Brevet FR3051377A1 — publié le 20171124

Dispositif de collecte de particules présentes dans un gaz ou mélange de gaz Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de collecte de particules présentes dans un gaz ou mélange de gaz. L'invention concerne également un procédé de collecte de particules employant ledit dispositif ainsi qu'à un collecteur électrostatique de particules comprenant ledit dispositif. Etat de la technique Plusieurs solutions ont déjà été proposées dans l'état de la technique pour collecter des particules dans un mélange air et aérosol qui contient des particules. La collecte des particules présentes dans l'air peut être réalisée dans un but de nettoyage et/ou dans un but d'analyse. Une méthode de séparation connue et particulièrement avantageuse est de type électrostatique. Elle est mise en oeuvre dans des collecteurs électrostatiques. Il existe plusieurs catégories de collecteurs électrostatiques, parmi lesquelles : - Les collecteurs électrostatiques dits secs, - Les collecteurs électrostatiques dits humides, - Les collecteurs électrostatiques dits semi-humides. Dans toutes ces catégories, les collecteurs comportent une chambre dans laquelle est injecté ou aspiré un flux d'air contenant les particules et génèrent un champ électrique entre deux électrodes, une électrode de décharge et une contre-électrode, qui est en règle générale reliée à la masse. Dans la première catégorie des collecteurs électrostatiques (ESP pour "electrostatic precipitator en anglais) dits secs, appelés également électrofiltres, le champ électrique créé entre les deux électrodes génère un flux d'ions à partir d'une poche de gaz ionisée entourant l'électrode de décharge. Le flux d'air contenant les particules est injecté à travers le flux d'ions. En présence d'ions, les particules se chargent et deviennent ainsi sensibles au champ électrique généré entre les deux électrodes et sont entraînées vers la contre-électrode. Dans la deuxième catégorie des collecteurs électrostatiques dits humides, l'air contenant les particules est préalablement mélangé avec de l'eau introduite sous forme de gouttelettes. Les gouttelettes encapsulent les particules et sont attirées par effet électrostatique vers la contre-électrode. 3051377 2 Dans la troisième catégorie des collecteurs électrostatiques dits semi-humides, de la vapeur d'eau est introduite dans la chambre contenant l'électrode de décharge. Les molécules de vapeur d'eau sont alors ionisées par la décharge électrique et les molécules de vapeur ainsi ionisées chargent les particules présentes dans le flux d'air. 5 Les particules chargées croissent pour former des gouttelettes et lesdites gouttelettes sont attirées par la contre-électrode et sont précipitées sur celle-ci. Des collecteurs électrostatiques de l'une ou l'autre de ces catégories ont notamment été décrits dans les demandes de brevets W02004/041440 et W02007/012447. Dans ces deux documents, les collecteurs électrostatiques décrits 10 sont plus particulièrement destinés à une collecte de particules en vue d'une analyse. Pour cela, ils sont facilement transportables. A l'issue d'une collecte réalisée à l'aide d'un collecteur sec tel que décrit ci- dessus, les particules se trouvent être capturées sur la surface de la contre-électrode. 15 Or, une fois fixée sur cette surface, celles-ci doivent encore être récupérées. Une première solution connue consiste à faire ruisseler un liquide en permanence sur la surface de la contre-électrode pour détacher les particules et les recueillir dans un réceptacle prévu à cet effet. Cependant cette solution s'avère difficilement envisageable dans un collecteur électrostatique portable qui doit pouvoir 20 être manipulé sans risquer que le liquide vienne se répandre dans le collecteur. Ce risque est particulièrement critique dans la mesure où une très forte différence de potentiel est imposée entre les deux électrodes. Une deuxième solution connue consiste à venir gratter la surface de la contre- électrode à l'aide d'un écouvillon pour détacher les particules fixées sur la contre- 25 électrode. On comprend aisément que cette méthode est peu satisfaisante car elle nécessite une intervention humaine et qu'elle est ne permet pas de récupérer facilement toutes les particules capturées lors de la collecte. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de collecte des particules 30 aéroportées, qui peut être intégré dans un collecteur électrostatique tel que décrit ci- dessus et qui permette une récupération aisée des particules collectées, sans utiliser un grand volume de liquide et sans intervention humaine importante. Exposé de l'invention 35 Ce but est atteint par un dispositif de collecte destiné à être employé dans un collecteur électrostatique pour collecter des particules présentes dans un gaz ou 3051377 3 mélange de gaz et comprenant une électrode de collecte destinée à attirer des particules par effet électrostatique, ladite électrode présentant une surface vers laquelle sont attirées lesdites particules, ledit dispositif comportant un film réalisé à partir d'un composé soluble, ledit film recouvrant au moins partiellement ladite surface de ladite 5 électrode de collecte de manière à former une surface de collecte desdites particules attirées par ladite électrode. Selon une particularité, le composé soluble comporte des cristaux de Chlorure de Sodium. Il est préférentiellement constitué de tels cristaux de Chlorure de Sodium. Selon une autre particularité, le composé soluble comporte de cristaux d'un 10 tampon phosphate salin. Il est préférentiellement constitué de cristaux d'un tampon phosphate salin. Selon une autre particularité, le composé soluble comporte des cristaux de sucre. Il est préférentiellement constitué de cristaux de sucre. Selon une autre particularité, le composé soluble comporte un matériau 15 polymère. Selon une autre particularité, l'électrode de collecte est réalisée sous la forme d'un cylindre comportant une surface interne sur laquelle est déposé au moins partiellement ledit film en vue de réaliser ladite surface de collecte des particules. La forme de l'électrode dépendra cependant de l'agencement du collecteur électrostatique 20 dans lequel elle est destinée à fonctionner. L'invention concerne également un procédé de collecte de particules présentes dans un gaz ou mélange de gaz, qui comporte les étapes suivantes : - Dépôt sur une surface d'une électrode de collecte d'un film réalisé dans un 25 composé soluble de manière à former un dispositif de collecte tel que défini ci-dessus, - Utilisation dudit dispositif de collecte formé dans un collecteur électrostatique en vue de capter par effet électrostatique les particules sur la surface de collecte formée par ledit film, 30 - Récupération des particules captées sur la surface de collecte dudit dispositif par dissolution dudit film dans un solvant adapté. L'invention concerne également un collecteur électrostatique destiné à collecter des particules aéroportées présentes dans un gaz ou mélange de gaz, comprenant : 35 - Une chambre, 3051377 4 - Des moyens de génération d'un champ électrostatique comprenant une électrode de décharge positionnée dans la chambre et une électrode de collecte appartenant à un dispositif de collecte, - Une entrée destinée à l'injection d'un gaz ou mélange de gaz contenant des 5 particules à collecter, - Caractérisé en ce que le dispositif de collecte est tel que défini ci-dessus. Avantageusement, ledit collecteur électrostatique de l'invention est de type sec. 10 Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 illustre le principe du collecteur électrostatique sec tel que connu dans l'état de la technique. 15 - La figure 2 illustre le principe de réalisation d'un dispositif de collecte conforme à l'invention et de récupération des particules à l'aide du dispositif de collecte de l'invention. 20 Description détaillée d'au moins un mode de réalisation La présente invention se rapporte à un dispositif de collecte pouvant être employé dans un collecteur de type électrostatique pour collecter des particules présentes dans un gaz ou mélange de gaz tel que par exemple de l'air. Dans la suite de la description, nous ferons notamment référence à de l'air contenant des particules 25 aéroportées, formant ainsi un mélange air et aérosol. Le dispositif de l'invention sera notamment parfaitement adapté pour être employé dans tous les types de collecteur électrostatique secs, notamment celui décrit ci-dessous en liaison avec la figure 1. En référence à la figure 1, un collecteur électrostatique Cl de type sec comporte 30 principalement : - Une chambre 1, - Une électrode de décharge 2 placée dans ladite chambre, - Une électrode de collecte 3, appelée également contre-électrode présentant par exemple une forme cylindrique délimitant le volume de ladite chambre, 3051377 5 - Au moins une entrée 4 débouchant dans la chambre, par laquelle est injecté le mélange air et aérosol, - Une sortie 5 par laquelle l'air nettoyé des particules est évacué. 5 Dans cette solution, le champ électrostatique créé entre les deux électrodes, génère un flux d'ions à partir d'une poche de gaz ionisée entourant l'électrode de décharge 2. Ce phénomène est dénommé décharge-couronne. Le mélange air et aérosol est injecté à travers le flux d'ions. Les particules qui transitent à travers le flux d'ions se chargent et deviennent ainsi sensibles au champ électrostatique. Elles sont 10 attirées par l'électrode de collecte 3. L'invention concerne un dispositif de collecte des particules, incluant l'électrode de collecte 3 décrite ci-dessus. Il faut comprendre que le dispositif de l'invention est particulièrement adapté pour fonctionner dans un collecteur électrostatique sec C1, tel 15 que décrit ci-dessus. Mais on pourrait imaginer qu'il puisse être employer dans un autre type de collecteur électrostatique employant une électrode de collecte 3 sur laquelle viennent se fixer des particules. Le dispositif de collecte de l'invention comporte une électrode de collecte 3 dont la forme sera adaptée à l'architecture du collecteur électrostatique Cl dans lequel elle 20 sera employée. Sur les figures annexées, de manière non limitative, l'électrode de collecte 3 présente une forme cylindrique disposant d'une surface interne 30 et d'une surface externe 31 (figure 2). En fonctionnement, les particules sont attirées vers une surface de l'électrode de collecte. Pour une électrode de collecte de forme cylindrique telle que définie ci-dessus, il s'agit de la surface interne 30. 25 Le dispositif de collecte de l'invention comporte également un film 32 venant recouvrir au moins partiellement la surface interne 30 de l'électrode de collecte 3. Sur la figure 2 annexée, le film 32 recouvre par exemple toute la surface interne 30 de l'électrode de collecte 3. Selon l'invention, le film 32 est réalisé dans un composé soluble et forme ainsi une surface de collecte 320 sur laquelle viennent se fixer les particules P 30 attirées par l'électrode de collecte 3 lorsque le collecteur électrostatique est en fonctionnement. Selon le composé employé pour le réaliser, le film pourra présenter une épaisseur différente. L'objectif de l'invention est cependant de proposer un film qui présente une épaisseur suffisante pour recouvrir parfaitement la surface de l'électrode 3051377 6 de collecte. Cette épaisseur pourra donc aller de quelques dixièmes de nanomètres à quelques centaines de micromètres. A l'issue de la collecte mise en oeuvre à l'aide du collecteur, la récupération des particules P collées sur le dispositif de l'invention est réalisée simplement en mettant en 5 contact le dispositif de l'invention avec un solvant 33 adapté pour dissoudre la couche formée par le film 32. Les particules P sont alors dispersées dans la phase liquide. Il s'agira par exemple de tremper le dispositif de l'invention dans le solvant ou de l'asperger à l'aide du dit solvant. Par la suite, les particules présentes en solution pourront par exemple être filtrées. 10 Différents composés solubles peuvent être employés pour former ledit film 32. De manière non limitative, ce composé est par exemple choisi parmi des cristaux de sel de chlorure de sodium, des cristaux d'un tampon phosphate salin (PBS pour "Phosphate Buffered Saline"), des cristaux de sucre, d'un mélange de ces différents composés, d'un matériau à base de polymère comme l'acide polyvinylique, le glycérol, ou de tout autre 15 composé soluble connu. Le solvant sera bien entendu choisi en fonction du composé soluble formant le film. Pour les exemples de composés cités ci-dessus, le solvant choisi sera par exemple l'eau. Les composés hydrosolubles présentent en effet un certain intérêt lié à leur capacité à permettre un transfert rapide et facile dans l'eau. 20 Pour former le film sur la surface de l'électrode de collecte, plusieurs solutions peuvent être envisagées : - La formation du film 32 sur la surface interne 30 de l'électrode de collecte 3 est réalisée préalablement à son intégration dans le collecteur électrostatique par toute méthode adaptée, par exemple trempage, 25 enduction, dépôt électrostatique... - La formation du film 32 sur la surface interne 30 de l'électrode de collecte 3 est réalisée directement dans le collecteur électrostatique Cl qui servira ensuite à la collecte des particules. 30 Dans cette deuxième solution, les différentes étapes de formation du film sont les suivantes : 3051377 7 - L'électrode de collecte 3, dont la surface interne 30 est à recouvrir, est mise en place dans le collecteur électrostatique, celui-ci étant par exemple conforme à celui décrit ci-dessus en liaison avec la figure 1. - Le composé soluble choisi pour former le film est dispersé en aérosol dans 5 l'espace présent entre l'électrode de décharge 2 et l'électrode de collecte 3. Le générateur d'aérosol employé est par exemple un générateur de brouillard à ultrasons ou un nébuliseur pneumatique. - Selon la technologie du collecteur électrostatique employé, les particules composant l'aérosol sont chargées par le flux d'ions qui entoure l'électrode 10 de décharge dans le cas d'un collecteur électrostatique sec. En variante de réalisation, le composant soluble peut être chargé électriquement préalablement, celui-ci étant injecté directement sous forme chargé dans le collecteur électrostatique. - Les particules formant le composé soluble sont ainsi capturées sur la 15 surface interne 30 de l'électrode de collecte 3, venant recouvrir celle-ci pour former le film 32 sur sa surface et fonctionnaliser ainsi l'électrode de collecte. Une fois l'électrode de collecte préparée selon l'une des méthodes décrites ci- 20 dessus, le dispositif de collecte ainsi formé peut être employé directement dans le même collecteur électrostatique pour capturer des particules aéroportées présentes dans un mélange air et aérosol. La préparation du dispositif de collecte de l'invention et la récupération de 25 particules dans un mélange air et aérosol peuvent être résumées par les étapes suivantes illustrées par la figure 2 : El : L'électrode de collecte 3 est présentée nue. E2 : L'électrode de collecte 3 est recouverte du film 32 soluble de manière à former le dispositif de collecte de l'invention. Cette étape pourra être mise en oeuvre 30 directement dans le collecteur électrostatique (par exemple Cl ci-dessus) qui servira ensuite pour la collecte et la récupération des particules, comme déjà décrit ci-dessus. E3 : Un flux d'air contenant les particules P à capturer est injecté dans le collecteur électrostatique, dans l'espace présent entre l'électrode de décharge 2 et 3051377 8 l'électrode de collecte 3 fonctionnalisée par le film 32. Les particules P sont attirées par effet électrostatique vers la surface interne 30 de l'électrode de collecte 3, cette surface étant recouverte du film 32. E4 : Les particules P viennent se fixer sur la surface 320 du film 32 par effet 5 électrostatique. E5 : Les particules P sont récupérées en dissolvant le film dans un solvant 33 adapté, par exemple de l'eau. Les particules P collectées se dispersent dans la phase liquide du solvant et peuvent ainsi être analysées directement ou bien facilement récoltées, par exemple par filtrage du solvant ou par séchage ou par toute autre méthode 10 adaptée. La solution formée par le dispositif de collecte de l'invention présente ainsi de nombreux avantages, parmi lesquels : - Il ne nécessite pas d'intervention humaine. La récupération des particules 15 collectées est immédiate car elle nécessite juste l'apport d'un solvant pour dissoudre le film présent à la surface de l'électrode de collecte. - Il ne nécessite pas un grand volume de liquide pour récupérer les particules comme dans certaines solutions de l'état de la technique. - Il est parfaitement compatible avec tous les types de collecteur 20 électrostatique connus, notamment les collecteurs transportables. - Le film étant particulièrement fin, l'encombrement du dispositif de collecte formé reste le même que celui de l'électrode de collecte non recouverte du film. Il est ainsi possible d'employer le dispositif dans un collecteur sans modifier ce dernier. 25 - Le film étant réalisé à l'aide de composés bien connus tels que des cristaux de sucre ou de sel, il est particulièrement peu coûteux et il est facile de s'en procurer. 30 REVENDICATIONS1. Dispositif de collecte destiné à être employé dans un collecteur électrostatique pour collecter des particules (P) présentes dans un gaz ou mélange de gaz et comprenant une électrode de collecte (3) destinée à attirer des particules par effet électrostatique, ladite électrode (3) présentant une surface (30) vers laquelle sont attirées lesdites particules, caractérisée en ce qu'il comporte un film (32) réalisé à partir d'un composé soluble, ledit film recouvrant au moins partiellement ladite surface (30) de ladite électrode de collecte (3) de manière à former une surface de collecte (320) desdites particules attirées par ladite électrode. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé soluble comporte des cristaux de Chlorure de Sodium. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé soluble comporte des cristaux d'un tampon phosphate salin. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé soluble comporte des cristaux de sucre. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé soluble comporte un matériau polymère. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'électrode de collecte (3) est réalisée sous la forme d'un cylindre comportant une surface interne (30) sur laquelle est déposé au moins partiellement ledit film (32) en vue de réaliser la surface de collecte (320) des particules (P). 7. Procédé de collecte de particules présentes dans un gaz ou mélange de gaz, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - Dépôt sur une surface (30) d'une électrode de collecte (3) d'un film (32) réalisé dans un composé soluble, de manière à former un dispositif de collecte tel que défini dans l'une des revendications 1 à 6, - Utilisation dudit dispositif de collecte formé dans un collecteur électrostatique en vue de capter par effet électrostatique les particules (P) sur la surface de collecte (320) formée par ledit film, - Récupération des particules captées sur la surface de collecte (320) dudit dispositif par dissolution dudit film (32) dans un solvant (6) adapté. 8. Collecteur électrostatique destiné à collecter des particules aéroportées présentes dans un gaz ou mélange de gaz, comprenant : - Une chambre (1), 3051377 10 - Des moyens de génération d'un champ électrostatique comprenant une électrode de décharge (2) positionnée dans la chambre et une électrode de collecte (3) appartenant à un dispositif de collecte, - Une entrée (6) destinée à l'injection d'un gaz ou mélange de gaz contenant 5 des particules (P) à collecter, - Caractérisé en ce que le dispositif de collecte est tel que défini dans l'une des revendications 1 à 6. 9. Collecteur électrostatique selon la revendication 8, caractérisé en qu'il est de type sec. 10