Comment fonctionnent les filtres HEPA ?

"HEPA" est un acronyme qui signifie "filtre à air particulaire à haute efficacité". Ce type de filtre est considéré comme la référence en matière de filtration de l'air dans le monde de la purification de l'air. De nombreux consommateurs recherchent la certification HEPA lorsqu'ils achètent un purificateur d'air, car c’est une garantie d’efficacité, notamment vis-à-vis de l'élimination des particules fines de leur air intérieur. Qu'est-ce qu’un filtre HEPA exactement ? A quoi correspond la norme HEPA ? Comment est-ce que ça marche ? Lisez la suite pour en savoir plus.

Les filtres HEPA H13 - qu'est-ce que c'est ?

Selon la définition du NIOSH (United States National Institute for Occupational Safety and Health), un filtre certifié HEPA élimine 99,97 % des particules d'une taille supérieure ou égale à un diamètre de 0,3 µm¹. Un filtre ne reçoit la certification HEPA que s'il atteint ces performances en un seul passage. HEPA est une certification européenne encadrée par les normes européennes EN 1822 et EN ISO 29463.

Un test « DOP » (Dispersed Oil Particulate) doit être réussi pour qu'un filtre obtienne la certification HEPA. Cette technique utilise la diffusion de particules d’huile (de 0,3µm) afin d'évaluer le taux de filtration de l’appareil testé. Si l’appareil passe le test, il peut être classé parmi cinq classes de filtres HEPA, en fonction de son taux d'efficacité :

• H10
• Taux de filtration : 85%
• Laisse passer 15 000 particules de 0,1 micron par litre d'air
• H11
• Taux de filtration : 95%
• Laisse passer 10 000 particules de 0,1 micron par litre d'air
• H12
• Taux de filtration : 99,5 %
• Laisse passer 500 particules de 0,1 micron par litre d'air
• H13 (niveau de certification des produits Eoleaf)
• Taux de filtration : 99,95 %
• Laisse passer 50 particules de 0,1 micron par litre d'air
• H14
• Taux de filtration : 99,995 %
• Laisse passer 5 particules de 0,1 micron par litre d'air

Les filtres des produits Eoleaf sont tous des filtres certifiés HEPA H13. Bien qu'il existe des filtres un peu plus performants comme les filtres HEPA H14 (qui représente seulement une augmentation de 0,05% d'efficacité) ou les filtres ULPA, ces filtres ralentissent considérablement le flux d'air purifié et rendent plus difficile l'aspiration rapide et efficace des gouttelettes et des aérosols. Ils ne sont utilisés que dans l’environnement hospitalier (salle opératoire par exemple) car le léger gain d’efficacité se fait au prix d’un traitement de l’air bien plus lent, du fait du ralentissement du débit d’air, ce qui les rend généralement contre-productifs.

Les filtres HEPA sont utilisés depuis des décennies dans toutes sortes d’environnement médicaux tels que les laboratoires, les salles d'opération et les salles blanches. De nos jours, ils se sont fait une plus grande place dans notre quotidien : certains aspirateurs et certaines voitures les utilisent.

Différences entre les filtres certifiés HEPA et les filtres de type « HEPA »

Acheteurs, faites attention ! Il est de plus en plus courant de voir l'acronyme HEPA sur les emballages des produits de purification de l'air qui ne sont pas certifiés HEPA ou sur internet. Vous trouverez des formulations alambiquées tel que « type HEPA » ou similaire. Malheureusement, ces produits sont conçus pour attirer les clients et les faire croire que ces filtres ont les mêmes capacités que les vrais filtres HEPA. Pire : ces appareils ne sont pas certifiés par un organisme indépendant, ce qui rend leurs efficacité suspecte ou, au mieux, invérifiables.

Bien qu’ils ne répondent pas à la norme européenne EN 1822, les filtres « de type HEPA » sont généralement capable de filtrer 99 % des particules d'une taille supérieure ou égale à un diamètre de 0,2 µm. Bien que cela puisse sembler impressionnant à première vue, il est important de garder à l'esprit que les filtres certifiés HEPA filtrent des particules beaucoup plus petites et qui sont très néfastes pour la santé (particules ultrafines et nanoparticules). Ils sont capables de filtrer des particules jusqu’à 0,01 µm.

Le mythe de la barrière des 0,3 μm

Vous trouverez de nombreux articles et blogs sur internet qui affirment incorrectement que les filtres HEPA ne sont pas capables de filtrer des particules inférieures à 0,3 microns (μm). Cette affirmation vient d'une erreur de compréhension fondamentale sur le fonctionnement des filtres HEPA. Il est très regrettable que cette mésinformation se soit propagée sur internet, par manque de recherche. Enterrons ce mythe une bonne fois pour toute.

La cote MERV (valeurs minimales d'efficacité rapportées) est une mesure de la capacité d'un filtre à capturer des particules de taille située entre 0,3 et 10 µm. Comme le montre le tableau ci-dessous, plus la cote MERV est élevée, plus le filtre est efficace pour piéger ce type spécifique de particules. Il se trouve que la norme européenne HEPA utilise des particules de 0,3 μm comme référence pour mesurer leur efficacité car ce sont les plus difficiles à filtrer (appelées MPPS, soit la taille de particule la plus pénétrante)². Bien que cela puisse sembler contre-intuitif, les particules de 0,3 μm sont en fait plus difficiles à filtrer que des particules de taille plus petite. L’explication est simple (plus d’informations à ce sujet ci-dessous dans le paragraphe "Comment fonctionne un filtre HEPA ?) : ces particules sont suffisamment petites pour passer à travers les mailles de la plupart des filtres, mais assez grosses pour traverser le filtre avec une grande vitesse (qui est proportionnelle à la masse). Une combinaison parfaite qui les rend particulièrement difficiles à filtrer. Pour information, 0,3 microns est environ 300 fois plus petit que le diamètre d'un seul cheveu humain.

En résumé, le standard européen EN 1822 se base avec raison dans ses test sur la taille de 0,3 μm non pas parce que c’est la taille minimale de filtration, mais parce que c’est la taille la plus difficile à filtrer. Ainsi, ce standard est assuré de tester et certifier l’efficacité minimale, en se basant sur le pire scénario possible.

Source ³

Une étude réalisée par la NASA en 2016 a démontré que les filtres HEPA sont très efficaces pour la capture de particules de toutes tailles. Ils capturent un pourcentage élevé de nanoparticules ainsi que des particules de moins de 0,3 μm jusqu'à une taille de 0,01 μm⁴.

Enfin, comme mentionné, les filtres certifiés HEPA ont été testés par des organismes indépendants afin de garantir leur efficacité. C’est très rarement le cas pour les filtres de “type HEPA".

Quels types de pollution les filtres HEPA capturent-ils ?

Les filtres HEPA sont reconnus pour leur capacité à capter une grande variété de polluants atmosphériques, notamment la pollution particulaire et biologique. Ces filtres sont capables de filtrer avec une haute efficacité toutes les particules fines (jusqu'à PM0.01), les germes (bactéries, virus, moisissures et spores) et les allergènes (pollen, acariens).

Une multitude d'études ont été réalisées sur l'efficacité des filtres HEPA. Parmi celles-ci, une étude a montré qu'en présence de bougies allumées et d'encens, deux sources de particules fines (également appelées PM ou pollution aux particules fines), l'utilisation d'un filtre HEPA réduit considérablement la concentration de PM. L'étude recommande l'utilisation de la filtration HEPA pour conjurer les effets négatifs sur la santé causés par les PM (comme les maladies respiratoires, les maladies cardiovasculaires et plusieurs types de cancer), en particulier les PM2.5⁵.

Une autre étude souligne les avantages de l'élimination des allergènes et de la pollution par les particules fines de l'air intérieur comme moyen de réduire les symptômes de maladies chroniques liées à la pollution de l'air, en particulier l'asthme et les maladies cardiovasculaires. L'étude va encore plus loin en suggérant que l'utilisation d'un purificateur d'air avec un filtre HEPA peut empêcher la progression de la maladie dans tous les groupes d'âge⁶.

Enfin, on citera l’étude financée par la région Auvergne-Rhône-Alpes pendant la pandémie du COVID et qui a validé l’efficacité des purificateurs d’air utilisant un filtre HEPA à éliminer le COVID de l’air avec une efficacité de 99,9%⁷.

Limites du filtre HEPA

Bien qu'ils soient une référence et constituent un excellent moyen de piéger une grande variété de particules fines, les filtres HEPA ne sont pas des filtres tout-en-un. Ils sont par exemple incapables d'éliminer les composés organiques volatils (COV) car ils ont tendance à rebondir sur les fibres du filtre. Ils sont également incapables d'éliminer l'ozone troposphérique de l'air car l'ozone est une molécule très petite et simple qui ne colle pas aux fibres HEPA. Enfin, s’ils capturent les germes, ils ne sont pas capables de les tuer (pas d’action stérilisante). C’est pourquoi il est important d’acheter un appareil qui combine une variété de technologies de filtration, dont un filtre HEPA.

Chez Eoleaf, nos filtres contiennent 8 technologies de purification différentes. Nous utilisons une technologie innovante multicouche, conçue pour que chaque couche compense les faiblesses de la couche précédente, assurant ainsi un très large spectre d’action sur toutes les formes de pollution. Nous utilisons notamment plusieurs technologies qui combattent les COV et l'ozone (en particulier nos filtres à charbon actif et photocatalyse) ainsi que les germes (stérilisation UVC).

Comment fonctionne un filtre HEPA ?

Les filtres HEPA sont faits de différentes fibres naturelles entremêlées, ils ont une composition similaire aux masques FFP2. Les masques FFP2 filtrent 94% des aérosols, ainsi que les particules d'un diamètre moyen de 0,6 μm (avec une variation de 0,1 à 1 μm). Les filtres HEPA H13 offrent donc une bien meilleure filtration qu'un masque FFP2.

Les filtres HEPA peuvent intercepter les particules grâce à quatre mécanismes de filtration différents :

1. Impaction inertielle
• Les fibres du filtre captent les particules et gouttelettes suffisamment grosses, particulièrement celles supérieures à 1μm.
• Ces grosses particules d'air s'incrustent directement dans les fibres du filtre.
2. Interception directe
• La force de Van der Waals, autrement connue sous le nom de force d'attraction intermoléculaire, intercepte les particules et les gouttelettes de plus de 0,1 μm.
• Ces particules traversent le filtre lorsqu'elles sont aspirées par le purificateur d'air et collent aux fibres du filtre.
3. Diffusion brownienne
• Les particules d'une taille inférieure à 0,1 μm (comme les aérosols), parmi les plus petites particules connues, ont une trajectoire dite brownienne (mouvement aléatoire).
• Cela les rend faciles à capturer via la force de Van der Waals lorsqu'elles heurtent les fibres du filtre.
• Dans un filtre HEPA lorsque les molécules dont la taille est inférieure à 0,1 micron entrent en collision les unes avec les autres et sont ralenties. La diffusion brownienne allonge donc le temps de passage de ces particules à travers le filtre, renforçant leur chance d’être capturées.
4. Forces électrostatiques
• Ce sont des forces d'attraction qui attirent les aérosols viraux vers les fibres du filtre où ils sont ensuite capturés via les mécanismes précédents (notamment 2 et 3).

A noter que les purificateurs d'air Eoleaf sont équipés de préfiltres en plus de leurs filtres HEPA H13. Les préfiltres piègent les particules plus grosses avant qu’elles n’atteignent les couches filtrantes suivantes, comme le filtre HEPA H13. Cela permet d’allonger la durée de vie du filtre de votre purificateur d'air.

Comment maintenir un purificateur d'air fonctionnel et efficace avec Eoleaf

En tant qu'experts de la purification de l'air, nous comprenons parfaitement comment les produits sur le marché actuel de la purification de l'air peuvent varier en qualité et, par conséquent, en prix. Nos produits ont été conçus avec une qualité et un soin du détail élevés à chaque étape du processus de conception.

Prenons un exemple : de nombreux fabricants ne fournissent des informations au consommateur que sur l'efficacité théorique du filtre d'un purificateur d'air, mais pas sur l'efficacité de l'ensemble de l'appareil. Les purificateurs d'air d’entrée de gamme laissent généralement l'air s'infiltrer à travers de légers espaces entre le filtre et l'appareil. C’est un défaut de fabrication qui fait que la totalité de l’air ne passe pas à travers les fibres du filtre HEPA, mais une partie s’échappe via les interstices, sans avoir été filtrée.

Par conséquent, l'efficacité d'un purificateur d'air dépend grandement de la façon dont le filtre HEPA est intégré et de la qualité de construction de l'appareil. Chez Eoleaf, nous nous assurons pendant le processus de fabrication qu'il n'y a pas de fuites ou d’interstices entre le filtre et son boîtier, ainsi qu'entre le boîtier et le purificateur d'air lui-même.

Remplacer les filtres

L'importance de remplacer vos filtres à intervalles réguliers ne doit pas être sous-estimée ! Si le purificateur d'air n'est pas entretenu régulièrement, il perd de son efficacité et peut devenir lui-même une source de pollution de l'air. Un filtre saturé de polluants ne peut pas et ne vous protège pas de la pollution de l'air. Pire, il peut en rejeter dans l’air environnant.

Voici quelques conseils pour entretenir vos filtres et maintenir votre appareil en parfait état de fonctionnement :

• Nettoyez votre préfiltre une fois par mois.
• Votre filtre doit être remplacé au moins une fois par an. Eoleaf dispose d'un filtre multicouche intégré, ce qui signifie qu’il n’y a qu’un changement de filtre à prévoir chaque année.
• Protégez-vous lors du changement de vos filtres car les polluants se dispersent facilement ! Portez un masque et des gants lorsque vous les changez et lavez-vous les mains après les avoir changés.
• Il est recommandé aux personnes très sensibles aux allergènes et aux asthmatiques de ne pas manipuler les filtres.

Sources

¹ Centers for Disease Control and Prevention. (janvier 1996). Guide du NIOSH pour la sélection et l'utilisation des respirateurs à particules. The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). Disponible sur https://www.cdc.gov/niosh/docs/96-101/default.html

² Véritable filtre HEPA vs filtre HEPA : quelle est la différence ? Sanalife. (2 septembre 2022). Disponible sur https://www.sanalifewellness.com/blog/true-hepa-vs-hepa-filter-whats-the-difference

³ ISO-Aire Air Purifiers. (2023). Qu'est-ce qu'un filtre à air Merv et comment se compare-t-il à un filtre HEPA ?. ISO. Disponible sur https://www.iso-aire.com/blog/what-is-a-merv-rating-and-how-does-it-compare-to-hepa

⁴ Perry, Jay & Agui, Juan & Vijayakumar, Ra. (2016). Élimination des matières submicroniques et nanoparticulaires par des filtres média classés HEPA et des lits garnis de matériaux granulaires.

⁵ Dubey, S., Rohra, H., & Taneja, A. (2021). Évaluation de l'efficacité des purificateurs d'air (HEPA) pour contrôler la pollution particulaire intérieure. Heliyon, 7(9). Disponible sur https://www.cell.com/heliyon/fulltext/S2405-8440(21)02079-X?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS240584402102079X%3Fshowall%3Dtrue

⁶ Vijayan VK, Paramesh H, Salvi SS, Dalal AA. Améliorer la qualité de l'air intérieur - L'avantage du filtre à air. Lung India. 2015 Sep-Oct;32(5):473-9. doi: 10.4103/0970-2113.164174. Erratum in: Lung India. 2016 Nov-Dec;33(6):705. PMID: 26628762; PMCID: PMC4587002.

⁷ Mazzola, D. (2021, March 15). Covid : L’efficacité des purificateurs d’air contre le sars-cov-2 validée par une étude Lyonnaise. France 3 Auvergne-Rhône-Alpes. Disponible sur https://france3-regions.francetvinfo.fr/auvergne-rhone-alpes/covid-l-efficacite-des-purificateurs-d-air-contre-le-sars-cov-2-validee-par-une-etude-lyonnaise-1999534.html