Brevet FR2949685A1 — publié le 20110311

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DECONTAMINATION ET DE DETOXIFICATION APPLIQUE A L'AIR DE L'HABITACLE DE TOUT VEHICULE INVENTEUR : Alain MIMOUNI 10 La présente invention vise un procédé et un dispositif pour la décontamination des microorganismes et des contaminants chimiques en suspension dans l'air. Le domaine de l'invention se trouve dans la maîtrise de la qualité de l'air intérieur de l'habitacle de véhicule. L'invention est particulièrement applicable, aux systèmes de chaleur, à la ventilation et à l'air conditionné de tout véhicule. 15 La qualité de l'air est un problème de plus en plus important dans une grande variété de produits industriels, beaucoup de lieux clos, logements, lieux de travail, de transports, d'avions, habitacles de véhicule, sont le siège des contaminations microbiennes et de pollution avec des composés organiques volatils. 20 Les polluants communément rencontrés sont de toutes sortes : des contaminants chimiques organiques (COV), les hydrocarbures imbrûlés, les émissions des matériaux de l'habitacle, particules, odeurs, microorganismes sont souvent la cause de désagrément. Ces polluants peuvent avoir des répercussions sur la santé des passagers du véhicule. Les tests réalisés en septembre 2007 par Airparif à bord d'un véhicule, ont montré que les 25 automobilistes sont nettement plus exposés à la pollution atmosphérique que les piétons, même à proximité des grands axes. Cette étude exploratoire a permis d'apporter quelques précisions sur la qualité de l'air au sein du trafic et dans l'habitacle d'un véhicule. Le véhicule n'est pas un bouclier anti-pollution, au contraire, les prises d'air sont proches des 30 pots d'échappement et l'habitacle est un espace confiné essentiellement conditionné par l'air des abords immédiats. L'automobiliste est donc la première victime de la pollution liée au trafic routier. La majeure partie de la pollution provient en fait du véhicule lui-même et aux abords immédiats du véhicule. 1 Une grande variété de microorganismes tels que des moisissures, levures et leurs spores, des bactéries, des virus peuvent proliférer dans le système ventilation et de climatisation. Les systèmes de traitement d'air mal entretenus comme les filtres et pré filtres peuvent fournir des milieux propices à une croissance microbienne. En effet dans un groupe de climatisation, lors du passage de l'air dans l'évaporateur, le groupe absorbe l'humidité de l'air le traversant en la condensant sur ses surfaces d'échange thermique. Si la majeure partie de cette humidité ainsi condensée est évacuée vers l'extérieur, il subsiste toujours un restant d'humidité dans le groupe de climatisation. La combinaison de cette humidité et des particules de poussières n'ayant pas été retenues par le filtre prévu sur les entrées d'air conduit à la prolifération de micro-organismes ce qui entraîne, entre autres, la formation d'odeurs désagréables se trouvant ensuite transportées à l'intérieur de l'habitacle du véhicule La contamination chimique quant à elle, consiste en la présence d'éléments chimiques indésirables de concentrations plus ou moins importantes pouvant aller jusqu'à la contamination moléculaire. Cette très forte augmentation depuis les années 1950 est notamment imputable aux polluants de l'air comme les composés organiques volatils, les � COV totaux :C6-C16 �, toluène, Formaldéhyde, benzène, NO2, SO2, Acétaldehyde, H2S, Trimethylamine, Acide butyrique, Xylène, Methylmercaptan, Ethylbenzène, Styrene, Diethylhexylphtalate, n-Butane, Di n-butylphtalate, Tétradécane, Chlorpyrifos, Diazinon Pour répondre aux deux attentes majeures : confort et bien-être dans l'habitacle, les fabricants de véhicules ont développé de nouvelles technologies pour améliorer les performances des filtres classiques. On peut distinguer actuellement plusieurs techniques de purification d'air. Le filtre électrostatique qui capte les particules ultrafines (non traitées par les filtres classiques), le filtre anti-allergènes composé d'un revêtement anti-allergène naturel destiné à prévenir les allergies, le filtre à base de charbon actif qui fixe les oxydes d'azote, le dioxyde de soufre et les hydrocarbures. La filtration peut être complétée par des capteurs de gaz sensibles au monoxyde de carbone ou aux oxydes d'azote qui pilotent la fermeture des volets d'entrée d'air lors de fortes concentrations de ces composés. 2 La photocatalyse, le filtre à air à charbon actif est recouvert de catalyseur activé par des lampes à ultraviolets. Cette activation entraîne la destruction des polluants retenus par le filtre, le benzène et les aldéhydes. Les études ont permis la mise en évidence de la participation des groupes OH superficiels du TiO2 dans l'adsorption et la dégradation des polluants. Cependant les appareils testés sur véhicules ont soit, un débit d'air très faible, soit une efficacité très limitée, soit les deux. En effet la destruction des germes ou des composés chimiques par la photocatalyse nécessite d'une part un contact physique entre le TiO2 insolé et la particule, microorganisme ou composé chimique. L'effet photocatalytique demande une intensité d'éclairement importante, qui n'est possible qu'avec une distance courte entre la source UV et le substrat revêtu de TiO2. D'autre part le pourcentage d'humidité relative dans l'air à traiter a de l'influence sur la dégradation des composés organiques volatils (COV). Un autre système de purification et/ou de désodorisation de l'air a été proposé dans la demande de brevet FR 2 920 312-Al. Ce document décrit un procédé et un dispositif de 15 diffusion d'un principe actif de type biocide, antiseptique et/ou sous forme de parfum. Malgré ces différents procédés, le confort et le bien être dans l'habitacle, reste un problème d'actualité. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. 20 La présente invention a ainsi pour but de détruire les agents biologiques et la réduction des composants chimiques présents dans l'air, au moins égale à 80%. La présente invention s'applique particulièrement à la purification de l'air intérieur d'un habitacle de véhicule pour des raisons sanitaires aussi bien que pour des questions de confort. 25 Le dispositif de l'invention peut être intégré sur des groupes de climatisation des véhicules existants ou neufs en cours de fabrication. Il peut être relié par des conduits aux systèmes de ventilation et de climatisation du véhicule. Dans ce type de milieu, l'invention a l'avantage de permettre la destruction efficace des polluants représentatifs contenus dans l'air de l'habitacle de véhicules y compris des aérosols 30 biologiques. Parmi les voies de lutte contre les contaminations aéroportées bactériennes et virales (VRS, grippe), la présente invention met en oeuvre un double mécanisme de destruction, les effets photochimiques et photothermiques, avec pour objectif de détruire tout type de germes 3 sporulés ou pas et de dénaturer par oxydation les COV, type toluène, benzène, methylmercaptan, formaldehyde. Pour assurer la maîtrise de la qualité de l'air à l'intérieur de l'habitacle de véhicule, l'invention prévoit de traiter l'air prélevé dans l'atmosphère ambiante puis renvoyé dans l'habitacle ou à un traitement effectué en boucle continue. Ce mode opératoire permet de lutter contre la transmission des contaminants, tels que les virus, les allergènes et les bactéries pathogènes dont les légionelles. La présente invention s'intéresse à l'application des impulsions lumineuses à haute densité d'énergie comme moyen efficace de désinfection de l'air intérieur de l'habitacle de véhicule, ,par procédé de décontamination et de détoxification d'air, consistant à mettre en contact l'air pollué à traiter avec des impulsions lumineuses, à effet germicide pour les agents biologiques et détoxifiant pour les composés organiques volatils, et autres molécules chimiques présents dans l'air. Pour cela, un dispositif a été développé qui implique le passage de volumes d'air à travers un rideau d'impulsions lumineuses à spectre large. Le dispositif produit des impulsions à haute densité d'énergie à partir des lampes flash xénon à spectre large comme source de lumière blanche, les lampes flash à xénon générant un plasma athermique et émettant des flash de courtes impulsions de 100 à 300 microsecondes, pour l'inactivation des agents biologiques et l'élimination des COV et des allergènes dans l'air de l'habitacle de véhicule. Les études ont montré que, grâce aux impulsions à haute densité d'énergie du dispositif, avec une fréquence d'impulsions de 5 à 30 Hz, le niveau de destruction des micro-organismes est de l'ordre de 5 à 6 réductions logarithmiques, avec une dénaturation complète de l'ADN des cellules microbiennes. Le procédé provoque, grâce aux mécanismes photochimique et photo thermique la formation 30 de dimères Pyrimidines dans l'ADN, entraînant des dommages irréversibles des cellules et leur destruction. 4 Le dispositif offre un traitement plus rapide, sans augmentation de la température de l'air. Le système à impulsions à haute densité d'énergie est un procédé physique athermique et respectueux de l'environnement. Les études ont également montré que le présent système élimine les composés organiques volatils par photo oxydation jusqu'à 99%. Des analyses toxicologiques ont été réalisées pour s'assurance de l'absence des métabolites des COVs après traitement. Pour cela, un procédé a été développé pour faire passer un volume d'air à travers une gaine de ventilation pourvue d'une ou plusieurs lampes flash en forme de U ou linéaire et à large spectre. On tire alors le meilleur profit des impulsions lumineuses émettant dans les domaines de l'UV avec des longueurs d'ondes de 200 à 318 nm , le visible et l'infrarouge procurant une combinaison d'un effet germicide à un effet détoxifiant promoteur de l'effet destructeur des polluants chimiques, les premiers agissants par ouverture des doubles liaisons de l'ADN et les seconds agissant en favorisant la photo oxydations des composés organiques volatils (COVs). Les lampes flash à haute densité d'énergie produisent beaucoup d'UV dans la bande 200 à 305 nm qu'une lampe classique à mercure. Le pourcentage élevé en UV (35%) couplé au mécanisme photothermique cause par conséquent une photolyse plus rapide des COVs La bande UV (200 à 318 nm) du spectre large du procédé ainsi que le mécanisme photothermique (visible et IR) brisent les liaisons moléculaires des contaminants chimiques sans formation de radicaux libres. Le dispositif présenté dans ce brevet est en soit innovant qu'il permet d'obtenir des résultats aussi voire plus performants que les appareils actuels de traitement d'air, par l'intermédiaire d'un module, triple fonction concentrant l'ensemble des éléments nécessaires au traitement d'air. Le dispositif est constitué d'un corps rigide disposant de lumières d'entrées de l'air dans sa partie amont et d'une sortie de l'air à l'opposé dans la partie avale du corps rigide. Ce dispositif a une forme longiligne. A l'intérieur de ce dispositif se trouve trois éléments, donnant au corps rigide sa triple fonction. Le premier élément est constitué d'un filtre, qui joue le rôle de filtration de particules grâce aux lumières d'entrées du dispositif : la fonction principale de cet élément est 5 d'éviter l'encrassement des jaquettes entourant les lampes flash à xénon, les jaquettes étant en quartz et servant au refroidissement par eau de la lampe. Le deuxième élément du dispositif est constitué au moins de deux capteurs chimiques et biologiques associés à d'autres dispositifs. La fonction de ce support est de détecter et 5 signaler une pollution chimique ou biologique de l'air entrant. Le troisième élément du dispositif est constitué de lampes flash à xénon. La fonction des lampes est la décontamination et la détoxification de l'air. Le dispositif reçoit une ou plusieurs lampes de 50 à 800 mm à spectre large de 200 à 1100 nm centrées dans l'axe du dispositif. 10 Les lampes de 50 à 150 mm sont fixées au niveau supérieur du dispositif et éclairent toute la surface du dispositif. Les lampes de 300 à 800 mm sont fixées sur les côtés du dispositif rigide et est de longueur égale au corps du dispositif, elles illuminent ainsi tout le volume du dispositif. Ce dispositif a une caractéristique très importante, celle d'être à la fois un produit, car le 15 dispositif intègre toutes les fonctions d'un produit de traitement d'air classique dans un monobloc autonome et celle d'être à la fois un élément de produit car ainsi conçu, ce dispositif peut être intégré dans un groupe de ventilation ou de climatisation, ou au niveau de la gaine d'air de soufflage de tout véhicule. 6 Le mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins annexés, dans lesquels : - La figure 1 présente une vue du dispositif (1) et met en évidence le circuit d'air dans l'appareil et les systèmes associés (7) et (8). - La figure 2 représente la coupe du dispositif de purification d'air et comporte plusieurs cavités optiques (5) composées de lampes flash et de réflecteurs en aluminium, fixées sur le corps rigide du dispositif. Le dispositif rigide(1) est réalisé en inox assurant un confinement de la source lumineuse (5), il comporte des lumières d'entrées (2) et une sortie axiale (6). L'intérieur du dispositif (1) rigide est constitué par trois composants, (3), (4) et (5) assemblés entre eux. L'élément (3) est un filtre de particules, l'élément (4) est composé de deux capteurs minimum de détection d'agents biologiques et des contaminants chimiques. Dans la forme de réalisation selon la figure 1, les cavités optiques (5) de 15 petites dimensions 50 à 150 mm sont disposées sur toute la longueur du dispositif pour éclairer l'intégralité du volume d'air du dispositif (1). Le refroidissement des cavités optiques (5) (lampes flash et réflecteurs) est assuré par un système de refroidissement consistant en un échangeur thermique eau/eau (8). Le module de commande (7) assurera l'alimentation électrique de 20 la cavité optique (5). Selon la figure 2, l'évaporateur envoie de l'air au niveau de la lumière d'entrée (2) où il est filtré par l'intermédiaire de l'élément (3). L'air filtré passe par les capteurs de détection (4) des agents biologiques et des composés chimiques. L'air continue son trajet à l'intérieur du dispositif (1) où il subit une action de 25 purification par deux mécanismes photochimique et photo thermique puis ressort au niveau du bloc climatisation du véhicule. Selon une variante non illustrée, ce dispositif peut être fixé sur un support plan au moyen d'un clip, ce qui permettra l'intégration du dispositif, dans n'importe quel bloc de climatisation de véhicules ou gaine de ventilation. 7 5 10 - La figure 3 est semblable à la figure 2, avec deux lampes flash linéaires et illustre deux cavités optiques (5) disposées sur les deux côtés du dispositif (1). La lumière issue des lampes flash est dirigée vers le flux d'air grâce aux microréflecteurs qui tapissent la paroi interne du dispositif (1). - La figure 4 représente l'effet des impulsions lumineuses sur la flore totale de l'air, et montre que l'exposition d'un air pollué à un traitement de 3 W/ cm2 aux impulsions lumineuses, a permis un niveau de réduction de la flore totale supérieure à 105 cfu/1 d'air. Le fonctionnement du système est le suivant : L'air à traiter pénètre dans le dispositif (1) par l'intermédiaire du circuit d'admission (2) ou entrée d'air et passe par un filtre à particules (3). Dès que les capteur s (4) détectent et signalent la présence de molécules chimique ou agents biologiques dans l'air, Celui-ci est 15 exposé aux impulsions à forte densité d'énergie (5) l'intensité des flash de lumière va détruire d'une part l'ADN et le système enzymatique réparateur d'ADN des microorganismes, les rendant incapables de se reproduire et d'autre part une destruction des contaminants chimiques et moléculaires par conjugaison des deux mécanismes, photochimiques et photothermiques. 20 Le dispositif comprend de plus des détecteurs (4) qui n'autorisent la mise en marche de la source de lumière (5) que lorsque la concentration en contaminants biologique et chimique en suspension dans l'air est supérieure à une valeur donnée. L'air ainsi traité va sortir dans l'habitacle du véhicule par l'intermédiaire du circuit d'évacuation (6) ou sortie d'air (6). 8 REVENDICATIONS1. Procédé de décontamination et de détoxification de l'air, consistant à soumettre l'air pollué à traiter à un rideau d'impulsions lumineuses à haute densité d'énergie généré par des lampes flash à xénon, à spectre large (200 à 1100 nm), de courtes impulsions (100 à 300 microsecondes), caractérisé en ce que la fréquence d'impulsions est de 5 à 30 Hz. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les lampes flash xénon se trouvent dans une ou plusieurs cavités optiques (5) comprenant de plus des réflecteurs 10 en aluminium ou des micro réflecteurs tapissant les parois internes du dispositif (1). 3. Procédé suivant la revendication ,1 , caractérisé en ce que la dite lampe flash est linéaire ou en forme de U, et est logée dans une jaquette en quartz (8) servant de refroidissement par eau de la lampe. 4. Procédé suivant la revendication 2 , dans lequel le rayonnement de la source 15 lumineuse est dirigée sur le volume d'air, grâce aux microréflecteurs se trouvant sur les parois internes du dispositif (1). 5. Dispositif (1) de traitement d'air circulant à l'intérieur d'un circuit d'une installation de ventilation et/ou d'air de climatisation, notamment d'un habitacle de véhicule, utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce 20 qu'il est constitué par : - Un système de filtration (3), placé à l'entrée du dispositif (1) ; - Des éléments détecteurs d'agents chimiques et biologiques (4) ; - Un module de commande (7) - Des cavités optiques (5) comprenant une lampe flash, générant des impulsions 25 lumineuses et un réflecteur en aluminium - Un système de refroidissement par eau des lampes flash (8) 9 2949685 Des micro réflecteurs tapissant les parois internes du dispositif (1). 6. Dispositif (1) suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les détecteurs (4) n'autorisent la mise en marche de la source lumineuse (5) que lorsque la concentration en contaminants biologiques et chimiques en suspension dans l'air est supérieure à une 5 valeur donnée. 7. Dispositif (l) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce qu'il est relié par les conduits aux systèmes de ventilation et de climatisation du véhicule. 8. Gaine d'air de climatisation et/ou ventilation de l'habitacle d'un véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (1) selon l'une des revendications 5 à7. 15 20 10