Différents filtres à air et leurs effets
Qui ne connaît pas le filtre HEPA, surtout depuis la pandémie du coronavirus? Quel effet a ce filtre exactement et de quoi se compose-t-il? Nous nous sommes penchés sur ces questions dans les paragraphes suivants et avons examiné d’autres types de filtres qui jouent eux aussi un rôle dans la purification de l’air.
La composition de l’air que nous respirons dépend de divers facteurs qui, souvent, en réduisent la qualité. La filtration est un procédé mécanique éprouvé qui permet de séparer les constituants importants des polluants, de purifier et d’améliorer la qualité de l’air. C’est pourquoi la plupart des appareils sont équipés de filtres à air, qui captent l’air ambiant, lui font subir un certain traitement, puis le rejettent dans la pièce. Les purificateurs d’air, les aspirateurs, les climatiseurs ou les hottes aspirantes sont parmi les appareils les plus courants utilisant ces filtres. Selon leur fonction, ils ne sont équipés que d’un seul type de filtre ou d’une combinaison disposée en enfilade.
Filtre à particules (filtre à grosses particules, filtre à particules fines et filtre pour matières en suspension)
Les filtres qui filtrent les matières aériennes solides se classes en plusieurs catégories, selon la taille des particules qu’ils retiennent. Les filtres à grosses particules sont utilisés pour capter les particules dont le diamètre excède 10 μm (10 micromètres ou 0,01 millimètre). Les filtres à poussières fines sont conçus pour capturer les poussières mesurant entre 1 μm et 10 μm de diamètre, et les filtres pour matières en suspension celles qui ne dépassent pas 1 μm. Selon la taille des particules, différents effets de la physique contribuent à accrocher celles-ci et les matières en suspension aux fibres du filtre.
Les effets physiques permettant de séparer les particules dans les filtres
Les filtres à particules exploitent principalement quatre effets de la physique. De nombreux filtrent en combinent plusieurs.
L’effet de tamis, simple à comprendre, intervient lorsque le diamètre des particules est supérieur au diamètre des pores du filtre. La particule est capturée dans les fibres, car elle est trop grande pour s’en échapper. L’effet de tamis ne fonctionne que pour les particules relativement grosses, entre 50 et 100 μm de diamètre.
L’effet d’inertie concerne surtout les particules d’au moins 1 μm. La particule étant trop lourde ou quasiment inerte, elle n’est pas entraînée dans le flux d’air à travers les fibres du filtre. Elle heurte les fibres et s’y dépose.
L’effet de blocage fait suite à l’effet d’inertie dans le cas de particules un peu plus petites, d’une taille d’environ 0,5 à 5 μm. La particule circule dans le flux d’air à travers les fibres du filtre, mais ses bords s’y accrochent en raison de la force d’adhésion (force intermoléculaire).
Les particules encore plus petites, dont la taille moyenne est nettement inférieure à 1 μm, se déplacent grâce à leur propre impulsion et aux collisions avec des molécules. Les oscillations aléatoires de l’effet de diffusion ainsi obtenu à l’intérieur du flux d’air augmentent la probabilité que la particule s’accroche à l’une des très nombreuses et très fines fibres des filtres spéciaux. Une fois qu’elle y a adhéré, la tension de surface l’empêche presque toujours de s’en détacher.
Filtre à grosses particules
Les particules de poussière les plus grosses, dont le diamètre est d’au moins 10 micromètres (soit un centième de millimètre), sont filtrées dans l’air au moyen du filtre à grosses particules. Sur certains appareils, celui-ci peut être appairé à d’autres filtres et constituer le premier niveau de filtration. On l’appelle alors le préfiltre. En retenant les poussières épaisses, il facilite le travail des filtres plus fins, plus onéreux, et surtout, il prolonge leur efficacité et leur longévité. Les filtres à grosses particules sont répartis en quatre classes, de G1 à G4, en fonction de leur degré de filtration.
Le degré de filtration : classification des filtres
Le degré de filtration indique l’efficacité d’un filtre (son rendement) par rapport à une certaine taille de particules. Il indique le pourcentage des particules aériennes qu’il est capable de capter à leur passage. La comparaison de ces taux permet de classer les filtres en différentes catégories (voir notamment le tableau suivant). Pour maintenir le niveau de filtration initial dans un appareil tel qu’un purificateur d’air, il est nécessaire de remplacer régulièrement son filtre. Vous trouverez généralement de plus amples renseignements dans le mode d’emploi de l’appareil.
| Classe de filtre | Grosses particules de poussière (exemples) | Degré de filtration |
| G1 | Particules de poussière de grande taille, de 10 μm et plus: cheveux, fibres textiles, insectes, sable, pollen, spores, etc. | 50-65 % |
| G2 | 65-80 % | |
| G3 | 80-90 % | |
| G4 | > 90 % |
La plupart des filtres à particules grossières sont fabriqués en fibres de verre ou en fibres synthétiques comme le polyester ou le polypropylène. Ils filtrent l’air en utilisant l’effet d’inertie et l’effet de tamis de la physique. Les particules de poussière ne sont pas entraînées dans le flux d’air qui passe à travers les fibres du filtre, mais restent accrochées à ces dernières. Toutefois, sur certains appareils, les préfiltres sont simplement constitués de grilles serrées en plastique ou en métal. Dans le cas des purificateurs d’air ou des aspirateurs, vous pouvez normalement nettoyer un préfiltre encrassé sous l’eau du robinet. Cependant, lisez toujours au préalable le mode d’emploi pour savoir comment procéder.
Qu’est-ce que la poussière domestique?
Par poussière, on entend généralement les petites particules solides, organiques ou non, qui se forment dans des espaces fermés. Les composants organiques sont par exemple des peaux mortes, des poils d’origine humaine ou animale, mais aussi les petits animaux morts, comme les acariens, les poux, les insectes, les araignées, etc. À cela s’ajoutent les fibres textiles, les particules végétales comme le pollen, les toiles d’araignée ainsi que les micro-organismes vivants ou morts: bactéries, virus ou moisissures notamment. Les composants non-organiques sont par exemple l’usure des routes, des particules de suie provenant des pneus ou des gaz à échappement, de minuscules particules de roche ou de sable (par exemple celui du Sahara) ou de la poussière de toner.
La poussière se forme à l’intérieur des pièces, mais provient aussi de l’extérieur, lorsque l’on aère par exemple, que l’on rentre dans l’appartement avec ses chaussures et ses vêtements, et également du pelage des chiens et des chats.
Filtre à particules fines
Lorsque les particules de poussières mesurent entre un et dix micromètres, on parle de poussières fines. Les filtres à poussières fines sont souvent utilisés comme seul niveau de filtration, dans les imprimantes laser ou dans les fours et les cheminées par exemple. Tout comme les filtres à grosses particules, ils servent également de préfiltres aux filtres pour matière en suspension encore plus fins (par exemple les filtres HEPA) des climatiseurs.
Qu’est-ce que la poussière fine?
Les particules fines ou PM (en anglais: Particulate Matter) sont une partie des poussières en suspension dans l’air. Elles se composent d’un mélange complexe de particules solides et liquides, qui proviennent d’une part des processus de combustion des véhicules, des fours et des chauffages, mais aussi du traitement des métaux ou de l’abrasion des pneus, des freins ou du tourbillonnement de la poussière des rues (poussières fines primaires). D’autre part, certaines particules se forment par des réactions d’agents «précurseurs», tels que les oxydes de soufre ou d’azote et l’ammoniac (poussières fines secondaires).
Les filtres à poussières fines sont répartis en cinq classes de filtration, dont la numérotation suit celle des filtres à poussières grossières: M5 et M6 filtrent les poussières fines de taille moyenne, tandis que F7, F8 et F9 retiennent aussi les poussières fines.
| Classe de filtre | Particules fines (exemples) | Degré de filtration |
| M5 | Pollen, spores, poussière de ciment, germes et bactéries de grande taille, cendres volantes, etc. | 40-60 % |
| M6 | 60-80 % | |
| F7 | Particules de suie, fumée d’huile, de tabac, etc. | 80-90 % |
| F8 | 90-95 % | |
| F9 | > 95 % |
Filtres pour matières en suspension (filtres EPA, HEPA et ULPA)
On appelle filtres pour matières en suspension, filtres à air de haute efficacité ou filtres à particules à haut rendement les filtres capables de retenir les microparticules contenues dans l’air. La plupart des filtres pour matières en suspension se composent d’un cadre et d’un filet à mailles serrées en fibres de verre, en fibres synthétiques ou en cellulose. Les fibres ont un diamètre entre 1 et 10 μm et sont disposées en plusieurs couches irrégulières à l’intérieur du tissu filtrant pour obtenir la meilleure filtration possible.
L’air est guidé à travers le filtre et les microparticules en percutent les fibres qui sont disposées sens dessus dessous, en raison des contraintes physiques auxquelles elles sont soumises, et en restent prisonnières. De cette manière, les filtres pour matières en suspension filtrent notamment les bactéries, les virus, la fumée et la suie contenus dans l’air. Les classes de filtres supérieures, à partir de H13, réduisent en outre les aérosols, au travers desquels se propagent de nombreux virus en suspension dans l’air. Les filtres pour matières en suspension ne sont pas seulement utilisés dans les systèmes de climatisation et de ventilation des bâtiments et des véhicules, mais aussi fréquemment dans les aspirateurs, les purificateurs d’air et autres climatiseurs intérieurs.
Classes de filtration des filtres pour matières en suspension
Les filtres pour matières en suspension sont classés dans les trois catégories suivantes, en fonction de leur efficacité croissante.
EPA: Efficient Particulate Air (filtre efficace pour les particules). Pour obtenir le label EPA, un filtre doit capturer au moins 85% des particules dont le diamètre se situe entre 0,1 μm et 0,3 μm. En fonction de leur efficacité, les filtres EPA sont répartis en trois classes de filtration: E10, E11 et E12.
HEPA: High Efficiency Particulate Air (filtre à air à haute efficacité/filtre à haut rendement pour les particules aériennes): la désignation HEPA suppose un degré de filtration d’au moins 99,95% des particules entre 0,1 μm et 0,3 μm. Ces filtres se classent selon deux degrés de filtration: H13 et H14.
ULPA: Ultra Low Penetration Air (filtre à haute efficacité pour les matières en suspension). Les filtres ULPA ont une efficacité minimale de 99,999% pour capter toutes les particules en suspension d’une taille de 0,1 μm à 0,3 μm. Ils sont utilisés dans des locaux tels que les salles d’opération, les salles dédiées à la recherche et à la production, où l’air doit absolument être exempt de poussière. Encore un cran au-dessus, le filtre SULPA (Super Ultra Low Penetration Air) dont l’efficacité doit atteindre au moins 99,9999%.
| Matières en suspension (exemples) | Classe de filtre | Taux de filtration (total) | |
| EPA | Virus, bactéries, fumée de tabac, fumée d’oxyde métallique | E10 | > 85 % |
| E11 | > 95 % | ||
| Suie, vapeurs d’huile, particules radioactives en suspension | E12 | > 99,5 % | |
| HEPA | H13 | > 99,95 % | |
| Aérosols | H14 | > 99,995 % | |
| ULPA | U15 | > 99,9995 % | |
| U16 | > 99,99995 % | ||
| U17 | > 99,999995 % |
Longévité des filtres pour matières en suspension
Utilisé régulièrement, un filtre pour matières en suspension se remplit peu à peu de poussières, ce qui entraîne une diminution lente mais constante de ses capacités de filtration. Ainsi, il est tout à fait possible qu’un filtre HEPA H13 neuf atteigne une capacité de filtration supérieure à celle d’un filtre H14 utilisé pendant plusieurs mois. Cependant, la durée de vie du filtre ne dépend pas seulement de la fréquence et de la durée d’utilisation, mais aussi du degré de pollution de l’air en termes de matières en suspension. Dans une grande ville ou aux abbords d’une rue très fréquentée, vous devriez donc changer vos filtres à air plus souvent que si vous habitez une zone plus rurale. La plupart des fabricants indiquent dans le mode d’emploi de leurs appareils ou filtres après combien de temps il faut remplacer les filtres. En règle générale, un filtre HEPA a une durée de vie d’environ six mois si son utilisation est fréquente et intense, d’environ 12 mois si son utilisation est modérée et d’environ 18 mois si son utilisation est légère. En cas de doute, observez à quelle vitesse vous ressentez une perte de performance de votre filtre pour savoir quand il est temps de le remplacer. Si sa surface a pris une couleur foncée ou, plus rarement une couleur jaunâtre, clairement sale, il est alors temps de le changer.
Nettoyage des filtres HEPA et EPA réutilisables
La plupart des filtres pour matières en suspension ne sont pas réutilisables et doivent être remplacés après un certain temps. Certains d’entre eux sont toutefois conçus pour que vous puissiez les nettoyer vous-même. Pour ce faire, placez le filtre réutilisable sous l’eau du robinet et rincez entièrement sa surface en une fois. N’utilisez pas de détergent ni d’outil, car vous risqueriez d’endommager le filtre et réduire ses performances. Il est impératif de laisser sécher complètement le filtre avant de le remettre en place dans l’appareil. Étant donné que des particules resteront sur les fibres après le nettoyage, même les filtres pour matières en suspension réutilisables devront être remplacés de temps en temps.
Attention lors du nettoyage des filtres HEPA, de leur remplacement et de leur élimination
Si les filtres HEPA éliminent les virus et les bactéries contenus dans l’air, ils ne les neutralisent ou ne les détruisent cependant pas. Si le filtre n’est pas correctement remplacé, de tels germes risquent d’être libérés. Pour plus de sécurité, il est préférable de procéder au remplacement du filtre à l’extérieur. Suivez les instructions du mode d’emploi et, si nécessaire, portez un masque et des gants jetables.
Filtre à charbon actif
Le charbon actif se compose en grande partie de l’élément carbone et il est fabriqué à partir de différents matériaux carbonés, tels que la houille, le bois, les noyaux de fruits ou les coques de noix de coco. Sa particularité réside dans la finesse de ses pores, largement ramifiés et partiellement reliés, qui lui confèrent une très grande surface. Cette surface poreuse ressemble à celle d’une éponge. Elle absorbe et retient de très nombreuses substances solides, liquides et gazeuses qui y adhèrent. Les gaz et les odeurs, en particulier, traversent la plupart des autres filtres à air, mais restent accrochés au charbon actif grâce à ses capacités adsorbantes. Plus le charbon actif a absorbé de particules et de substances, plus cette surface se réduit et plus l’efficacité du filtre diminue. C’est pourquoi vous devez remplacer régulièrement un filtre à charbon actif, conformément aux recommandations du mode d’emploi.
Les possibilités d’utilisation du charbon actif varient selon qu’il s’agit d’un charbon minéral ou végétal et selon les arbres ou les parties de plantes dont il est issu. Dans l’industrie alimentaire, il est utilisé pour éliminer les polluants et pour affiner le goût et l’odeur. Il est également utilisé dans l’industrie chimique et pharmaceutique. D’autres secteurs industriels y ont également recours, comme l’industrie minière ou nucléaire qui filtrent les métaux lourds ou les éléments radioactifs.
Le charbon actif est principalement utilisé dans les filtres à air et à eau. Il retient les polluants dans les masques respiratoires, les aquariums ou encore dans le traitement de l’eau potable. Dans les filtres à pipe ou à cigarette, il réduit les polluants tels que la nicotine, mais modifie aussi un peu le goût du tabac. Dans les hottes aspirantes, il élimine avant tout les odeurs qui se dégagent lors de la cuisson des aliments. Il est encore plus polyvalent lorsqu’il est combiné à d’autres filtres dans un purificateur d’air mobile. En effet, vous pouvez l’utiliser non seulement contre les odeurs et la fumée de cigarette, mais aussi pour lutter contre divers polluants et les particules aériennes de grande taille.
Filtres antibactériens
De nombreux filtres à air et à eau sont revêtus de substances actives pour empêcher la prolifération de bactéries, de moisissures et de micro-organismes sur le filtre ou dans l’eau. L’argent, comme élément chimique, est particulièrement utilisé à cet effet. Les ions d’argent sont très réactifs et s’attaquent à différentes activités cellulaires chez les bactéries. Ils combattent également d’autres micro-organismes tels que les virus et les moisissures et ont donc un effet non seulement antibactérien, mais aussi antimicrobien. Ils peuvent aussi s’avérer efficaces contre les bactéries déjà résistantes aux antibiotiques. Toutefois, dans certaines circonstances, les bactéries peuvent également développer une résistance à l’argent. Cet élément est utilisé sous différentes formes: dans les sels d’argent, les ions d’argent sont directement présents; dans l’argent métallique, ils se forment à la surface au contact avec l’eau ou l’humidité.
Photokatalytische Filter mit UV-Licht
La purification de l’air par photocatalyse utilise une réaction chimique déclenchée par la lumière. Outre le vecteur énergétique de la lumière (généralement UV-C), la photocatalyse nécessite le dioxyde de titane comme agent réducteur et de l’oxygène comme agent oxydant. Sous l’effet des rayons UV, des radicaux libres très réactifs se forment à la surface du dioxyde de titane du filtre. Avec l’oxygène, ces radicaux libres transforment les polluants, par exemple les oxydes d’azote ou les composés organiques volatils (COV) en dioxyde de carbone et en nitrates. Ils décomposent également divers autres gaz et odeurs.
Un filtre à air par photocatalyse est généralement utilisé dans les purificateurs d’air performants en guise de filtrage supplémentaire intervenant après le préfiltrage, le filtre HEPA et le filtre à charbon actif. Les germes nocifs étant totalement décomposés par la photocatalyse, ce filtre n’a pas à être remplacé de façon régulière. Une lampe à UV de haute qualité a une durée de fonctionnement d’à peu près 10 000 heures. Elle survivra donc souvent au purificateur d’air lui-même.
Systèmes de filtration à plusieurs niveaux
Différents filtres sont nécessaires pour capturer les matières et les particules qui présentent des états ou des tailles différentes. C’est pourquoi de nombreux appareils utilisent plusieurs filtres en même temps, les uns derrière les autres. Parmi les exemples les plus connus dans les foyers, on retrouve les purificateurs d’air, les aspirateurs ou les hottes aspirantes. S’il est vrai que ces dernières n’ont besoin que d’un filtre métallique contre la graisse et l’huile quand l’air est évacué, en mode recyclage d’air, elles ont besoin d’un filtre à charbon actif pour éliminer les odeurs de cuisine.
Purificateur d’air avec système de filtration
La plupart des purificateurs d’air qui éliminent les polluants aériens au moyen de filtres sont équipés d’un système où plusieurs filtres sont disposés en enfilade. La combinaison la plus répandue est celle utilisant un préfiltre contre les grosses particules de poussières domestiques, un filtre HEPA contre les microparticules et un filtre à charbon actif contre les odeurs et les gaz. Vous trouverez de plus amples renseignements ainsi que des exemples de tels systèmes de filtration dans notre guide pour choisir votre purificateur d’air. De plus, les purificateurs d’air utilisent souvent des ionisateurs et de la lumière UV-C. Certains appareils combinent celle-ci avec un filtre par photocatalyse.
Différents filtres dans les aspirateurs
Selon leur marque et leur modèle, les aspirateurs ne sont pas tous équipés des filtres énumérés ci-dessous, ou ne les utilisent pas dans le même ordre. L’équipement standard d’un appareil avec sac se compose d’un filtre moteur et d’un filtre d’évacuation d’air. Les aspirateurs sans sac sont généralement équipés d’un filtre central et d’un filtre d’évacuation. En cas de doute, reportez-vous au mode d’emploi où se trouvent les indications sur les filtres de votre appareil, la manière de les nettoyer et de les remplacer.
Le filtre moteur protège le moteur contre les particules fines au cas où le sac à poussière n’est pas correctement inséré ou est endommagé. Ce filtre est généralement en non-tissé ou en tissu en filet et se trouve à l’arrière du sac à poussière.
Le filtre d’évacuation d’air est le dernier filtre par lequel passe l’air de l’aspirateur avant d’être rejeté. Souvent, il s’agit d’un filtre à poussières fines ou pour matières en suspension.
Un filtre à particules fines retient, selon le modèle, entre 95,5% et 99,97% des pollens, acariens, germes, virus, bactéries et particules de poussière fines (d’un diamètre de 1 μm à 10 μm) dans l’appareil. Selon la marque et le modèle de celui-ci, on le trouve à des emplacements différents, mais souvent à l’arrière.
Certains aspirateurs spécialement conçus pour les personnes allergiques et asthmatiques sont équipés d’un filtre pour les matières en suspension qui fait office de filtre hygiénique et/ou d’évacuation d’air. Il retient même les particules d’un diamètre inférieur à 1 micromètre et il se trouve généralement soit à la place du filtre à particules fines, soit directement derrière celui-ci.
Lisez ici comment améliorer la qualité de l’air ambiant.
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