Une hotte de cuisine, un extracteur de fumées industriel ou une sorbonne de laboratoire : la question est la même pour tous. Le polluant est-il capté avant de quitter la source et de se mélanger au local ?
La portée d'une ouverture d'aspiration est très courte
Une asymétrie fondamentale de la mécanique des fluides : un jet soufflé va loin, une aspiration non. L'influence d'une ouverture d'aspiration décroît vite — à quelques diamètres d'ouverture, la vitesse d'aspiration est négligeable.
La conséquence pratique : rapprocher la source de l'ouverture est bien plus efficace qu'augmenter le débit. Abaisser une hotte de 10 cm fait plus que monter d'une taille de ventilateur.
Chevaucher le panache thermique
Au-dessus d'une source chaude s'élève un panache thermique qui emporte déjà le polluant vers le haut. Une bonne conception de hotte cherche à rencontrer ce panache, non à le contrarier.
Le débit du panache croît en montant, car il entraîne l'air environnant. Si la hotte est haute, le débit à capter est plus grand. C'est là le vrai lien entre la hauteur et le débit nécessaire. Voir la note sur la convection naturelle.
Le vrai ennemi : les courants d'air transversaux
Ce qui dégrade le plus l'efficacité de captage n'est pas le manque de débit mais le mouvement latéral de l'air : une porte ouverte, un diffuseur de soufflage proche, une personne qui passe, une fenêtre. Une faible vitesse latérale suffit à faire sortir le panache ascendant de la hotte.
C'est pourquoi la frontière du modèle dans une analyse de hotte ne peut pas être la hotte elle-même ; d'où vient l'air de soufflage et quel est le schéma général d'écoulement du local doivent figurer dans le modèle.
Modélisation
Suivre le polluant. L'efficacité de captage se mesure à la part d'un traceur relâché à la source qui ressort par l'extraction — juger à l'œil à partir du champ de vitesse induit en erreur.
Scénarios instationnaires. L'ouverture des portes et le déplacement des personnes sont des événements instationnaires et produisent le cas le plus défavorable. Voir la note sur les frontières mobiles.
Références
- ISO 14644-1:2015. Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration. ISO, Geneva.
- Churchill, S. W. & Chu, H. H. S. (1975). Correlating equations for laminar and turbulent free convection from a vertical plate. International Journal of Heat and Mass Transfer, 18(11), 1323–1329. DOI: 10.1016/0017-9310(75)90243-4