Le principe de fonctionnement d'un électrofiltre (ESP, electrostatic precipitator en anglais) est basé sur l'application d'une force électrique sur les particules à éliminer préalablement chargées.
Ces dernières étant naturellement faiblement chargées pour pouvoir donner naissance à une force d'attraction exploitable, devront recevoir grâce à un procédé externe, des charges suffisantes.
L'ionisation d'un gaz vecteur communique aux particules des charges exploitables grâce à "l'effet couronne".
Pratiquement, cet effet est obtenu grâce à un fil tendu entre deux plaques ou situé au milieu d'un cylindre et porté à une haute tension, souvent négative.
À partir d'une certaine tension, un halo lumineux violet apparaît autour du fil.
Au sein de ce halo, apparaissent de nombreuses espèces radicalaires ainsi que de l'ozone, ce qui est parfois mis à profit pour éliminer d'autres polluants comme les oxydes d'azote ou les composés organiques volatils |
Figure 4. 24 : installation industrielle d'un ESP |
Le gaz est alors dans un état d'excitation intense et des électrons sont arrachés qui, par effet de collision en cascade, fournissent une avalanche d'ions et de radicaux. C'est grâce à ce phénomène que les particules vont se charger. Il faut noter que la mobilité des particules et des électrons est très différente. Ce phénomène est stable dans une plage de tension importante, jusqu'à ce que, en augmentant toujours le voltage, des arcs et des étincelles apparaissent entre le fil et sa contre-électrode. On a alors atteint la tension de claquage. En effet, au fur et à mesure que les particules se chargent, on voit se créer autour de l'électrode émissive une charge d'espace qui contribue en quelque sorte à isoler l'électrode par blindage et réduit le passage du courant. On parle en anglais de "corona quenching"; ce phénomène est à éviter. Il apparaît plus particulièrement lorsque les gaz à traiter sont très riches en fines particules. La valeur de la tension seuil à partir de laquelle l'effet couronne est obtenu dépend de la pression et de la nature du gaz ainsi que de la géométrie. Typiquement, pour un gaz comme l'air à pression ordinaire, on a des tensions d'amorçage de 20 kV environ. Le courant suit ensuite une loi non linéaire en fonction du voltage. Un exemple de courbe intensité-tension est donné (Figure 4. 25); elle montre l'influence d'une charge d'espace augmentant jusqu'à l'effet de "corona quenching".
Comme déjà mentionné, les particules se chargent grâce aux collisions des électrons ou d'autres particules chargées ou bien grâce au phénomène de diffusion lié à l'agitation thermique des ions.
Ce second mécanisme n'est important que pour les toutes petites particules submicroniques. En pratique, la charge est atteinte en quelques dixièmes de seconde.
Il est à noter qu'il existe, pour une particule de taille donnée, une charge maximale à ne pas dépasser. |
Figure 4. 25 : chargement de particules
|
La valeur du champ électrique Eeacute;mission (en V/m) où se produit l'effet vaut environ 109 V/m en émission d'électrons et 2.1010 V/m en émission de charges positives.
