Optimisation du positionnement des diffuseurs pour une salle blanche

Contexte

Les salles blanches sont utilisées dans de nombreux secteurs d’activité, dont l’industrie pharmaceutique, l’industrie agroalimentaire ou l’industrie automobile.

La conception de salle blanche implique le contrôle strict et le maintien de la température, de l’hygrométrie ou encore du taux de particules à un niveau donné. De nombreuses contraintes rendent cette conception ardue :

• les vitesses peuvent être limitées localement pour la manipulation de produits volatils,
• des équipements dégageant une quantité de chaleur importante peuvent être présents,
• l’hygrométrie des différents soufflages peut être différente…

Il peut aussi être nécessaire de maintenir certains équipements ou certains locaux en surpression, pour éviter l’entrée de contaminants, ou en dépression, pour éviter la fuite de particules potentiellement dangereuses.

L’enjeu de la conception de salle blanche réside donc dans la maîtrise de tous les phénomènes aérauliques à l’œuvre, aux différentes échelles et dans les différentes zones du local étudié.

Objectif

Le principal enjeu est de garantir une concentration minimale de particules à l’intérieur de ces salles blanches. Le seuil règlementaire de concentration, exprimé en particules par mètre cube, varie pour chaque diamètre de particule et dépend de la classification de la salle blanche (de ISO 1 à ISO 9).

L’objectif de la simulation CFD est de caractériser la circulation de l’air dans la salle, d’identifier les zones de stagnation favorables à l’accumulation d’air vicié, ainsi que les zones de survitesse et ou celles présentant un risque rétro-contamination entre les postes de travail et les opérateurs, ou encore de contrôler la température et l’hygrométrie maximales de la salle.

Simulation et résultats

Pour analyser les écoulements d’air dans une salle blanche, OptiFluides réalise une étude aéraulique à l’aide de logiciels 3D tels que OpenFoam ou ANSYS Fluent. Pour vous donner la meilleure vision possible du flux d’air, nous calculons :

1. Les vitesses d’air,
2. Les temps de résidence de l’air,
3. Le champ de pression dans le local,
4. Le champ de température,
5. L’hygrométrie,
6. La trajectoire des particules de polluants potentiellement relâchées dans le local.

Les zones de recirculation locale de l’air, ou les zones où la température, la vitesse ou l’humidité sont trop élevées ou trop basses, sont mises en évidence. À la fin de cette première modélisation, nous formulons les axes d’amélioration que nous avons identifiés.

Des calculs complémentaires permettent alors d’optimiser l’emplacement des extractions et des admissions d’air, de corriger la température pour améliorer le confort thermique, ou de modifier l’agencement de la zone à atmosphère contrôlée.

Différentes approches sont possibles :

1. Modélisation d’une nouvelle configuration, avec des modifications basées sur les résultats initiaux,
2. Mise en œuvre d’une méthode d’optimisation basée sur une fonction objectif et un ensemble de contrainte à vérifier (par exemple : minimisation du temps de séjour maximal avec vitesse d’air maximale inférieure à 0.45 m/s, taux de renouvellement de 30 vol/h).

La vidéo ci-dessous montre quelques exemples de résultats obtenus grâce à la simulation CFD d’une salle blanche :