de verre plié en accordéon. Les bords de cette nappe 4 sont pris dans la masse du lut 2 au moment de la coulée de ce dernier dans le cadre 1. Les ondulations de la nappe de papier 4 sont soutenues par des fils de renfort imprégnés 5 qui s'étendant dans des plans perpendiculaires aux ondulations de la nappe, tout en suivant ses ondulations. Les brins des fils 5 se trouvant juxtaposés entre les ondulations sont collés les uns aux autres pour donner la rigidité nécessaire à la nappe lui permettant de résister à la pression différentielle de part et d'autre du filtre. Chaque face du filtre est recouverte d'une tôle perforée ou grille de protection 6. Comme visible sur la figure 2, chacune de ces grilles est pliée en forme de diamant avec la pointe centrale 6a tournée vers l'extérieur. En outre, chaque tôle 6 est pourvue de pattes de fixation 7 prévues respectivement à ses quatre angles. Chaque patte 7 est formée d'une petite pièce en tôle pliée en zig-zag dont l'une des extrémité est soudée à la tôle de protection 6 et dont l'autre extrémité se trouve à une certaine distance de cette tôle 6, supérieure à l'épaisseur des ailes du cadre 1. De plus, les pattes de fixation 7 sont disposées par rapport aux bords de la tôle de protection de telle manière qu'il subsiste un certain jeu, vu dans le plan de ces tôles, vis-à-vis des tranches intérieures des ailes du cadre 1. Cette disposition particulière des tôles de protection 6 a pour but de leur conférer un montage flottant par rapport au cadre 1 en leur laissant tout liberté de dilatation thermique pendant les variations de température auxquelles le filtre peut être soumis au cours de son utilisation. Une tresse en fibre de verre 8 est fixée sur chaque tôle 6 en suivant leur périphérie. Cette fixation peut être assurée par une colle au néoprène, par exemple. Du côté de l'enceinte dont l'atmosphère doit être filtrée (c'est-à-dire en haut comme vue sur la figure 3), un joint d'étanchéité 9 de très haute qualité est fixée extérieurement sur le pourtour du cadre 1. Ce joint 9 est réalisée de préférence au moyen de deux bandes 9a et 9b d'un matériau d'étanchéité et de section sensiblement rectangulaire, collées l'une à l'autre et au cadre 1 par llintermédiaure d'une colle néoprène. Un matériau approprié pour ce joint 9 est le Lytherm, par exemple. Les tresses 8 ont pour rôle d'absorber d'eventuelles tolérances au cours du montage du filtre sur la structure de confinement de l'enceinte à filtrer. En outre, la tresse 8 se trouvant située près du joint 9 permet d'empêcher que des matières, telles que des fibres de verre, puissent entrer dans le corps de filtre en provenance du joint 9, lorsqu'à la longue celui-ci se délite. Il s'est avéré que le filtre selon la présente invention résiste avec succès à des températures aussi élevées que 3500C, ce qui le rend particulièrement approprié pour filtrer de l'air destiné à pénétrer dans des enceintes dans lesquelles doit régner une très haute pureté, comme par exemple les chambres de conditionnement de certains médicaments, chambres dans lesquelles les récipients doivent subir une stérilisation avant d'être fermés. Le filtre selon l'invention, du fait de sa résistance à haute température, permet alors d'augmenter considérablement la température de stérilisation et par conséquent d'effectuer la stérilisation plus rapidement que par le passé. REVENDICATIONS 1. Filtre à très haute efficacité comprenant un cadre (1) dans lequel est enchâssé un corps de filtre (3) par l'intermédiaire d'une masse d'étanchéité (2) faite d'un matériau coulé dans lequel est pris ce corps de filtre (3) et qui adhère à la paroi intérieure de ce cadre (1) caractérisé en ce que ledit cadre (1) est réalisé en un géopolymère. 2. Filtre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le cadre (1) est fait d'un profilé en forme de U dont la concavité est tournée vers l'intérieur et dans lequel est coulé la masse d'étanchéité (2). 3. Filtre suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite masse d'étanchéité (2) est réalisée en un géopolymère. 4. Filtre suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que des grilles de protection (6) recouvrent chaque face du filtre et en ce que chacune de ces grilles (6) est montée sur ledit cadre (1 par un montage flottant en permettant la dilatation thermique. 5. Filtre suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu'une tresse (8), de préférence en fibres de verre, est fixée extérieurement sur chacune desdites grilles (6) à la péripherie de celles-ci, afin de pouvoir absorber au cours deu montage du filtre sur une structure de support, les tolérances de celle-ci. 6. Filtre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un joint de haute qualité (9) est fixé sur le bord dudit cadre (1) contre la face du filtre destinée à être tournée vers l'enceinte dont l'atmosphère doit être pure.