Comment concevoir un système d'air pur pour les applications en laboratoire ?

Comment concevoir un système d'air pur pour des applications en laboratoire

Qu'est-ce qu'un système d'air pur pour laboratoires ?

• Élimination des particules en suspension (poussière, microbes, aérosols)
• Confinement et évacuation des fumées ou gaz dangereux
• Maintien d'une température, d'une humidité et d'une pression constantes
• Prévention de la contamination croisée entre les zones du laboratoire
• Protection des travailleurs contre l'exposition à des substances nocives

Facteurs clés dans la conception d'un système d'air pur pour laboratoire

1. Identifier les exigences et la classification du laboratoire

• Laboratoires biologiques : Nécessitent une protection contre la contamination microbienne. Les systèmes d'air propre doivent filtrer les bactéries, les virus et les spores, souvent avec des filtres HEPA et une pression négative afin de contenir les agents pathogènes.
• Laboratoires chimiques : Axés sur l'élimination des fumées toxiques et des composés organiques volatils (COV). Ces systèmes d'air propre privilégient des systèmes d'extraction efficaces ainsi que des matériaux résistants aux produits chimiques.
• Laboratoires pharmaceutiques : Doivent exercer un strict contrôle sur les particules et les niveaux microbiens afin de respecter les bonnes pratiques de fabrication (BPF). Des taux plus élevés de renouvellement d'air ainsi qu'une classification ISO 5–7 peuvent être nécessaires.
• Laboratoires d'électronique ou de science des matériaux : Nécessite des taux de particules extrêmement faibles afin d'éviter d'endommager les composants sensibles. Ces systèmes d'air propre utilisent souvent des filtres ULPA et un écoulement laminaire de l'air.

2. Conception de l'écoulement de l'air et contrôle de la pression

• Taux de renouvellement d'air (ACH) : Nombre de fois où l'air du laboratoire est renouvelé par heure. Un taux ACH plus élevé réduit l'accumulation de contaminants. Par exemple :
  • Laboratoires généraux : 6 à 12 ACH
  • Laboratoires de sécurité biologique : 12 à 24 ACH
  • Salles propres pour l'industrie pharmaceutique : 20 à 60 ACH
    Calculer le taux ACH en fonction du volume de la pièce et du débit d'air neuf du système d'air propre.
• Débit d'air directionnel : Concevoir le débit d'air de manière à ce qu'il circule des zones propres vers les zones contaminées. Dans les laboratoires biologiques, l'air doit entrer dans le laboratoire depuis les espaces adjacents et être évacué directement à l'extérieur afin de contenir les agents pathogènes. Dans les salles propres, un débit d'air unidirectionnel (laminaire) permet d'éliminer les particules des surfaces de travail.
• Différentiels de pression : Maintenir des gradients de pression afin d'empêcher l'air de circuler des zones contaminées vers les zones propres. Par exemple :
  • Les hottes de sécurité biologique et les laboratoires de confinement utilisent une pression négative (l'air entre, mais ne sort pas).
  • Les salles propres pharmaceutiques utilisent une pression positive (l'air sort, empêchant la contamination extérieure).
    Les différences de pression (généralement de 10 à 25 pascals) sont contrôlées en équilibrant les débits d'air soufflé et d'air extrait.

3. Choisir les systèmes de filtration

• Préfiltres : Capture les grandes particules (5μm et plus) afin de protéger les filtres plus coûteux contre l'obstruction. Utilisé dans la première étape du système d'air propre pour prolonger la durée de vie des filtres en aval.
• Filtres HEPA (High-Efficiency Particulate Air) : Éliminent 99,97 % des particules de 0,3μm ou plus, essentiels pour les laboratoires biologiques, les hôpitaux et les installations pharmaceutiques. Les filtres HEPA sont cruciaux dans les systèmes d'air propre pour la protection contre les microbes et les particules fines.
• Filtres ULPA (Ultra-Low Penetration Air) : Encore plus efficaces que les filtres HEPA, éliminant 99,999 % des particules de 0,12μm ou plus. Utilisés dans les laboratoires électroniques ou les environnements extrêmement propres où les particules submicroniques pourraient endommager des équipements sensibles.
• Filtres chimiques : Adsorbent les gaz, les vapeurs et les COV à l'aide de charbon actif ou de milieux imprégnés de produits chimiques. Nécessaires dans les laboratoires chimiques pour retirer les vapeurs dangereuses (par exemple, solvants, acides) du flux d'air.
• Filtration en phase gazeuse : Pour les applications spécialisées, telles que l'élimination de l'ammoniac ou du formaldéhyde, utilisez des filtres chimiques ciblés conçus pour neutraliser des gaz spécifiques.

4. Concevoir les systèmes d'extraction et de ventilation

• Hottes aspirantes : Reliez-les à l'extraction du système d'air propre afin d'éliminer les vapeurs chimiques à la source. Vérifiez que les hottes aspirantes disposent d'une vitesse frontale suffisante (généralement entre 0,4 et 0,6 m/s) pour contenir les vapeurs et empêcher les fuites.
• Conduits d'évacuation : Placez les sorties d'extraction loin des prises d'air et des zones occupées pour éviter la réinhalation des contaminants. Les conduits doivent être suffisamment hauts (au minimum 3 mètres au-dessus du niveau du toit) pour permettre une dispersion sécurisée des vapeurs.
• Systèmes à débit d'air variable (VAV) : Ajuster les débits d'air en fonction de la demande (par exemple, lorsque les vantails des hottes aspirantes sont ouverts ou fermés). Les systèmes VAV optimisent la consommation d'énergie tout en maintenant une ventilation adéquate, réduisant ainsi les coûts de fonctionnement du système d'air propre.
• Extraction d'urgence : Prévoir des ventilateurs de secours ou des systèmes redondants afin d'assurer une extraction continue en cas de coupure de courant, essentiel pour les laboratoires manipulant des substances hautement toxiques.

5. Intégrer une régulation de la température et de l'humidité

• Température : Généralement entre 20 et 24 °C (68 à 75 °F) pour la plupart des laboratoires. Certaines applications (par exemple, la culture cellulaire) nécessitent un contrôle plus strict (±1 °C).
• Humidité : Entre 30 et 60 % d'humidité relative. Une faible humidité peut provoquer de l'électricité statique (néfaste dans les laboratoires électroniques), tandis qu'une humidité élevée favorise la croissance microbienne (risque dans les laboratoires biologiques).

6. Inclure des systèmes de surveillance et d'alarme

• Compteurs de particules : Mesurent les concentrations de particules en suspension dans l'air pour vérifier la conformité aux normes de propreté. Intégrez-les au système d'air pur pour alerter le personnel si les concentrations de particules dépassent les limites autorisées.
• Capteurs de Pression : Surveillent les différences de pression entre les pièces. Les alarmes se déclenchent si les pressions s'écartent des valeurs définies, indiquant un risque potentiel de contamination croisée.
• Capteurs de débit d'air : Surveillent les débits d'air neuf et d'extraction pour garantir un taux de renouvellement d'air (ACH) approprié ainsi qu'un équilibre des pressions.
• Indicateurs d'état des filtres : Surveillent la charge des filtres et alertent les équipes de maintenance lorsque le remplacement est nécessaire, évitant ainsi une baisse d'efficacité du système d'air pur.
• Alarmes d'urgence : Alertes sonores pour les problèmes critiques tels que les pannes électriques, les fuites de filtres ou les fuites de gaz dangereux, permettant une réponse rapide pour protéger le personnel et les expériences.

7. Prendre en compte la compatibilité des matériaux et de l'agencement

• Étanchéité et construction : Utiliser une construction étanche avec des joints scellés pour éviter les fuites d'air. Éviter les matériaux poreux (par exemple, le bois) qui peuvent retenir les contaminants ; privilégiez plutôt des surfaces lisses et non poreuses (par exemple, l'acier inoxydable, la résine époxy) faciles à nettoyer.
• Placement des équipements : Placer les postes de travail à l'écart des bouches d'aération, des portes ou des fenêtres susceptibles de perturber l'écoulement de l'air. S'assurer que les hottes et les armoires de sécurité sont intégrées au système d'extraction de l'air propre afin d'optimiser l'efficacité.
• Adaptabilité aux évolutions futures : Concevoir le système d'air propre avec des composants modulaires pour s'adapter aux réorganisations du laboratoire ou aux besoins de recherche changeants. Prévoir une capacité supplémentaire de gaines ou d'emplacements pour filtres afin de faciliter les mises à niveau.

Exemples Concrets de Conception de Systèmes d'Air Propre en Laboratoire

Laboratoire de Sécurité Biologique Niveau 3 (BSL-3)

• Pression négative (-25 Pa par rapport aux zones adjacentes) pour empêcher la libération de pathogènes.
• 12 à 15 renouvellements d'air par heure (ACH) avec des filtres HEPA sur l'air soufflé et l'air extrait.
• Des ventilateurs d'extraction dédiés équipés de filtres HEPA avant le rejet à l'extérieur.
• Un système de surveillance de la pression avec alarmes pour alerter le personnel en cas de défaillance de la pression.

Laboratoire de Préparation Pharmaceutique

• Pression positive (+15 Pa) pour éviter la contamination externe.
• 30 ACH avec air soufflé filtré par HEPA et flux d'air unidirectionnel au-dessus des surfaces de travail.
• Contrôle de la température à 22±1°C et de l'humidité à 50±5% afin de protéger la stabilité des médicaments.
• Comptage continu des particules et surveillance en temps réel reliée à un système central de contrôle.

Laboratoire de recherche chimique

• Des hottes aspirantes VAV raccordées à des systèmes d'extraction haute capacité.
• Des filtres à charbon dans l'air soufflé pour éliminer les polluants extérieurs.
• 8 à 10 ACH avec prise d'air neuf à 100 % (aucune recirculation) afin d'éviter l'accumulation de produits chimiques.
• Détecteurs de gaz reliés à l'activation de l'extraction d'urgence en cas de fuites dangereuses.

FAQ

À quelle fréquence les filtres d'un système d'air propre de laboratoire doivent-ils être remplacés ?

Quelle est la différence entre pression positive et pression négative dans les systèmes d'air propre ?

Un système de purification de l'air peut-il être installé dans un laboratoire existant ?

Quelle est la consommation énergétique d'un système d'air propre pour laboratoire ?

Quelles normes un système d'air propre de laboratoire doit-il respecter ?