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Filtre HEPA vs filtre ULPA : définitions de l’efficacité, classes normalisées, MPPS et usage en salle blanche

Les filtres HEPA et ULPA sont tous deux des filtres à air haute performance, constitués d’un média plissé en fines fibres de verre (ou similaire). Ils sont montés dans les plafonds des salles blanches ou dans des unités de filtration à ventilateur (FFU) pour éliminer les particules en suspension dans l’air. La différence est l’efficacité. La norme japonaise de terminologie JIS Z 8122 définit un filtre HEPA comme un filtre qui capte au moins 99,97 % des particules de 0,3 µm au débit nominal, et un filtre ULPA comme un filtre qui capte au moins 99,9995 % des particules de 0,15 µm. La norme européenne EN 1822-1 classe plutôt les filtres selon leur efficacité à la taille de particule la plus pénétrante (MPPS) : les classes H13 et H14 sont des HEPA, et U15 à U17 des ULPA. Les filtres ULPA arrêtent davantage de particules mais, à débit égal, ont une perte de charge plus élevée et coûtent plus cher : le choix dépend donc de la propreté requise.

CritèreFiltre HEPAFiltre ULPA
Signification du nomHigh Efficiency Particulate AirUltra Low Penetration Air
Définition JIS (JIS Z 8122)Au moins 99,97 % des particules de 0,3 µm captées au débit nominalAu moins 99,9995 % des particules de 0,15 µm captées au débit nominal
Classes EN 1822-1 (efficacité globale à la MPPS)H13 : au moins 99,95 % ; H14 : au moins 99,995 %U15 : au moins 99,9995 % ; U16 : au moins 99,99995 % ; U17 : au moins 99,999995 %
Part des particules qui passentAu plus 0,05 % pour H13 et 0,005 % pour H14 (5 sur 10 000 et 5 sur 100 000)Au plus 0,0005 % pour U15 (5 sur 1 000 000) ; chaque classe supérieure la divise par 10
Taille de particule la plus pénétrante (MPPS)Dépend du média, typiquement environ 0,1 à 0,3 µm ; les particules plus grosses sont captées par inertie et interception, les plus petites par diffusionMêmes mécanismes, typiquement environ 0,1 à 0,3 µm ; le média plus dense laisse passer moins de particules même à cette taille
Perte de charge et coûtPerte de charge plus faible à débit égal : puissance des ventilateurs et prix plus faciles à contenirTend à avoir une perte de charge plus élevée à débit égal : puissance des ventilateurs et prix augmentent
Usage typique en salle blancheZones autour des classes ISO 5 à 8, salles d’opération, usines pharmaceutiques ; dans les usines de puces, zones à exigence de propreté moins stricteClasse ISO 4 et plus propre, et lieux exigeant un air particulièrement propre, comme les mini-environnements des équipements de fabrication
Ce qu’ils ne peuvent pas retenirLa contamination moléculaire aéroportée gazeuse (AMC) comme l’ammoniac et les composés organiques ; un filtre chimique séparé est nécessaireNe retiennent pas non plus les gaz ; là où le bore libéré par les médias en fibres de verre pose problème, on utilise des médias à faible teneur en bore ou en PTFE

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

Filtre HEPA
Pour les zones où une propreté autour de la classe ISO 5 ou moins stricte suffit. La perte de charge plus faible limite la puissance des ventilateurs même quand de nombreux filtres couvrent une grande surface.
Filtre ULPA
Pour les lieux particulièrement propres qui doivent réduire même les très petites particules, comme les étapes de fabrication de semi-conducteurs à motifs fins. L’efficacité plus élevée s’accompagne d’une perte de charge et d’un coût plus élevés.
Le filtre seul ne fixe pas la propreté
La propreté d’une salle dépend non seulement de la classe des filtres, mais aussi de la part du plafond couverte par des filtres, du débit du flux d’air descendant, des particules émises par les personnes et les équipements, et des fuites autour des cadres des filtres. Un filtre de classe supérieure n’aide pas si l’écoulement d’air est turbulent.

Questions fréquentes

Que signifie « 99,97 % à 0,3 µm » pour un filtre HEPA ?

Quand de l’air contenant des particules de 0,3 µm traverse le filtre au débit nominal, celui-ci en capte au moins 99,97 % : il n’en laisse donc passer que 3 sur 10 000 au plus. 0,3 µm est proche de la taille que les fibres captent le moins bien (la MPPS), c’est pourquoi on l’utilise pour exprimer les performances. Les particules plus grosses ou plus petites sont généralement captées avec une efficacité encore plus élevée.

Que sont H13 et U15 ?

Ce sont des classes de la norme européenne EN 1822-1. L’efficacité globale du filtre est mesurée avec des particules à la taille la plus pénétrante (MPPS) : H13 correspond à au moins 99,95 %, H14 à au moins 99,995 % et U15 à au moins 99,9995 %, si bien que chaque classe supérieure divise par 10 la part qui passe. La norme internationale ISO 29463 classe les filtres de façon très similaire. La taille des particules d’essai diffère de celle de la définition JIS : les chiffres ne doivent donc pas être comparés directement.

Un filtre ULPA rend-il n’importe quelle salle très propre ?

Non. La propreté dépend fortement de la part du plafond couverte par des filtres, de l’uniformité du flux descendant, du nombre de particules émises par les personnes et les équipements, et des fuites éventuelles des cadres des filtres. Après l’installation, les faces et les cadres des filtres sont balayés avec un compteur de particules pour détecter les fuites, et le nombre de particules de la salle est mesuré selon l’ISO 14644-1.

Les filtres HEPA ou ULPA peuvent-ils éliminer les gaz ?

Non. Tous deux captent des particules, et les molécules comme l’ammoniac et les composés organiques traversent le média. Les usines de puces les combinent avec des filtres chimiques, comme le charbon actif, pour réduire la contamination moléculaire aéroportée (AMC).

Vérifier vos connaissances

Quel filtre haute efficacité est utilisé pour éliminer les fines particules de l'air d'une salle blanche ?

  1. AFiltre passe-bas
  2. BFiltre coloré
  3. CFiltre ULPA (filtre HEPA)
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Réponse : C. Filtre ULPA (filtre HEPA)

Les filtres HEPA et les filtres ULPA, encore plus performants, sont des filtres à air qui captent les fines particules au moyen d'un média plissé en fibres de verre fines ou similaires ; ils sont installés notamment au plafond des salles blanches. Même les particules plus petites que les interstices entre fibres sont captées par impact inertiel ou par diffusion sur les fibres. Le filtre passe-bas est un circuit électrique éliminant les hautes fréquences, le filtre coloré un composant séparant les couleurs, par exemple dans les capteurs d'image.

Quelle définition courante des performances d'un filtre HEPA est correcte ?

  1. AIl capte au moins 99,97 % des particules de 0,3 µm
  2. BIl capte au moins 50 % des particules de 10 µm
  3. CIl élimine au moins 99,99 % des molécules gazeuses
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Réponse : A. Il capte au moins 99,97 % des particules de 0,3 µm

Le filtre HEPA est défini (JIS, etc.) comme un filtre d'efficacité de captage d'au moins 99,97 % pour des particules d'environ 0,3 µm, proches de la taille la plus difficile à filtrer. Les particules plus grandes sont captées par inertie, les plus petites par diffusion due au mouvement brownien ; c'est la taille intermédiaire qui passe le plus facilement. Le filtre ULPA, plus performant, est spécifié à au moins 99,9995 % à 0,15 µm. Aucun des deux n'élimine les gaz.

Quel équipement, disposé en nombre au plafond, intègre un filtre et un ventilateur pour souffler de l'air propre ?

  1. AFFU (unité filtre-ventilateur)
  2. BEFEM
  3. COHT
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Réponse : A. FFU (unité filtre-ventilateur)

La FFU intègre un ventilateur et un filtre HEPA/ULPA ; disposée en grand nombre au plafond de la salle blanche, elle souffle de l'air propre vers le bas. Le débit de chaque unité étant réglable, elle s'adapte facilement aux changements d'agencement ou de propreté locale ; elle a largement remplacé la distribution d'air par grandes gaines. L'EFEM est le module avant d'équipement, l'OHT le véhicule de transport au plafond.

  1. Quel élément, libéré par exemple par les filtres en fibres de verre, peut provoquer un dopage (contamination) involontaire des plaquettes ?
  2. Quel filtre est utilisé pour éliminer de l'air d'une salle blanche les contaminants moléculaires (AMC) comme l'ammoniac et les composés organiques ?
  3. Quelle explication des classes de propreté de l'ISO 14644-1 est correcte ?

Questions d'entraînement sur Salles blanches et équipements

Termes clés expliqués

Filtre HEPA
Filtre à air haute performance qui capte au moins 99,97 % des particules de 0,3 µm. Celui qui capte des particules encore plus fines est le filtre ULPA.
Filtre ULPA
Filtre à air haute performance qui capte des particules encore plus fines que le filtre HEPA. Installé au plafond des salles blanches de haute propreté.
ISO 14644-1
Norme internationale définissant les classes de propreté des salles blanches selon le nombre de particules dans l'air. Plus le chiffre est petit, plus la propreté est élevée.
FFU (unité de filtration ventilée)
Appareil combinant un ventilateur et un filtre haute performance. Installé en série au plafond de la salle blanche, il souffle de l'air propre vers le bas.
Flux descendant (downflow)
Mode d'écoulement d'air de salle blanche où l'air propre circule dans un seul sens, de tout le plafond vers le sol. Les particules générées sont rapidement évacuées sous le plancher.
Salle blanche
Salle dans laquelle le nombre de particules en suspension dans l'air est maintenu sous un niveau spécifié et où la température, l'humidité et la pression sont également maîtrisées. La fabrication des semi-conducteurs se fait en salle blanche pour que les plaquettes ne soient pas contaminées.
Contamination moléculaire aéroportée (AMC)
Contaminants gazeux de l'air tels qu'acides, bases et composés organiques. Les filtres à particules ne les arrêtent pas ; on les élimine avec des filtres chimiques.
Mini-environnement
Principe consistant à maintenir une haute propreté uniquement dans l'espace restreint entourant les plaquettes. En combinant des conteneurs étanches comme le FOUP et l'EFEM en façade des équipements, on réduit les exigences de propreté de la salle et donc les coûts.

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