Partie 1
1/ Typologie
Plusieurs types d'aspirateurs sont dénombrés. Leurs caractéristiques dépendent des usages, fonction le plus souvent des éléments à aspirer et des univers liés (souvent des métiers) :
1. aspirateur à poussière,
2. aspirateur à liquides,
3. aspirateur mixte : eau et poussière,
4. aspirateur à huile et à copeaux,
5. aspirateur de feuilles ...
De nos jours, une nouvelle espèce d’aspirateur est de plus en plus plébiscitée par les consommateurs : les aspirateurs robots - Réelle innovation et ultime évolution des aspirateurs modernes pour le moment..
Créés dans les années 2000. Ils ont la possibilité de se balader de façon autonome dans les maisons ou autres espaces afin d’aspirer les saletés.
Bourrés de technologies comme la détection de poussière, le contrôle et la programmation à distance via un smartphone ou la navigation cartographiée et au laser, ces appareils permettent de conserver un intérieur propre sans effort.
Dans le futur, à quoi pourraient bien ressembler les aspirateurs et comment pourraient-ils encore évoluer ? Seule l'histoire nous le dira !
2/ Définition
La fonction principale d’un aspirateur est de traiter les impuretés présentes dans un environnement.
Les poussières et déchets représentent pour l’essentiel les éléments indésirables.
2-1/ Poussière :
Q1/ DONNER la définition de la "poussière".
2-1/ Déchets :
Q2/ DONNER la définition de "déchet".
3/ Normes et règlementation
Q3/ DONNER la définition de "qu'est-ce qu’une norme ?"
4/ Poussières
L'étude d'une installation de dépoussiérage, et surtout du dépoussiéreur, nécessite une connaissance préalable de la nature et des caractéristiques des poussières à capter et à séparer (notamment pour les plus fines).
La poussière est une substance réduite en poudre très fine, avec des particules comprises entre 0,01 et 100 µm voire même 250 µm qui est susceptible de se trouver en suspension dans l'air sous certaines circonstances et pendant un temps plus ou moins long.
4-1/ Définition de poussière par niveaux de pénétration :
D'après la définition légale de poussière : une poussière est une particule solide d’un diamètre aérodynamique inférieur à 100 micromètres ou dont la vitesse de chute est inférieure à 0.25 m.s-1.
(Référence : Article R. 4222-3 du Code du travail).
Q4/ COMPLETER
Le niveau de pénétration dans l’organisme, par voie pulmonaire, dépend de ses dimensions :
· Fraction inhalable < 100 µm : ______________________________
· Fraction thoracique < 10 µm : _____________________________
· Fraction alvéolaire < 4 µm _________________________________
4-2/ La nature des particules :
Q5/ On distingue 3 différentes familles de poussières, lesquelles ?
4-3/ Exposition et valeurs limites :
Dans les locaux, l’exposition aux poussières est réglementée et limitée par 2 seuils.
Q6/ PRECISERlesquels et DONNER leur différences ?
4-4/ Caractères des poussières :
Q7/ Quels sont les paramètres possibles à prendre en compte afin d'effectuer l'étude d'installation ?
4-5/ Concentration des poussières :
Q8/ CLASSER par ordre décroissant de concentration les environnements suivants en fonction de leur concentration ?
Partout dans le monde nous trouvons des poussières en suspension dans l'air.
Grande ville par temps sec : 0,2 - 0,25 mg/m3
Grande ville après la pluie : 0,05 - 0,1 mg/m3
Campagne : 0,003 - 0,04 mg/m3
Salle de séjour : 0,08 - 0,1 mg/m3
Chambre à coucher : 0,01 - 0,02 mg/m3
4-6/ Danger :
4-6-1/ Toxicité de la poussière :
Les poussières provoquent différents type de nuisances : salissures et détérioration du matériel lors de leur redéposition, toxicité selon leur nature et leur dimension. Ce sont les particules les plus fines, de dimension comprise entre 0,3 et 5 µm qui sont généralement les plus dangereuses pour l'homme, car inhalables par les voies respiratoires. Elles peuvent par les poumons et la circulation sanguine pénétrer les autres organes.
Les principaux facteurs à prendre en considération sont:
la dimension des poussières (fraction inhalable);
la nature ou la composition chimique des poussières;
la quantité de poussière en suspension dans l'air (concentration);
le temps d'exposition;
la température ambiante, les contraintes de travail;
l'apparition tardive des premiers symptômes de maladie.
Les différents critères sont intimement liés, examinons les plus en détail :
Les particules < à 5 microns sont les plus dangereuses, même si les matières qui la composent ne sont pas toxiques.
Les particules < à 0,3 micron sont inhalées mais on considère qu'elles sont rejetées lors de l'expiration.
Les particules > à 5 microns sont généralement arrêtées au niveau des voies respiratoires. Elles sont expulsées par les voies naturelles. Elles ne sont pas considérées comme dangereuses (mais peuvent être gênantes) à condition qu'elles ne soient pas toxiques.
L'amiante constitue, toutefois, un cas particulier. On trouve des fibres pouvant atteindre 100 µm dans les poumons et dans tout l'organisme.
4-6-2/ Risques pour la santé :
De manière générale les poussières sont considérées comme gênantes ou dangereuses pour la santé.
Q9/ CITER des effets possibles :
4-6-3/ Risques d’incendie et d’explosion :
Q10/ Pourquoi le risque d'explosion est-il possible et dans quelles conditions ? Et comment s'en préserver ?
5/ Dépression
Après avoir vu des généralités au sujet des poussières, la suite de l'activité va permettre d'appréhender le fonctionnement d'un système d'aspiration.
Après consultation des fiches techniques des aspirateurs, il est souvent possible de retrouver les caractéristiques suivantes : le débit d’air exprimé en dm³/s (décimètre cube par seconde), L/s (litre par seconde) et la dépression en kPa (kilo pascal).
Cette dernière donnée estime la vitesse à laquelle la machine aspire la poussière.
5-1 La différence de pression (∆P) :
Dans l’atmosphère, dès qu'il existe une différence de pression entre deux points, l'air se dirige du point de plus haute pression vers le point de plus basse pression. Compte tenu des phénomènes, dus en particulier aux variations de température, les pressions au sol et en différents points de l'atmosphère ne sont pas identiques. Des vents sont ainsi créés par l'air qui est poussé d'une haute pression vers une basse pression. Plus l'écart entre ces pressions est important et plus le vent est rapide.
L'unité de mesure SI de la pression est le pascal (Pa).
Auparavant, on utilisait le millimètre de colonne d'eau (mm CE) qui correspondait à la déviation que l'on peut lire sur un tube en U pour une pression de 1 kg/m2 (le poids d'un litre d'eau répandu sur 1 m2, et donc, sur une hauteur d'1 mm).
Le mm de CE correspond à une pression de 9,81 N/m2 = 9,81 Pa avec 1 Pa = 0,102 mm CE, soit 10 Pa ≈ 1 mm CE.
Exemple : Les différences de pression rencontrées en ventilation pour faire circuler de l'air, dans un bâtiment, sont de l'ordre de la centaine de pascals et donc de l'ordre du millième de la pression atmosphérique.
Q11/CALCULER la différence de pression en Pa, équivalente à la colonne d'eau équivalente indiquée pour l'aspirateur dont la fiche technique indique une dépression de 23 dm / CE:
5-2 Les pressions :
Il existe trois pressions :
la pression dynamique : elle correspond à la force requise pour accélérer la masse d'un fluide depuis l'état de repos jusqu'à une vitesse donnée. Elle ne s'exerce que dans la direction de l'écoulement du fluide, elle est toujours positive et elle est généralement notée (Pd) ;
la pression statique : c'est la pression que l'air exerce sur un élément de paroi perpendiculairement à la direction de l'écoulement. Cette pression peut être soit supérieure, soit inférieure à la pression atmosphérique et elle est généralement notée (Ps) ;
la pression totale : c'est la somme des pressions statique et dynamique. Elle est généralement notée (Pt).
Q12/ COMPLETER le schéma illustrant les trois pressions pour un tube de Pitot en précisant les pressions concernées.
Commentaires :
Une aiguille creuse est placée dans le flux d'air parallèlement à son écoulement. La pression qu'exerce le courant d'air sur l'extrémité ouverte de l'aiguille se traduit par une déviation de la colonne de liquide dans un tube en U. Cette déviation indique, si la seconde branche du U est mise à l'atmosphère, que la pression dans l'aiguille est plus élevée que celle de l'atmosphère. La différence de niveau nous donne la mesure de cette différence (elle est égale au poids d'eau déplacé). Il s'agit de la pression totale.
On observe également qu'un second conduit entoure l'aiguille creuse. Il est percé de trous périphériques qui laissent passer la pression statique. L'ouverture des trous n'est pas face au flux d'air mais parallèle à son axe. La pression ainsi mise en évidence est appelée "statique", c'est la même que celle qui s'exerce sur la paroi de la conduite.
5-3 La pression totale déterminant le ventilateur (voir figure 2)
Un ventilateur souffle dans une gaine. Les caractéristiques d'entrée sont donc un débit ainsi qu'une pression.
Avec l'aide d'un tube Pitot, il est possible de visualiser les effets des différentes pressions.
Q13/COMMENTER le schéma suivant pour un système fonctionnant dépression (par aspiration)
Schéma à compléter :
5-4 La vitesse d'air
D'après le théorème de Bernoulli, il existe une relation entre la pression dynamique (Pd en pascal) et la vitesse du courant d'air (v en m/s). Cette relation est fonction de la densité de l'air (ρ en kg/m3) et donc de sa température (T en °C).
Q14/CALCULER la vitesse de l'air pour une pression dynamique de 40 k Pa, pour une température de 20°C et une altitude au niveau de la mer.
La relation est la suivante :
Pd = ρ × v²/2
Données :
Pression dynamique : 40 kPa
Température : 20°C
Détermination de Pression Dynamique :
6/ Conclusion
Q15/ En quoi la dépression influence-t-elle la capacité de l’appareil ménager ?