Les filtres à air comprimé

Les filtres à air comprimé sont utilisés pour éliminer les contaminants de l’air après compression. Type, taille, qualité de filtres … Comment choisir son dispositif filtrant pour répondre au mieux à chaque besoin ? Nos explications et nos conseils pour trouver le bon filtre pour votre compresseur d’air industriel.

Comment produit-on l'air comprimé ?

Une installation de production d'air comprimé standard comporte plusieurs compresseurs actionnés par des moteurs électriques, un séparateur d'huile et de condensats, un réservoir tampon, un sécheur et des filtres à particules.

Un compresseur d'air type comprime environ 7 volumes d'air à la pression atmosphérique en 1 volume d'air comprimé (7 bars). La compression et le refroidissement qui suit pour ramener de l'air comprimé à température ambiante libèrent de l'humidité.

De l'air comprimé pour quels secteurs industriels ?

En moyenne, l'air comprimé représente 10 à 15% de la facture d'électricité des industriels. C'est le quatrième fluide le plus utilisé dans l’industrie, après l'électricité, le gaz naturel et l'eau.

Il est mis en œuvre dans les secteurs qui utilisent des commandes ou du transport pneumatique. Il sert aussi au nettoyage industriel, au sablage, en peinture … où il est alors mélangé à divers produits. Les industries utilisant de l'air comprimé sont donc nombreuses : instrumentation, peinture, agroalimentaire, industrie pharmaceutique, industrie électronique, industrie du bois et du PVC, industrie céréalière, industrie cémentière ...

D'où viennent les contaminations dans l'air comprimé ?

Lors de sa production, l'air comprimé se charge en contaminants provenant de différentes sources:

• l'air atmosphérique utilisé comme matière première, qui renferme de la vapeur d'eau, de la poussière, des micro-organismes  et potentiellement des vapeurs d'huile 
• les compresseurs d'air, qui génèrent des contaminants huileux en phase liquides, aérosol et vapeur 
• les réservoirs (cuves ou ballons, sous pression) où l'air est stocké et les systèmes de distribution, qui relarguent dans l'air des particules générées par corrosion

Pourquoi filtrer l'air comprimé ?

Lorsqu'on comprime un gaz, on « tasse » les molécules qu'il contient. On augmente ainsi de fait sa concentration en contaminants. La filtration des gaz comprimés est donc incontournable. Prenons l'exemple d'un système produisant de l'air comprimé destiné à être utilisé dans un équipement pneumatique, comme une vanne ou un vérin. En sortie du compresseur, l'air est concentré en particules indésirables initialement présentes dans l'air atmosphérique et se charge en outre d'autres contaminants : poussières, hydrocarbures, huile, rouille, eau … Tous ces indésirables peuvent faire diminuer le rendement des dispositifs utilisant l'air comprimé, y créer des dysfonctionnements, voire des pannes.La qualité de l’air comprimé a donc une grande importance. De l'air comprimé pollué peut être à l'origine d’une contamination (virus, bactéries), ou d’une pollution par des hydrocarbures (huile à l’état de vapeurs, aérosols et liquides), des gaz parfois toxiques (CO, CO₂, H2S, Nox) ou des poussières chimiquement agressives (pH acide par exemple). Ces agents polluants peuvent également interagir, générant potentiellement des composés abrasifs ou corrosifs qui peuvent accélérer l'usure de l'équipement en aval.

Ainsi, de l’huile dégradée peut se mélanger aux poussières et à l’humidité contenues dans l'air pour générer dans les réseaux de distribution des aérosol très abrasifs. Ceux-ci peuvent user prématurément les joints et les organes des vérins et distributeurs, les appareillages pneumatiques… L’encrassement des filtres finaux, des organes de commande, des distributeurs pneumatiques et de tous les éléments présents sur la chaîne utilisant l'air comprimé peuvent également être à l’origine des dysfonctionnements.

Protéger l'ensemble de la chaîne de production 

Installer un filtre à air comprimé adéquat permet de :

• limiter la corrosion des composants métalliques, l'obstruction des vannes et des tuyaux 
• prévenir la contamination microbienne des produits élaborés sur la chaîne de production, notamment dans les secteurs agroalimentaire et pharmaceutique médical 
• augmenter les performances et la durée de vie des équipements 
• limiter les risques d'incendies et d'explosion de polluants réactifs contenus dans le gaz comprimé 
• réduire les coûts d'entretien, le nombre et la durée des arrêts pour maintenance

Comment choisir son filtre à air comprimé ?

Pour choisir un filtre à air comprimé, il faut prendre en compte plusieurs paramètres et notamment la taille des particules à éliminer, la température et le débit. Il faut également considérer les pertes de charge qui surviennent à la traversée du filtre, en cherchant à les minimiser. Le dispositif filtrant choisi doit également respecter les normes en vigueur dans le secteur industriel concerné. Enfin, il convient de le dimensionner les filtres strictement au niveau d'épuration requis pour limiter les dépenses inutiles.

A chaque polluant sa technologie de filtre

Selon le type de polluant à éliminer, on privilégiera un type de filtre bien précis.

Les filtres à particules sont utilisés pour arrêter la poussière, la saleté, le pollen, etc. Les filtres standards permettent d’éliminer 99% des particules présentes dans l’air ayant un diamètre de 0,3 micromètre.

Les filtres à coalescence sont utilisés pour filtrer les liquides, les aérosols d’huile et des particules submicroniques (jusqu’à 0,01 micromètre) en suspension dans l’air comprimé.

La coalescence est le processus par lequel deux substances identiques, mais dispersées, ont tendance à se réunir. C'est le mécanisme qui permet à de fines gouttes de liquide de fusionner pour former de grosses gouttes. On l'observe par exemple lorsque des gouttelettes de pluie sur une vitre de fenêtre se réunissent en gouttes plus grosses avant de glisser vers le bas au-delà, d'une certaine taille.

Un filtre coalesceur contient une surface filtrante en matière synthétique (fibre de verre par exemple) qui piège les particules à filtrer. En dessous du filtre, une cuve dédiée recueille le produit à soustraire à l'air comprimé, permettant sa réutilisation s'il est utile (c'est le cas de l'huile).

Les filtres coalesceur sont par exemple utilisés pour éliminer les hydrocarbures. Faciles à entretenir car se colmatant peu, ils ne sont en revanche pas efficaces pour éliminer les vapeurs. Ils comportent souvent une première couche chargée de séparer les substances solides qui pourraient rester présentes dans le flux de gaz avant la filtration par coalescence proprement dite.

Les filtres à charbon actif servent à éliminer les odeurs et les impuretés par adsorption. Le charbon actif est capable de retenir très efficacement des gaz ou des liquides grâce à sa grande surface active, qui lui confère un très fort pouvoir adsorbant. Les molécules qui le traversent se fixent sur cette surface par des liaisons dites « faibles » (forces de Van der Waals,  liaisons hydrogène).

Les filtres à charbon actif sont nécessaires dans les applications où l'air doit être de qualité respirable, par exemple dans les industries agroalimentaire et pharmaceutiques. On installe généralement en amont du filtre à charbon actifun élément filtrant coalescent comme préfiltre. L'air comprimé doit en outre être asséché au moyen d'un sécheur d'air. 

Pour en savoir plus sur les filtres à charbon actif 

Des éléments filtrant catalyseurs peuvent également être mis en place pour dépolluer de l'air comprimé. Ce type de filtration est surtout utilisé pour produire de l'air respirable. Un catalyseur (par exemple un mélange d'oxydes de cuivre et de manganèse, appelé hopcalite) réduit le niveau des substances indésirables dans l'air par réaction chimique (décomposition d'hydrocarbures en dioxyde de carbone et en eau par oxydation, transformation de CO en CO₂ …). On complète son action par celle d'un média filtrant qui intercepte toutes les particules de poussière résiduelles. Il est par ailleurs recommandé d'installer un élément filtrant coalescent en amont du catalyseur. 

Les filtres à tamis moléculaire utilisent un matériau extrêmement poreux, appelé tamis moléculaire. Ces tamis (zéolithes, aluminosilicates …) sont des matériaux qui possèdent une structure cristalline tridimensionnelle présentant des cavités et des canaux dont les surfaces peuvent adsorber les petites molécules. Les filtres à charbon actif sont utilisés pour retenir la vapeur d'eau présente dans de l'air comprimé à petits débits, donc par exemple pour le séchage de l'air.

Enfin, on utilise des filtres à air comprimé stériles pour éliminer les micro-organismes. Les filtres à air comprimé stériles sont utilisés dans des processus qui nécessitent la meilleure qualité d'air possible, comme l'industrie des produits alimentaires et boissons, l'industrie pharmaceutique, l'industrie chimique, l'industrie de l'emballage et le secteur biomédical. Il est recommandé d'installer le filtre stérile au plus près du point d’utilisation de l'air comprimé pour limiter de nouvelles contaminations post filtration.