Performance du filtre de protection ABC 74 contre des contaminants industriels
Publication tirée du Journal des sapeurs-pompiers suisses, 11/91
W. Arnold,
LABORATOIRE SPIEZ , 3700 Spiez
Introduction
Quelle est la durée de vie d'un filtre de protection respiratoire? – C'est une question que le chimiste spécialisé dans la protection contre les gaz se voit poser sans cesse. Or jamais sa réponse ne parviendra à satisfaire d'emblée l'interlocuteur, tant il est vrai que le pouvoir de séparation du filtre dépend non seulement de paramètres spécifiques au filtre, mais aussi fortement des conditions d'utilisation. Les facteurs d'influence les plus importants sont les suivants:
- Filtre
- Quantité de sorbants
- Disposition géométrique de la couche de sorption
- Taux d'air (fréquence respiratoire)
- Sorbants
- Type / Dimension des particules / Imprégnation
- Etat d'oxydation de la surface / Vieillissement
- Précharge avec des substances identiques ou différentes
- Contaminants
- Nature(s): propriétés chimiques, physico-chimiques et physiques
- Nombre de substances à adsorber simultanément
- Evolution dans le temps de la concentration devant le filtre
- Sorptionsmittel
- Art/Korngrösse/Imprägnierung
Les filtres combinés, tel le filtre de protection ABC 74 pour les masques de protection de l'armée suisse, ont une double fonction: séparer de l'air aspiré, d'une part, les poussières et/ou gouttelettes grossières ou ultra-fines disséminées dans l'atmosphère (substances en suspension, aérosols) et, d'autre part, les contaminants gazeux. Ce filtrage nécessite la combinaison de deux procédés totalement différents. Chaque filtre de protection ABC comporte ainsi deux parties: un filtre à particules en fibres de verre et une couche de charbon actif servant de filtre à gaz. Ces deux parties sont généralement réunies dans un même boîtier, comme c'est le cas pour les filtres à vis et de nombreux filtres collectifs d'abris. Leur disposition suit un ordre obligatoire: l'air circule d'abord au travers du filtre à particules. Un fois séparées, les gouttelettes s'évaporent plus ou moins rapidement dans le flux d'air. Les contaminants qui se présentent alors sous forme de gaz sont retenus dans la couche de charbon actif.
Le filtre à particules garantit une protection sûre contre l'ensemble des poussières et aérosols libérés en cas d'événement C de nature civile. Dans la couche de charbon actif, la séparation se fait essentiellement par des processus de physiadsorption, chimisorption et catalyse. Selon la norme DIN 3181, le filtre de protection ABC 74 est un filtre B2-P3, autrement dit un filtre combiné.
Mesures et résultats
Le Laboratoire AC de Spiez dispose d'une instrumentation moderne pour mesurer les performances des filtres de protection contre les contaminants industriels. Une banque de données contenant des données de sorption et d'importantes données sur les substances est étoffée en permanence.
Les résultats reposent sur les conditions de mesure suivantes:
| Débit volumique de l'air de test: | 2 m3/h |
|---|---|
| Température: | 293 K (20 °C) |
| Pression (à l'entrée du filtre): | 93 kPa (930 mbar) |
| Conditionnement du filtre: | Dans un flux d'air de 2 m3/h, 48 h, 20°C, humidité de l'air correspondante |
Comme mentionné plus haut, les filtres de protection ABC 74 sont conformes à la norme type (B2-P3), recommandée contre les hydrocarbures et les gaz plutôt acides. L'utilisation d'un filtre à vis (classe de filtres 2 selon les normes DIN) n'est valable que si la concentration maximale du contaminant n'excède pas 0,5 vol. %. En ce qui concerne les substances organiques, on peut considérer que les filtres assurent suffisamment de protection quand le point d'ébullition du contaminant est au minimum de 65°C. La protection contre les substances organiques dont le point d'ébullition est inférieur à 65°C nécessite en revanche un filtre spécial, le filtre AX (norme DIN 3181). Toutefois, le filtre de protection ABC 74 a aussi un effet protecteur dans ces circonstances, comme le montre le tableau 1:
| Substance | Point d'ébullition [°C] | Concentration |
Temps de claquage [min] |
|---|---|---|---|
| Diméthyléther | -24.8 | 10 | 5 |
| Iodure de méthyle | 42.5 | 2 (CMA**) | 34 |
| 2-aminobutane | 63.0 | 5 (CMA) | 175 |
| Diéthylamine | 56.0 | 10 (CMA) | 150 |
| Chloroforme | 61.1 | 10 (CMA) | 60 |
| Acroléine | 52.0 | 0.1 (CMA) | 87 |
| 1,1-dichloréthène | 48.0 | 10 (CMA) | 58 |
| Dichlorométhane | 40.7 | 100 | 41 |
| Acétaldéhyde | 20.8 | 50 (CMA) | 12 |
| Acétone | 56.2 | 100 | 74 |
| Formiate de méthyle | 31.5 | 100 | 28 |
| Méthanol | 64.7 | 100 | 32 |
| Diéthyl éther | 34.6 | 100 | 65 |
| n-pentane | 36.1 | 100 | 68 |
| Diméthoxyméthane | 45.5 | 100 | 65 |
| Acétate de méthyle | 56.9 | 100 | 82 |
* Claquage: passage du contaminant au travers de la cartouche
** Concentration maximale admissible
Le filtre de protection ABC 74 offre une protection relativement bonne contre les gaz acides, tels qu'acide chlorhydrique, dioxyde de soufre, acide sulfhydrique, chlore, brome, etc. (voir figure 1 ci-après), mais une protection plutôt modeste contre les gaz basiques, comme l'ammoniac. Par contre, la protection contre le dioxyde d'azote (gaz nitreux) est mauvaise. La norme DIN 3181 recommande en l'occurrence le filtre spécial NO. Cette norme prescrit en outre d'autres filtres spéciaux pour le monoxyde de carbone, les vapeurs de mercure ainsi que l'iode radioactif.
Les restrictions d'utilisation citées plus haut signifient que le filtre remplit sa fonction de protection lorsque les concentrations d'immission sont réalistes, mais ne garantit en aucun cas une protection suffisante contre des concentrations plus hautes, voire extrêmes, auxquelles peuvent être directement exposées les forces d'intervention (corps de sapeurs-pompiers, services de défense chimique) opérant sur les lieux d'une catastrophe chimique. Il va également de soi que ce n'est pas le filtre lui-même qui fournira l'oxygène indispensable aux secours intervenant dans une maison en feu, une fosse à purin ou un silo de fermentation!
Les questions qui accompagnent de façon récurrente les réflexions sur les conséquences possibles d'un incident dans une centrale nucléaire amènent les réponses suivantes: le filtre de protection ABC 74 ne parvient pas à séparer suffisamment bien les gaz rares radioactifs, comme les isotopes du krypton et du xénon. Ces gaz ont un point d'ébullition trop bas (respectivement -152,3°C et -107,1°C) et sont inertes par rapport à la chimisorption. L'iode, quant à lui, est piégé en tant que particule par le filtre aérosol ou reste prisonnier du charbon actif. La performance de protection du filtre ABC 74 vis-à-vis de l'iodure de méthyle radioactif n'est pas excellente et dépend fortement de la teneur en eau de l'air et du charbon (voir tableau 2 ci-dessous); le filtre est toutefois performant lorsque les concentrations d'immission attendues sont basses.
| Humidité de l'air de test [% HR*] |
Conditionnement du filtre [% HR] | Temps de claquage [min] |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 65 |
| 50 | récemment ouvert | 43 |
| 50 | 50 | 34 |
| 70 | 70 | < 5 |
| 90 | 90 | < 2 |
- Fig. 1: Performance de sorption du filtre de protection ABC 74 contre certains gaz techniques importants, mesurée en fonction de la concentration à un taux d'humidité relative de l'air de test de 60 % (conditionnement du filtre). La concentration de claquage est la valeur de concentration maximale admissible (CMA) de chaque substance.
Conclusion
Le filtre de protection ABC 74, ainsi d'ailleurs que les filtres collectifs installés dans les abris (filtres approuvés par l'Office fédéral de la protection civile), offrent une protection contre les contaminants industriels. Leur degré d'efficacité dépend toutefois de la situation. Si les substances à point d'ébullition élevé ne posent aucun problème, la protection contre les produits volatiles dépend quant à elle de la nature et de la concentration de ceux-ci.