Les filtres HEPA utilisés en salle propre et les normes d’essai correspondantes
Prof. Dr. F. Taner Özkaynak
RÉSUMÉ
L’utilisation des filtres HEPA en salle propre progresse rapidement, en particulier dans l’agroalimentaire, l’industrie pharmaceutique et les hôpitaux. Il existe pour l’essentiel deux référentiels indépendants pour les filtres HEPA : les normes du CEN, utilisées en Europe, et les Recommended Practices de l’IEST, utilisées aux États-Unis. Dans les documents de l’IEST, l’efficacité des filtres HEPA est définie pour une taille de particule de 0,3 µm. L’EN 1822 définit au contraire l’efficacité à la MPPS (Most Penetrating Particle Size, taille de particule la plus pénétrante). Les méthodes d’essai des filtres diffèrent elles aussi d’un référentiel à l’autre : l’IEST recommande les compteurs de particules et les photomètres, tandis que l’EN 1822 impose les compteurs de particules.
1. INTRODUCTION
Selon les normes EN 779 et EN 1822, publiées par le CEN (Comité européen de normalisation) et appliquées dans les pays de l’Union européenne, les filtres à air se répartissent en filtres grossiers (G1, G2, G3, G4), filtres fins (F5, F6, F7, F8, F9), filtres HEPA à très haute efficacité (H10, H11, H12, H13, H14) et filtres ULPA à très faible pénétration (U15, U16, U17). Comme on le sait, les filtres des types G et F sont utilisés dans les applications de confort courantes et pour protéger les filtres à très haute efficacité. La présente étude examine les normes relatives aux filtres à très haute efficacité utilisés en salle propre, c’est-à-dire les filtres HEPA.
Les applications en salle propre ou en environnement propre ne cessent de se développer en Turquie, comme dans le monde entier. La mondialisation du secteur pharmaceutique impose de fabriquer les produits dans des environnements conformes aux normes en vigueur pour pouvoir les commercialiser, ce qui répand l’usage des salles propres. Les filtres HEPA (High Efficiency Particulate Air), autrefois réservés aux environnements de classes A, B et C selon les règles des BPF (bonnes pratiques de fabrication), sont depuis quelques années installés en standard par certains laboratoires pharmaceutiques dans les locaux de classe D.
2. LES NORMES DE L’IEST
Les documents de l’IEST (Recommended Practices) relatifs aux filtres HEPA sont les suivants :
- IEST-RP-CC001.3 : Filtres HEPA et ULPA
Ce document explique la terminologie et la classification des filtres HEPA et ULPA, définit les matériaux utilisés pour leur fabrication et décrit les équipements d’essai ainsi que les méthodes de marquage.
- IEST-RP-CC034.1 : Essais d’étanchéité des filtres HEPA et ULPA
Ce document décrit les méthodes d’essai d’étanchéité des filtres HEPA et ULPA, les conditions d’essai, la génération d’aérosol, les méthodes de détection de l’aérosol (photomètres ou compteurs de particules) et les procédures d’essai.
- IEST-RP-CC021.1 : Essais des médias filtrants HEPA et ULPA
Ce document explique comment réaliser, sur les matériaux papier ou synthétiques utilisés pour fabriquer les filtres HEPA et ULPA, des essais tels que la perte de charge, l’efficacité, l’épaisseur, la résistance mécanique, l’allongement, la dureté et la perte de masse à haute température, et comment en présenter les résultats.
- IEST-RP-CC007.1 : Essais des filtres ULPA
Ce document décrit les méthodes d’essai d’efficacité des filtres ULPA à l’aide de compteurs de particules.
En résumé, les filtres HEPA et ULPA définis par l’IEST et les méthodes d’essai recommandées sont présentés dans le tableau 1.
Comme le montre également le tableau ci-dessus, les filtres HEPA sont définis par leur efficacité à une taille de particule donnée (0,3 µm), alors que pour les filtres ULPA cette taille est plus petite et exprimée sous forme de plage (0,1 – 0,2 µm). Par ailleurs, l’essai d’étanchéité des filtres HEPA peut être réalisé à l’aide d’un photomètre, tandis que les filtres plus sensibles (ULPA) peuvent être testés à l’aide de compteurs de particules.
3. LA NORME EN 1822
La norme EN 1822, publiée par le CEN, comprend 5 parties :
- EN 1822-1 Classification, essais de performance et marquage
- EN 1822-2 Production d’aérosol, appareils de mesure, comptage de particules
- EN 1822-3 Essais des médias filtrants
- EN 1822-4 Détermination des fuites des éléments filtrants
- EN 1822-5 Détermination de l’efficacité des éléments filtrants
4. DIFFÉRENCES ENTRE LES NORMES
Dans l’EN 1822, contrairement à l’IEST, l’efficacité n’est pas définie pour un diamètre de particule fixe mais à la MPPS (Most Penetrating Particle Size), c’est-à-dire à la taille de particule la plus difficile à capter. Comme on le sait, les filtres HEPA et ULPA font appel à quatre mécanismes de filtration — effet électrostatique, interception, inertie et diffusion — qui captent les particules selon des lois physiques distinctes. Lorsque la taille des particules augmente, les effets d’inertie et d’interception se renforcent tandis que l’effet de diffusion diminue. C’est pourquoi, comme le montre la figure 1, il existe pour un média filtrant et une vitesse donnés une taille de particule pour laquelle la capture est la plus difficile et l’efficacité, par conséquent, minimale (MPPS).
Figure 1
Influence des différents mécanismes de filtration sur l’efficacité en fonction du diamètre des particules, et position de la MPPS.
Selon l’EN 1822, les filtres HEPA et ULPA sont soumis à trois essais distincts et indépendants :
- Essai d’efficacité du média filtrant : essai réalisé au débit nominal et à la MPPS (Most Penetrating Particle Size), généralement par les fabricants de médias filtrants.
- Essai d’étanchéité du filtre : essai réalisé à la MPPS à l’aide de compteurs de particules. Pour les filtres H13 et H14, un essai d’étanchéité au fil d’huile peut toutefois être appliqué en variante.
- Essai d’efficacité du filtre à la MPPS : il consiste à déterminer l’efficacité globale du filtre à l’aide d’une sonde fixe et du compteur de particules associé, ou par balayage de toute la surface du filtre.
Les référentiels de l’IEST et du CEN diffèrent aussi par la méthode d’essai d’étanchéité. Comme le montre le tableau 1, l’IEST recommande l’emploi de photomètres ou de compteurs de particules selon le type de filtre, alors que l’EN 1822 recommande uniquement les compteurs de particules ou les analyseurs granulométriques à mobilité différentielle (DMPS), et non les photomètres.
L’EN 1822 permet en outre de déterminer l’efficacité du filtre à partir des mêmes valeurs, relevées pendant le balayage de la surface réalisé pour l’essai d’étanchéité. Cette méthode donne simultanément l’étanchéité et l’efficacité, ce que ne prévoit pas l’IEST.
Il est assez difficile de trouver dans l’EN 1822 des équivalents exacts des types de filtres définis par l’IEST (A, B, C, D, E, F). La MPPS et l’efficacité variant avec la vitesse, celle-ci devient un facteur important. Par exemple, un filtre classé H14 selon l’EN 1822 à une vitesse donnée peut correspondre à la classe C de l’IEST ; si la vitesse augmente, ce même filtre peut ne plus satisfaire qu’aux exigences de la classe H13 de l’EN 1822, tout en satisfaisant toujours à celles de la classe C de l’IEST.
Aux normes citées peuvent s’ajouter les exigences propres des autorités réglementaires. Aux États-Unis, par exemple, l’autorité réglementaire la plus connue, la FDA (Food and Drug Administration), n’autorise que les photomètres pour l’essai d’étanchéité dans les zones équipées de filtres HEPA. En outre, la FDA n’admet pas l’utilisation de particules solides pour les essais réalisés en environnement stérile.
D’une manière générale, outre l’efficacité et l’étanchéité, on attend d’un filtre HEPA une perte de charge minimale, une répartition uniforme du débit d’air sur toute sa surface, l’absence d’émissions gazeuses des matériaux qui le composent, un montage et une dépose faciles, une longue durée de vie et une bonne résistance à l’humidité.
5. BIBLIOGRAPHIE
[1] ÖZKAYNAK F.T., « Clean Room Design and HVAC Systems », Tetisan Technical Publications, 2001.
[2] IEST, « IEST-RP-CC001.3 HEPA and ULPA Filters », 2003.
[3] IEST, « IEST-RP-CC034.1 HEPA and ULPA Filter Leak Tests », 2003.
[4] IEST, « IEST-RP-CC021.1 Testing HEPA and ULPA Filter Media », 2002.
[5] IEST, « IEST-RP-CC007.1 Testing ULPA Filters », 2002.
[6] CEN, « EN 1822-1 Classification, Performance Testing, Marking », 1998.
[7] CEN, « EN 1822-2 Aerosol Production, Measuring Equipment, Particle Counting Statistics », 1998.
[8] CEN, « EN 1822-3 Testing Flat Sheet Filter Media », 1998.
[9] CEN, « EN 1822-4 Determining Leakage of Filter Elements (Scan Method) », 2001.
[10] CEN, « EN 1822-5 Determining the Efficiency of Filter Elements », 2000.
L’auteur
Après des études secondaires à la Robert Academy, il a obtenu son diplôme d’ingénieur mécanicien à l’Université technique d’Istanbul (ITU) en 1971. Docteur de l’université Lehigh (États-Unis) en 1974, il est devenu maître de conférences en 1981, puis a été nommé professeur titulaire à la faculté de génie mécanique de l’ITU en 1995. Parallèlement à sa carrière universitaire, il a participé à divers projets pour des organismes tels que General Electric (GE), l’Atomic Energy Commission (AEC) et l’Energy Research Center (ERC) aux États-Unis. Il a dirigé des projets et des contrats dans de nombreux domaines, notamment les systèmes CVC (chauffage, ventilation, climatisation) industriels et de salles propres, le séchage, la récupération de chaleur, l’épuration des fumées, le transport pneumatique et la purification. Tout en conservant un poste d’enseignant à temps partiel à la faculté de génie mécanique de l’ITU, il a également exercé des fonctions de direction au sein de la société Tetisan Ltd. Le professeur F. Taner Özkaynak a publié plus de 35 articles et ouvrages sur des sujets variés. Il a été l’un des fondateurs d’Ulpatek Filtre et s’est éteint le 20 octobre 2011.
F. Taner ÖZKAYNAK,
