La règle empirique la plus employée en conception de salles blanches est le nombre de renouvellements d'air par heure. Elle est utile, mais ce n'est pas un critère d'acceptation. L'ISO 14644-1 définit la classification par la concentration particulaire aéroportée par unité de volume : pour la classe ISO 5, la concentration de particules ≥0,5 µm est au plus de 3 520 par m³, pour la classe 7 de 352 000 et pour la classe 8 de 3 520 000 [1].
Autrement dit, la question posée n'est pas combien de fois l'air est renouvelé mais si la particule quitte la salle. Deux salles alimentées au même débit tomberont dans des classes bien différentes si leur distribution d'air diffère.
Le débit mesure la dilution, non le nettoyage
Le taux de renouvellement est un taux de dilution moyen. Dans une salle réelle, l'écoulement n'est pas uniforme :
- Zones mortes. Derrière les équipements, dans les angles, sous les paillasses. Le taux local y est très inférieur à la moyenne et les particules s'accumulent.
- Court-circuit. L'air sort du diffuseur de soufflage et file directement à la grille de reprise, sans jamais traverser la zone de travail. Sur le papier le débit est bon ; le nettoyage est quasi nul.
- Position de la source. L'essentiel de la charge particulaire vient généralement du personnel. Si le chemin entre la source et la reprise traverse la zone critique, la classe ne tiendra pas.
Rien de cela n'est visible hors d'une solution de champ. Une salle blanche est donc un problème classique où ce qui est demandé est la répartition, non la moyenne. Voir la note sur les cas où la CFD est nécessaire.
Temps de récupération : mesurable et modélisable
La façon la plus pratique d'éprouver une conception est son comportement en récupération : on soumet la salle à une charge particulaire contrôlée et l'on observe le temps nécessaire pour que la concentration redescende au niveau visé. C'est une grandeur qui peut à la fois se mesurer sur site et se calculer directement par analyse instationnaire — ce qui en fait un point de recoupement commode pour la validation. Voir la note sur vérification et validation.
Décisions de modélisation
Suivre des particules ou résoudre un traceur. Deux voies : le suivi de phase discrète (si la sédimentation compte) ou une équation de transport d'un scalaire passif (suffisante pour les particules fines et bien moins coûteuse). Le choix découle de la taille des particules ; en dessous de quelques microns, la sédimentation gravitaire devient négligeable.
N'oubliez pas la flottabilité thermique. Les charges de personnel, d'éclairage et d'équipement peuvent fixer le schéma d'écoulement dans une salle à faible vitesse. Comme les vitesses sont faibles, c'est souvent un problème de convection naturelle.
Cascade de pression. Le différentiel entre locaux adjacents et les scénarios d'ouverture de porte déterminent le sens des fuites. Une ouverture de porte est par définition un problème instationnaire à frontières mobiles.
Références
- ISO 14644-1:2015. Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration. International Organization for Standardization, Geneva.
- Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806