La présente invention est relative à des moyens de pulvérisation électrohydrodynamique (ci-après dénommée PEHD).

La PEHD est un moyen de produire des nébulisats de gouttelettes de liquide de tailles millimétriques, microniques ou submicroniques chargées électriquement.

La PEHD consiste essentiellement à appliquer un champ électrique sur un liquide de manière à induire à la surface de ce liquide des charges électriques de même polarité que la tension qui y est appliquée. Ces charges, accélérées par le champ électrique, engendrent une transformation de la goutte de liquide en cône. A l'apex de ce cône, se produit un jet de liquide qui se fragmente en gouttelettes de tailles millimétriques, microniques ou submicroniques (nébulisat ou spray).

Différents modes de fragmentation de liquide peuvent être obtenus et ont été décrits dans l'art antérieur (cf. notamment Cloupeau et Prunet-Foch, 1989, J. Electrostatics 22, pp 135-159). On peut notamment citer le mode "goutte-à-goutte" qui produit des gouttes millimétriques, et le mode "cône-jet" stable qui produit une distribution granulométrique bi-modale du nébulisat (gouttes microniques et satellites sub-microniques).

Différents moyens ont été décrits dans l'art antérieur afin de permettre l'obtention d'une PEHD en mode "cône-jet" stable (mode garant de la dispersion bi-modale) pour des liquides dont la tension de surface à température ambiante est inférieure ou égale à 0,055 N/m tel que l'éthanol, l'acétone, l'éthylèneglycol. La PEHD en mode "cône-jet" pose toutefois problème pour les liquides à forte tension de surface tels que l'eau ou bien encore les liquides additionnés de réactifs ou principes actifs à effet tensioactif.

La forte tension de surface de ces liquides impose en effet, pour la réalisation de leur PEHD, l'application de forts potentiels sur le liquide, ce qui créé un champ électrique fort dans le gaz entourant le liquide et, par suite, des phénomènes d'ionisation dans le gaz. Dans l'air, à pression atmosphérique, ces décharges électriques sont la plupart du temps impulsionnelles (dards), et empêchent l'établissement d'un mode de fragmentation "cône-jet" au profit d'un mode "cône-jet-glow".

Ainsi, le document EP 0 258 016 décrit un système de pulvérisation électrostatique destiné à permettre l'application de très fins revêtements de surface. Ce système est capable de pulvériser dans l'air à pression atmosphérique des liquides dont la tension de surface est inférieure à 0,065 N/m, et préférablement inférieure à 0,050 N/m, mais cela uniquement dans la mesure où les phénomènes de type couronne sont évités (mode "conc-jet" de fragmentation du liquide). Dans le cas où des décharges apparaîtraient, EP 0 258 016 indique que son dispositif doit être placé dans un gaz autre que l'air, ou dans une atmosphère différente de la pression atmosphérique. L'enseignement de EP 0 258 016 conduit donc l'homme du métier à éviter les phénomènes de décharges, qui sont considérées comme déstabilisatrices de la pulvérisation.

Différentes solutions ont été proposées dans l'art antérieur afin de stabiliser la PEHD de tels liquides en prévenant la formation de décharges impulsionnelles dans le gaz les entourant. Deux types de solutions peuvent être identifiées : un premier type de solutions utilise une augmentation de la rigidité diélectrique du gaz entourant le liquide par augmentation de la pression du gaz et/ou par mise en oeuvre de gaz autres que l'air tels que le CO₂ ou le SF4, un deuxième type de solutions, utilise une électrode supplémentaire placée à proximité du cône et du jet de liquide de manière à réduire le champ électrique radial dans le gaz au voisinage du liquide. Aucun de ces deux types de solutions n'est toutefois industriellement satisfaisant : le premier type impose des moyens de contrôle de l'environnement atmosphérique, et le deuxième type impose une source de haute tension supplémentaire.

A la connaissance de la Demanderesse, aucun des dispositifs décrits dans l'art antérieur ne permettent donc, pour des liquides à fortes tensions de surface tels que l'eau, une PEHD dans l'air et à pression atmosphérique, sans engendrer un régime impulsionel de décharges, et sans nécessiter l'utilisation d'une électrode supplémentaire.

La présente demande est relative à de nouveaux moyens permettant de résoudre ce problème, et visant à pallier les inconvénients des moyens de l'art antérieur.

Les inventeurs ont en effet pour la première fois établi qu'une PEHD sans régime impulsionnel de décharges pouvait être établie directettrent dans l'air et à pression atmosphérique pour des liquides, dont la tension de surface, telle que mesurée à température ambiante, est supérieure à 0,055 N/m et, de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m. Ils ont notamment établi qu'une telle PEHD peut être obtenue à l'aide d'un dispositif de PEHD répondant à certains paramètres de fonctionnement, et de manière tout à fait essentielle, à l'aide d'un dispositif de PEHD comportant au moins un conduit 1 de distribution de liquide dont les dimensions de diamètre extérieur et de diamètre intérieur, au point de sortie du liquide polarisé, répondent à une relation appropriée dans une gamme de diamètres extérieurs préalablement définie (cf. exemples et abaque en Figure 2 ci-après). Une telle relation peut notamment correspondre à un rapport entre (dimension de diamètre extérieur) et (dimension de diamètre intérieur) supérieur ou égal à une valeur limite fixe.

Les inventeurs ont en effet observé que le régime de décharges dans le gaz (régime continu de décharges -glow stabilisateur- ou régime impulsionnel de décharges -dards déstabilisateurs-) est directement relié au divergent du champ dans le gaz. Ils ont ainsi établi que, pour des liquides dont la tension de surface est supérieure à 0,055 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m, il est essentiel, pour réaliser la PEHD recherchée dans l'air à pression atmosphérique, de choisir des diamètres extérieur et intérieur qui permettent de contrôler :

• la forme du liquide, c'est-à-dire la géométrie du cône et du jet de liquide, et
• la chute de potentiel dans le liquide, c'est-à-dire le potentiel à la surface du liquide,

La présente demande a ainsi pour premier objet un dispositif de pulvérisation électrohydrodynamique selon la revendication 1.

Différents moyens sont connus de l'homme du métier pour contrôler le caractère continu d'un régime de décharges. On peut notamment citer la mesure du courant électrique à l'aide d'un oscilloscope rapide, le contrôle visuel de la stabilité du cône de liquide formé, et/ou les mesures granulométriques permettant de vérifier le caractère bi-modal de la distribution en tailles des gouttelettes. Une telle distribution bi-modale peut notamment correspondre à une première population, majoritaire (par exemple 90% du volume de liquide pulvérisé), de gouttelettes de taille moyenne plus importante, et à une deuxième population, minoritaire (par exemple 10% du volume de liquide pulvérisé), de gouttelettes de taille moyenne plus fine.

Par dispositif de pulvérisation électrohydrodynamique, nous entendons, dans la présente demande, un dispositif capable de générer un nébulisat (ou dispersion, ou spray) de liquide polarisé, c'est-à-dire un nébulisat de liquide fragmenté, ou pulvérisé, en gouttelettes électriquement chargées. Un tel dispositif comprend donc des moyens d'alimentation et de distribution en liquide, et des moyens pour polariser électriquement la surface de ce liquide. Les moyens de distribution en liquide sont assurés par un conduit 1, ou capillaire 1, à une sortie duquel, le liquide polarisé forme un ménisque conique, de l'apex duquel part un jet puis une dispersion de gouttelettes de liquide électriquement chargées.

Par tension de surface, nous entendons dans la présente demande la tension de surface telle que mesurée dans l'air à température et pression ambiantes.

Le dispositif selon l'invention, conçu de manière à permettre la PEHD sous un régime continu de décharges, dans l'air et à pression atmosphérique, de liquides dont la tension de surface est supérieure à 0,055 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m, présente l'avantage de permettre, sans modification dudit dispositif, la PEHD de liquides dont la tension de surface est inférieure ou égale à 0,055 N/m.

Selon une disposition avantageuse de l'invention, lesdits moyens comprennent, tout au moins à ladite sortie de conduit 1, des dimensions de diamètres extérieur et intérieur qui répondent, lorsqu'elles sont exprimées dans la même unité, à la relation suivante : $$\frac{\mathrm{dimension\; de\; diamètre\; extérieur}}{\mathrm{dimension\; de\; diamètre\; intérieur}}\mathrm{supérieur\; ou\; égal\; à}\mathrm{\hspace{0.17em}}1,445\mathrm{\hspace{0.17em}}\mathrm{environ},$$ préférentiellement supérieur ou égal à 1,5697 environ, plus préférentiellement supérieur ou égal à 1,6 environ, et encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 1,8 environ.

La borne supérieure des valeurs appropriées pour ce rapport (dimension de diamètre extérieur) / (dimension de diamètre intérieur) est déterminée par différentes limites techniques. On peut notamment citer les limites techniques liées à l'usinage d'un diamètre intérieur très petit, ou bien encore celles liées à la perte de charge qui peut résulter d'un diamètre intérieur plus petit et qui impose alors en compensation des systèmes hydrauliques à plus haute pression.

La borne inférieure des valeurs appropriées pour le rapport (dimension de diamètre extérieur) / (dimension de diamètre intérieur) est obtenue à partir de mesures expérimentales (observation de l'obtention d'une PEHD stable en fonction d'une gamme de valeurs de diamètres extérieurs et intérieurs).

La valeur de borne inférieure dépend bien entendu des conditions expérimentales appliquées. Des exemples de dispositifs appropriés et de leur utilisation sont décrits en figure 1 et dans la partie "exemples" ci-dessous. L'homme du métier peut toutefois en concevoir, et en mettre en oeuvre des variantes. Ainsi, l'homme du métier peut naturellement tenir compte du matériau et/ou de la disposition du support soutenant ledit conduit, ou capillaire, dans la mesure où ce matériau et/ou cette disposition sont susceptibles d'affecter le champ électrique produit. Il apparaîtra en effet à l'homme du métier que le choix de la présence ou de l'absence d'un tel support en matériau conducteur, en particulier lorsqu'il est disposé perpendiculairement à l'axe dudit conduit 1, ou capillaire 1, influence sensiblement la borne inférieure expérimentalement mesurée desdites valeurs appropriées de rapport (dimension de diamètre extérieur) / (dimension de diamètre intérieur). Ainsi, la susdite valeur de borne inférieure 1,5697 est obtenue à partir de mesures expérimentales réalisées en présence d'un tel support, alors que la susdite valeur de borne inférieure 1,445 est obtenue à partir de mesures expérimentales réalisées dans des conditions comparables, mais en l'absence d'un tel support.

Il doit également être souligné que les mesures réalisées, et par là-même, la valeur de borne inférieure obtenue, dépendent également du profil de la section à ladite sortie de conduit ou capillaire. La susdite valeur de borne inférieure 1,445 est ainsi obtenue lorsque ledit conduit, ou capillaire, présente tout au moins à ladite sortie une section droite franche (face droite) : la section droite perpendiculaire à l'axe dudit conduit 1 ou capillaire 1, au niveau de ladite sortie, présente un profil annulaire. Lorsque la section de sortie n'est pas perpendiculaire au bord du conduit 1 ou capillaire 1, la valeur de borne inférieure obtenue peut être sensiblement différente. Ainsi, lorsque la face externe de conduit 1 ou capillaire 1 apparaît, tout au moins à ladite sortie plus longue que la face interne (face non droite, cesi-à-dire profil de type biseauté), la valeur de borne inférieure peut apparaître moins élevée (une valeur de 1,38 a pu être obtenue dans ces conditions, par comparaison avec la valeur de 1,445 obtenue à l'aide d'une section de sortie perpendiculaire au bord du conduit 1 ou capillaire 1. Inversement, lorsque la face externe apparaît, tout au moins à ladite sortie, plus courte que la face interne (profil de type biseauté), la valeur de borne inférieure peut apparaître plus élevée (une valeur de 1,8 a ainsi pu être obtenue dans ces conditions, par comparaison à 1,445 obtenue à l'aide de sections franches à profil annulaire. L'homme du métier pourra donc choisir d'usiner un profil particulier sur la section à ladite sortie de conduit 1 ou capillaire 1.

Une dimension appropriée pour ledit diamètre extérieur est notamment fonction de la constante de relaxation électrique du liquide τ_q (qui est elle-même fonction de la conductivité du liquide). Elle est inférieure a une valeur limite D_max répondant, dans le cas d'un liquide à forte viscosité, a équation: $${\log }_{10}\left({\mathrm{D}}_{\max }\right)=0,37793\times {\log }_{10}\left({\mathrm{\tau }}_{\mathrm{q}}\right)+0,34674$$ avec D_max ladite valeur limite en m, et τ_q constante de relaxation électrique dudit liquide en s, ou, dans le cas d'un liquide à faible viscosité, à l'équation : $${\log }_{10}\left({\mathrm{D}}_{\max }\right)=0,37747\times {\log }_{10}\left({\mathrm{\tau }}_{\mathrm{q}}\right)+0,43141$$ avec D_max et τ_q comme ci-dessus définis.
Les termes "faible'' et "forte" viscosité sont entendus canformément aux notions communément admises par l'homme du métier. Typiquement, par "faible" viscosité, on entend une viscosité d'environ 1 mPa.s, tandis que par "forte" viscosité, on entend une viscosité supérieure d'environ deux ordres de grandeur (soit de l'ordre de 100 mPa.s environ).
Préférentiellement, la dimension dudit diamètre extérieur est inférieure à la moitié de cette valeur limite D_max. Lorsque lesdits diamètres extérieur et intérieur présentent des dimensions dont le rapport répond à une relation ci-dessus précisée (supérieur ou égal à 1,445 environ, préférentiellement supérieur ou égal à 1,5697 environ, plus préférentiellement supérieur ou égal à 1,65 environ, encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 1,8 environ), la dimension dudit diamètre extérieur est préférentiellement inférieure au tiers de cette valeur limite D_max.

Selon un autre aspect avantageux, le dispositif selon l'invention est capable de pulvériser, dans l'air et à pression atmosphérique, un liquide dont la tension de surface est supérieure à 0,053 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m, dans un mode stable de fragmentation du liquide, notamment dans un mode de fragmentation "cône-jet-glow" stable (c'est-à-dire dans un mode "cône-jet" auquel se superposent des décharges continues). L'homme du métier peut vérifier l'obtention d'un mode "cône-jet-glow", c'est-à-dire la superposition d'un régime de décharges continu et d'un mode cône-jet de pulvérisation, à l'aide de moyens connus. On peut notamment citer les mesures électriques à l'aide d'un oscilloscope rapide qui permettent de vérifier que le courant est continu (absence d'impulsions), et qu'il est supérieur au courant de "cône-jet" théorique.

Par stable, nous entendons dans la présente demande un phénomène permanent (probabilité de réalisation dans le temps supérieure ou égale à 0,9, préférentiellement supérieure ou égale à 0,95, plus préférentiellement égale à 1).

Le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens permettant de polariser électriquement ledit liquide en amont ou lors de son passage à travers ledit conduit 1, notamment des moyens 2 permettant d'appliquer une tension électrique audit liquide en amont ou lors de son passage à l'intérieur dudit conduit, de manière à le polariser.

Toute tension permettant d'obtenir une PEHD stable est appropriée. Son choix est fonction de la polarisation recherchée. Avantageusement, cette tension est continue. Le dispositif selon l'invention produit alors des nébulisats dont la charge présente toujours le même signe (celui de la tension continue appliquée. Cette tension peut être positive tout comme négative, selon les applications visées. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, ladite tension est une tension continue, de préférence une tension continue positive, telle qu'une tension continue positive inférieure à 130 kV environ. L'homme du métier peut choisir une tension appropriée en fonction des propriétés propres au liquide mis en oeuvre dans le dispositif selon l'invention, notamment de ses propriétés de conductivité, viscosité, densité, tension de surface, et en fonction de propriétés propres au dispositif, notamment de la distance qui sépare ladite sortie de conduit du point masse le plus proche.

De manière avantageuse, lesdits moyens permettant d'appliquer une telle tension électrique audit liquide sont essentiellement constitués par au moins un générateur haute tension 2 pouvant être relié d'une part à la masse, et pouvant être d'autre part relié audit liquide soit de manière directe en amont ou lors de son passage à l'intérieur dudit conduit, soit de manière indirecte par l'intemiédiaire d'un matériau conducteur en contact avec ledit liquide en amont ou pendant son passage à l'intérieur dudit conduit. Ledit conduit peut en effet comprendre un matériau électriquement conducteur sur sa surface interne, ou sur une épaisseur interne, et/ou est essentiellement constitué d'un tel matériau.

Afin de limiter le courant dans ledit liquide résultant de l'application de ladite tension, le dispositif selon l'invention peut en outre, par sécurité, comprendre une résistance de protection 3 permettant de limiter le courant dans le liquide polarisé pulvérisé, notamment une résistance de protection permettant de limiter le courant de décharge dudit liquide dans le cas du passage d'un très fort courant. Une telle résistance peut avantageusement être placée entre ledit générateur haute tension et son point de liaison audit liquide.

Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit dispositif comprend en outre des moyens 5 permettant de dépolariser ledit liquide après pulvérisation, c'est-à-dire permettant de décharger les gouttelettes de liquide produites par contact sur une surface à la masse. Selon une disposition avantageuse de ce mode particulier, lesdits moyens 5 permettant de dépolariser ledit liquide après pulvérisation sont placés à une distance D, ci-après dénommée distance inter-électrode, avantageusement supérieure à la distance minimale qui permet le passage à l'arc avant l'établissement de la PEHD. De tels moyens sont toutefois optionnels : lorsque ledit dispositif est utilisé dans l'objectif de produire un nébulisat dont la polarité doit interagir avec des composants de polarité inverse, ces moyens sont sans objet.

Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, ledit dispositif comprend en outre des moyens 4 permettant, au cours de la pulvérisation dudit liquide, de collecter un courant de décharge dans le gaz entourant ledit liquide polarisé, tel que notamment un matériau conducteur présentant une ouverture de forme et de dimensions permettant le passage du liquide pulvérisé tout en collectant ledit courant d'ions gazeux créés par décharges électriques dans le gaz. De tels moyens 4 sont particulièrement appropriés lorsque ledit dispositif est utilisé dans l'objectif de produire un nébulisat dont la polarité doit interagir avec des composants de polarité inverse. Ils sont également appropriés pour s'assurer que le champ à la surface du liquide dans la zone de production reste indépendant des densités de charges + et - sous l'anneau (phénomènes de coagulation, de modulation des charges, et neutralisation).

Ces moyens 4 permettent alors d'éliminer des ions gazeux présentant la même polarité que ledit nébulisat et qui, de ce fait, pourraient parasiter l'interaction nébulisat-composants recherchée, et ainsi diminuer l'efficacité du dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention est ainsi capable de contrôler le régime de décharges sur une large plage de fonctionnement, typiquement sur des plages de tensions de l'ordre de plusieurs milliers de volts.

De tels moyens 4 de collecte d'un courant de décharge permettent notamment de collecter les ions gazeux créés par un tel courant de décharge, sans pour autant collecter les gouttelettes de liquide produites. Un tel moyen 4 particulièrement approprié est constitué par une contre-électrode, ou matériau conducteur relié à la masse, placé à une distance d de ladite sortie de conduit, et présentant une ouverture permettant le passage des gouttelettes de liquide produites tout en collectant les ions gazeux créés par une décharge. Ladite distance d peut notamment être évaluée par essai et erreur, en déplaçant ledit moyen par translation selon l'axe du nébulisat de liquide produit jusqu'à obtention d'une non-collecte des gouttelettes de liquide, et d'une collecte effective dudit courant de décharge. Un tel moyen peut notamment présenter une forme annulaire.

Le dispositif selon invention comprend en outre des moyens 6 permettant d'alimenter ledit conduit en liquide. Ledit conduit peut notamment être aliment en liquide à l'aide d'une ou plusieurs pompe(s), ou à l'aide d'un réservoir qui présente une hauteur de liquide appropriée au contrôle du débit.

Selon un autre mode avantageux de réalisation de l'invention, ledit dispositif comprend en outre des moyens 6 permettant un débit moyen de liquide de fonctionnement à l'entrée, ou à l'intérieur dudit conduit d'une valeur, en m³.s^-1, qui est comprise dans une plage présentant un écart d'un facteur de 10 environ entre sa borne haute et sa borne basse, ladite plage comprenant, de préférence de manière centrale, une valeur pouvant répondre à la formule suivante $$\mathrm{A}\left[(4/3)\mathrm{\pi }{\mathrm{r}}^3\right]/{\mathrm{\tau }}_{\mathrm{q}},$$

• A étant une constante différente de 0 et de 1, comprise entre 0,1 et 10 environ et de préférence égale à 0,5 environ,
• r le rayon de gouttes désiré exprimé en m, et
• τ_q la constante de relaxation électrique dudit liquide exprimée en s.

Pour des liquides dont la tension de surface est inférieure ou égale à 0,055 N/m, c'est-à-dire en l'absence de problème de décharge, il est connu de l'homme du métier que le mode "cône-jet" peut être réalisé en choisissant un débit moyen de fonctionnement égal à [(4/3) π r³] / τ_q, r étant le rayon de goutte désiré (en m), et τ_q la constante de relaxation électrique (en s). Il est ici rappelé que : τ_q = [ε₀ ε_r] /λ = [8,92.10^-12 ε_r ] /λ, λ étant la conductivité du liquide en s/m, ε₀ la permittivité du vide, ε_r la permittivité relative du matériau (ε_r = le rapport entre permittivité absolue du matériau et permittivité du vide).

Pour les liquides dont la tension de surface est supérieure à 0,055 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m, les inventeurs ont pu établir que le débit moyen de fonctionnement approprié, pour des liquides à tension de surface inférieure ou égale à 0,055 N/m à température ambiante comme indiqué ci-dessus, doit être corrigé d'un facteur constant A, différent de 0 et de 1, compris entre 0,1 et 10 environ et préférentiellement égal à 1/2, afin d'éviter un régime impulsionnel de décharges déstabilisateur du nébulisat.

Le dispositif selon l'invention peut donc en outre comprendre des moyens 6 d'alimentation en liquide permettant un débit moyen de liquide de fonctionnement à l'entrée dudit conduit dont la valeur en m³.s^-1 répond à la formule suivante : $$\mathrm{A}\left[(4/3)\mathrm{\pi }{\mathrm{r}}^3\right]/{\mathrm{\tau }}_{\mathrm{q}},$$

• A étant une constante différente de 0 et de 1, comprise entre 0,1 et 10 environ et de préférence égale à 0,5 environ,
• r le rayon de gouttes désiré exprimé en m, et
• τ_q la constante de relaxation électrique dudit liquide exprimée en s.

Selon un autre aspect de l'invention, ledit dispositif comprend en outre des moyens permettant une mesure de la granulométrie de la dispersion produite par la pulvérisation dudit liquide polarisé, et notamment un système de type LDA (Laser Doppler Anemometry), et/ou des moyens pour la mesure du courant électrique porté par la dispersion produite par la pulvérisation dudit liquide polarisé, et notamment un oscilloscope. De tels moyens permettent notamment de suivre l'évolution de la granulométrie des gouttelettes produites et/ou l'évolution dudit courant au cours de la pulvérisation dudit liquide.

Selon un aspect avantageux de l'invention, ledit liquide est essentiellement une solution (solvant et soluté(s) neutre(s) ou ionique(s), organique(s) ou minéral(aux)), ou un mélange de solutions choisie(s) parmi le groupe constitué par de l'eau, de l'eau ultrapure, de l'eau distillée, de l'eau comprenant des sels conducteurs, un solvant organique additionné de molécule(s) tensioactive(s), de l'éthanol additionné de molécule(s) tensioactive(s), de l'acétone additionnée de molécule(s) tertsioactive(s), de l'éthylèneglycol additionné de molécule(s) tensioactive(s).

Le dispositif selon l'invention présente de nombreuses applications d'intérêt. Elles englobent l'ensemble des applications connues des dispositifs de PEHD en général, telles que le revêtement ou dépôt de surface, auxquelles s'ajoutent de nouvelles applications maintenant réalisables à l'aide du dispositif selon l'invention du fait de sa capacité à pulvériser, dans l'air et à pression atmosphérique, un liquide dont la tension de surface est supérieure à 0,055 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m, sans engendrer un régime impulsionnel de décharges. On peut notamment citer des applications dans le domaine du lavage électrique des particules, et dans le domaine biologique.

Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, ledit dispositif est appliqué à la collecte de particules, et notamment de particules polluantes, présentes dans un aérosol (dépoussiérage). Ceci s'applique à tout effluent à l'état d'aérosol ou à tout effluent qui peut être transformé en aérosol. Une telle collecte s'opère par coagulation électrique desdites particules à éliminer auxdites gouttelettes de liquide produites par le dispositif selon l'invention; pour qu'une telle coagulation soit opérante, ledit dispositif est alors appliqué à la production de gouttelettes de liquide de polarité inverse à la polarité (naturelle ou induite) desdites particules à éliminer.

Le dispositif selon l'invention est donc, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, disposé sur une veine d'effluent industriel à dépoussiérer, dans laquelle il peut produire un nébulisat de polarisation inverse de celle des particules de l'effluent aérosol à partir de liquide(s) à tension de surface supérieure à 0,055 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m, tels que l'eau. De manière particulièrement avantageuse, on dispose une pluralité de dispositifs selon l'invention sur une telle veine d'effluents.

Par rapport aux dispositifs de l'art antérieur pour la collection des aérosols tels que notamment lit fluidisé et laveur humide, le dispositif selon l'invention présente notamment l'avantage de produire des gouttelettes de liquide chargées de tailles plus fines et, dans le cas d'une application de collecte de particules polluantes dans un aérosol, de limiter le volume d'eaux usées résultant. Le dispositif selon l'invention présente en outre les avantages d'augmenter la surface de collecte par unité de volume de liquide collecteur (augmentation des forces électrostatiques inter-particulaires, gouttelettes collectrices de taille moyenne plus fine), d'éviter le problème de réduction de l'efficacité des systèmes de précipitation électrostatique lié à l'accumulation sur les électrodes collectrices des poussières isolantes, de ne pas requérir de système de pressurisation ou de système mécanique et ainsi d'éviter les problèmes de perte de charge d'un système de filtration en sortie du procédé (la collecte inertielle est possible avec le dispositif selon l'invention).

Le dispositif selon l'invention présente de plus, de manière générale, les avantages de réduction des coûts d'installation, des coûts énergétiques, des coûts de traitement des eaux usées (du fait des faibles débits d'eaux usées produits par le dispositif selon l'invention, du litre au mètre cube par heure). Il présente également l'avantage de la fiabilité : la percolation des gouttelettes collectrices sur les parois utilisées pour la collecte inertielle permet d'éviter l'accumulation des produits collectés sur les électrodes, telle qu'observée en utilisant lesdits dispositifs de l'art antérieur. Le dispositif selon l'invention pennet de manière particulièrement avantageuse de travailler en continu.

Selon un mode particulièrement, préféré de réalisation de l'invention, ledit dispositif est donc appliqué à la collecte par inertie, suite à la coagulation électrique sur des gouttelettes plus grosses, de particules dont la taille initiale est inférieure ou égale au micron, et notamment de particules polluantes d'une telle taille, présentes dans un aérosol, ou dans un effluent transformable en aérosol.

De telles particules, du fait de leurs faibles tailles, ne pouvaient jusqu'alors être efficacement éliminées d'un aérosol par collecte inertielle après leur coagulation aux gouttelettes collectrices. Le dispositif selon l'invention, en permettant le contrôle de la (ou des) taille(s) de gouttelettes chargées produites, permet de produire des gouttelettes chargées dont la (les) taille(s) est (sont) optimale(s) pour provoquer, après coagulation auxdites particules à éliminer, leur chute par simple inertie de manière contrôlée et efficace. Avec le dispositif selon l'invention, il n'est pas nécessaire d'utiliser, pour ladite collecte, de systèmes de filtration. Les pertes de charges liées à l'utilisation de tels systèmes de filtration sont ainsi évitées. Le dispositif selon l'invention permet également de contrôler le volume d'eau nécessaire à cette croissance, et ainsi le volume d'eau usée à traiter.

Un moyen pour faire varier la (les) taille(s) de gouttelettes produite(s) par le dispositif selon l'invention consiste notamment à faire varier le débit de liquide, c'est-à-dire à faire varier le débit mécanique de liquide en faisant varier la vitesse d'alimentation en liquide à l'entrée, ou à l'intérieur, dudit conduit, et/ou à faire varier celles des propriétés propres audit liquide qui influencent son débit, notamment ses propriétés de conductivité (que cela soit en modifiant les propriétés d'un seul et même liquide de base, ou en utilisant différents liquides de propriétés déterminées).

Ledit effluent ou aérosol peut notamment être issu d'une usine d'incinération, d'une industrie chimique, métallurgique, d'une industrie du verre, d'une chaudière ou d'une centrale thermique, d'un tunnel routier, d'un véhicule, notamment d'un véhicule diesel.

La présente demande a également pour objet un procédé de PEHD caractérisé en ce qu'il met en oeuvre au moins un dispositif selon l'invention. Elle vise également un procédé de dépollution d'effluents aérosols, tel que décrit dans la revendication 10.

Les caractéristiques et avantages de la présente invention sont illustrées par les exemples suivants donnés à titre non limitatif. Dans ces exemples, il est fait référence aux figures 1 à 6 :

• la figure 1 représente un mode de réalisation du dispositif de PEHD selon l'invention,
• la figure 2 représente une abaque (diamètre de capillaire en m en fonction du temps de relaxation électrique en s) sur laquelle peut être lue des valeurs de diamètres extérieurs de conduit appropriées à la réalisation d'une PEHD dans l'air, à pression atmosphérique, et sans régime impulsionnel de décharges, pour des liquides à tension de surface supérieure à 0,055 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m (droite pointillée : valeurs limites de diamètres extérieurs de conduit pour un liquide de forte viscosité, droite continue : valeurs limites de diamètres extérieurs de conduit pour un liquide de faible viscosité),
• les figures 3 et 4 représentent, en fonction du diamètre intérieur (axe des ordonnées, en mm) et du diamètre extérieur (axe des abscisses, en mm) de conduits testés, l'obtention d'une probabilité égale à 1 (signe +), ou inférieure à 1 (signe -), pour la PEHD, sans régime impulsionnel de décharges, d'un liquide de conductivité 100 µS/m (figure 3) ou 1000 µS/m (figure 4) et à tension de surface supérieure à 0,055 N/m, et notamment à 0,065 N/m : sur ces figures 3 et 4, est portée la droite D_ext =1,5697 D_int qui trace une limite de fonctionnement du capillaire 1 selon une disposition de l'invention (présence d'un support métallique soutenant ledit conduit ou capillaire, et perpendiculaire à ce conduit ou capillaire). Une droite (droite verticale D_max) marque la borne supérieure de diamètres extérieurs appropriés.
• les figures 5 et 6 représentent, comme les figures 3 et 4, l'obtention d'une probabilité égale à 1 (signe +), ou inférieure à 1 (signe -), pour la PEHD, sans régime impulsionnel de décharges (en mode "cône-jet-glow"), d'un liquide de conductivité 100 µS/m (figure 5) ou 1000 µS/m (figure 6) et à tension de surface supérieure à 0,055 N/m : et notamment à 0,065 N/m : sur ces figures 5 et 6, est portée la droite D_ext = 1,445 D_int qui trace une limite de fonctionnement du capillaire 1 selon une autre disposition de l'invention (absence de support métallique perpendiculaire audit conduit ou capillaire). Une droite (droite verticale D_max ) marque la borne supérieure de diamètres extérieurs appropriés.

On monte un dispositif de PEHD comme présenté en figure 1. Ce dispositif de PEHD comprend notamment :

• un conduit distributeur de liquide, en matériau conducteur, ou capillaire, 1,
• un générateur 2 à Haute Tension continue positive (HT DC 0-30 kV positive),
• une résistance de protection 3 (R = 10⁶ Ohm),
• un moyen 4 de collecte du courant de décharge dans le gaz entourant le liquide, sous forme d'un anneau conducteur relié à la masse,
• une contre-électrode 5 reliée à la masse permettant de collecter la charge des gouttelettes de liquide pulvérisées, et
• une pompe d'alimentation en liquide 6.

L'anneau 4 est placé à une distance d du capillaire 1 égale à 2 à 4 cm, de manière à collecter les ions gazeux créés par les décharges dans le gaz entourant le liquide, tout en laissant passer le nébulisat de gouttelettes chargées. Une contre-électrode 5 (optionnelle) est placée à une distance D du capillaire 1 de manière à collecter les charges de gouttelettes du nébulisat. Si on cherche à produire un aérosol de gouttelettes chargées en suspension dans un gaz, seul le capillaire 1 et l'anneau 4 sont indispensables.

Le dispositif de PEHD comprend également, comme illustré en figure 1, des moyens d'analyses et de mesures, à savoir :

• un système Laser Doppler Anemometry (LDA) 7 permettant, à l'aide de rayons laser 9, de mesurer la granulométrie des gouttelettes chargées produites par le dispositif selon l'invention, et
• un oscilloscope (Oscillo 200 Mhz) 8 permettant de mesurer le courant électrique porté par le nébulisat produit.

La tension appliquée au liquide, par l'intermédiaire du capillaire conducteur 1, est par exemple comprise entre +1 kV et +30 kV environ pour des distances interélectrodes de l'ordre de 1 à 10 cm environ. Une tension positive est appliquée de manière préférentielle car le champ seuil d'une décharge négative est inférieur au champ seuil d'une décharge positive, ce qui permet d'élargir la gamme des tensions applicables au liquide dans le cas des PEHD positives.

Le capillaire 1 est constitué par une aiguille de seringtie. Différents diamètres extérieurs (D_ext) et intérieurs (D_int) de capillaire 1 ont été testés.

La figure 2 représente une abaque permettant de lire la valeur maximale de diamètre extérieur approprié : en fonction du temps de relaxation électrique en s (axe des abscisses) du liquide considéré, on lit la valeur maximale de diamètre extérieur de capillaire en m (axe des ordonnées) sur la droite continue s'il s'agit d'un liquide à faible viscosité, sur la droite pointillée s'il s'agit d'un liquide à forte viscosité. Les termes "faible" et "forte" viscosité sont entendus conformément aux notions communément admises par l'homme du métier. Typiquement, à faible viscosité, on entend une viscosité d'environ 1mPa.s, tandis que par forte viscosité, on entend une viscosité supérieure d'environ deux ordres de grandeur (soit de l'ordre de 100 mPa.s environ). Sur cette figure 2, la droite pointillée (liquides à forte viscosité) répond à l'équation : $${\log }_{10}\mathrm{\hspace{1em}}\left(\mathrm{diamètre\hspace{1em}de\hspace{1em}capillaire\hspace{1em}en\hspace{1em}m}\right)=0,37793\times {\log }_{10}\mathrm{\hspace{1em}}\left(\mathrm{temps\hspace{1em}de\hspace{1em}relaxation\hspace{1em}électrique\hspace{1em}en\hspace{1em}s}\right)+0,34674.$$

La droite continue (liquides à faible viscosité) répond à l'équation : log₁₀ (diamètre de capillaire en m) = 0,37747 x log₁₀ (temps de relaxation électrique en s)+ 0,43141.

Une valeur de diamètre extérieur appropriée à la PEHD stable (absence de régime impulsionnel de décharges) dans l'air à pression atmosphérique, d'un liquide à forte tension de surface (supérieure à 0,055 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m) est choisie inférieure à la valeur limite lue sur la figure 2.

Dans les essais ici rapportés, les valeurs de diamètres extérieurs du capillaire 1 vont de 0,324 à 1,8 mm. Les résultats du présent exemple ont été obtenus avec des capillaires placés sur un support conducteur disposé perpendiculairement à l'axe du capillaire.

Différentes valeurs de diamètres intérieurs de capillaire 1 sont testées pour chaque valeur de diamètre extérieur ; et chaque couple (diamètre extérieur - diamètre intérieur) est testé avec différents liquides à tension de surface supérieure à 0,055 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m à température ambiante (liquides allant de l'eau ultrapure (conductivité 10 µS/m ; τ_q 70 µs) à l'eau dopée en sels conducteurs (conductivité 1 000 µS/m ; τ_q 7.10^-7 s)).

On place l'ensemble du dispositif selon l'invention à l'air et à la pression atmosphérique, on applique une tension continue positive comprise entre +1 et +30 kV, et on alimente ledit dispositif en liquide. Les systèmes LDA 7 et oscilloscope 8 permettent d'observer l'obtention d'une PEHD stable ou instable (absence ou présence de régime impulsionnel de décharges). On calcule alors la probabilité d'obtenir pour l'ensemble des liquides testés, une PEHD stable pour chaque couple D_ext/D_int testé.

Sur le tableau 1 ci-dessous sont rapportés des résultats ainsi obtenus avec un liquide dont la conductivité est de 100 µS/m : Diamètre extérieur de capillaire D_ext (mm) Diamètre intérieur de capillaire D_int D_ext/ D_int Probabilité d'une PEHD en mode cône-jet-glow stable (Pcjm) 1,800 0,200 9,000 = 1 1,800 0,400 4,500 = 1 1,800 0,600 3,000 = 1 1,800 1,300 1,380 < 1 1,800 1,600 1,130 < 1 0,900 0,600 1,500 < 1 1,100 0,700 1,570 = 1 3,000 2,000 1,500 < 1 1,000 0,600 1,666 = 1 1,200 0,700 1,780 = 1 2,000 1,520 1,316 < 1 0,324 0,122 2,667 = 1 0,525 0,300 1,750 = 1 0,657 0,375 1,750 = 1 0,518 0,296 1,750 = 1 0,643 0,367 1,750 = 1 0,740 0,471 1,570 = 1 0,800 0,554 1,445 < 1

Sur la figure 3, sont reportés, pour différents couples de valeurs (diamètre intérieur du capillaire 1 ; diamètre extérieur du capillaire 1), ces résultats de PEHD obtenus avec un liquide dont la conductivité est de 100 µS/m : le symbole + indique l'obtention d'une PEHD stable (absence de régime impulsionnel de décharges), c'est-à-dire l'obtention d'un mode "cône-jet-glow" stable avec une probabilité égale à 1 ; le symbole - indique l'obtention d'une PEHD instable (présence d'un régime impulsionnel de décharges), c'est-à-dire l'obtention d'un mode instable ("cône-jet-glow" non permanent), et donc avec une probabilité inférieure à 1.

Sur le tableau 2 ci-dessous sont rapportés des résultats ainsi obtenus avec un liquide dont la conductivité est de 1000 µS/m : Diamètre extérieur de capillaire D_ext (mm) Diamètre intérieur de capillaire D_int D_ext / D_int Probabilité d'une PEHD en mode cône-jet-glow stable (Pcjm) 0,900 0,600 1,500 < 1 0,324 0,122 2,667 = 1 0,525 0,300 1,750 = 1 0,657 0,375 1,750 = 1 0,518 0,296 1,750 = 1 0,643 0,367 1,750 = 1 0,740 0,471 1,570 = 1 0,800 0,554 1,445 < 1 1,800 0,200 9,000 < 1 1,800 0,400 4,500 < 1 1,800 0,600 3,000 < 1 1,800 1,000 1,800 < 1 1,800 1,300 1,380 < 1 1,800 1,600 1,130 < 1 1,100 0,700 1,570 = 1 3,000 2,000 1,500 < 1 2,000 1,520 1,316 < 1

Sur la figure 4, sont reportés, pour différents couples de valeurs (diamètre intérieur du capillaire 1 ; diamètre extérieur du capillaire 1), ces résultats de PEHD obtenus avec un liquide dont la conductivité est de 1000 µS/m: le symbole + indique l'obtention d'une PEHD stable (absence de régime impulsionnel de décharges), c'est-à-dire l'obtention d'un mode "cône-jet-glow" stable avec une probabilité égale à 1 ; le symbole - indique l'obtention d'une PEHD instable (présence d'un régime impulsionnel de décharges), c'est-à-dire l'obtention d'un mode "cône-jet-glow" stable avec une probabilité inférieure à 1.

Les tableaux 1 et 2 ci-dessus, ainsi que les figures 3 et 4 mettent en évidence que, si les valeurs de D_ext et D_int répondent à une relation appropriée, une PEHD sans régime impulsionnel de décharges peut être obtenue, dans l'air et à pression atmosphérique, pour un liquide à tension de surface supérieure à 0,055 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m, avec une probabilité égale à 1. Par exemple, pour des D_ext allant jusqu'à une valeur égale à (D_ext maximal)/3 environ, une relation appropriée peut être calculée et lue sur la figure 3 (liquide de conductivité de 100 µS/m) et la figure 4 (liquide de conductivité de 1000 µS/m) comme étant : rapport $\frac{{\mathrm{D}}_{\mathrm{ext}}}{{\mathrm{D}}_{\mathrm{int}}}$ du capillaire 1 supérieur à 1,5697 environ. On procède de même sur les plages de D_ext restantes (jusqu'à D_ext maximal).

Les tableaux 3 et 4 ci-dessous présentent, pour chaque diamètre extérieur D_ext de capillaire 1 présenté dans le tableau 1 (liquide de conductivité 100 µS/m) et respectivement 2 (liquide de conductivité 1000 µS/m), la valeur maximale de diamètre intérieur D_int de capillaire 1 qui peut être ainsi utilisée, conformément à l'invention, afin d'obtenir une PEHD sans régime impulsionnel de décharges dans l'air et à pression atmosphérique pour un liquide à tension de surface supérieure à 0,055 N/m, et de manière remarquable supérieure à 0,065 N/m, (Relation D_ext = 1,5697 D_int pour des valeurs de D_ext intérieures à $\frac{1}{3}$ de D_ext maximal environ). (liquide de conductivité 100 µS/m) Diamètre extérieur de capillaire D_ext (mm) D_int maximum calculé (mm) 1,800 1,154 0,900 0,577 1,100 0,705 3,000 1,923 1,000 0,641 1,200 0,769 2,000 1,282 0,324 0,208 0,525 0,337 0,657 0,421 0,518 0,332 0,643 0,412 0,740 0,474 0,800 0,513 (liquide de conductivité 1000 µS/m) Diamètre extérieur de capillaire D_ext (mm) D_int maximum calculé (mm) 0,900 0,573 0,324 0,206 0,525 0,334 0,657 0,418 0,518 0,330 0,643 0,410 0,740 0,471 0,800 0,510 1,800 1,147 1,100 0,701 3,000 1,911 2,000 1,274

Des expériences ont été réalisées de manière comparable à celles décrites en exemple 1 ci-dessus, mais en l'absence de support conducteur soutenant ledit conduit ou capillaire 1.
Les résultats obtenus sont reportés dans les tableaux 5 (liquide de conductivité 100 µS/m) et 6 (liquide de conductivité 1000 µS/m) ci-dessous. Diamètres de buses pour la Pulvérisation Electro-HydroDynamique d'eau en mode cône-jet-glow stable (Pcjm-glow=1) ou instable (Pcjm-glow < 1) pour de l'eau à une conductivité de 100 µS/m : Dext (mm) Dint (mm) Pcjm-glow = 1 Dint (mm) Pcjm-glow < 1 Dint max calculé (mm) Dext = 1,445 Dint Dext/Dint 1,800 0,200 1,154 9,000 1,800 0,400 1,154 4,500 1,800 0,600 1,154 3,000 1,800 1,600 1,154 1,130 0,900 0,600 0,577 1,500 1,100 0,700 0,705 1,570 3,000 2,000 1,923 1,500 1,000 0,600 0,641 1,666 1,200 0,700 0,769 1,780 2,000 1,520 1,282 1,316 0,324 0,122 0,208 2,667 0,525 0,300 0,337 1,750 0,657 0,375 0,421 1,750 0,518 0,296 0,332 1,750 0,643 0,367 0,412 1,750 0,740 0,471 0,474 1,570 0,800 0,554 0,513 1,445 Diamètres de buses pour la Pulvérisation Electro-HydroDynamique d'eau en mode cône-jet-glow stable (Pcjm-glow=1) ou instable (Pcjm-glow < 1) pour de l'eau à une conductivité de 1000 µS/m : Dext (mm) Dint (mm) Pcjm-glow = 1 Dint (mm) Pcjm-glow < 1 Dint max calculé (mm) Dext = 1,445 Dint Dext/Dint 0,900 0,600 0,573 1,500 1,000 0,600 0,637 1,666 0,324 0,122 0,206 2,667 0,525 0,300 0,334 1,750 0,657 0,375 0,418 1,750 0,518 0,296 0,330 1,750 0,643 0,367 0,410 1,750 0,740 0,471 0,471 1,570 0,800 0,554 0,510 1,445 1,800 0,200 1,147 9,000 1,800 0,400 1,147 4,500 1,800 0,600 1,147 3,000 1,800 1,000 1,147 1,800 1,800 1,300 1,147 1,380 1,800 1.600 1,147 1,130 1,100 0.700 0,701 1,570 3,000 2.000 1,911 1,500 1,200 0.700 0,764 1,780 2,000 1.520 1,274 1,316

Ces résultats sont illustrés respectivement par les figures 5 et 6. La figure 5 illustre les résultats reportés sur le tableau 5 (liquide de conductivité 100 µS/m ; τ_q = 7,143136.10^-6 ; liquide faible viscosité : le signe + symbolise une probabilité de PEHD stable en mode "cône-jet-glow" égale à 1 (instabilité dans le temps du mode "cône-jet-glow"), le signe - une probabilité inférieure à 1, la droite de valeurs limites de fonctionnement obtenue répond à l'équation D_ext = 1,445 D_int avec D_ext maximal = 4,22 mm). La figure 6 utilise le même symbolisme que la figure 5, et illustre les résultats issus du tableau 6 (liquide de conductivité 1000 µS/m, τ_q = 7,143136.10^-7 ; liquide faible viscosité) : la droite de valeurs limites de fonctionnement répond à l'équation D_ext = 1.445 D_int mais avec D_ext maximal = 1,77 mm.