BE1032814A1 - Système de dépollution d'air - Google Patents

Système de dépollution d'air

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BE1032814A1 BE20245501A BE202405501A BE1032814A1 BE 1032814 A1 BE1032814 A1 BE 1032814A1 BE 20245501 A BE20245501 A BE 20245501A BE 202405501 A BE202405501 A BE 202405501A BE 1032814 A1 BE1032814 A1 BE 1032814A1
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Denis Eric Ghislain Bajusz
Izquierdo Gwennael François Dimitri Ruiz
Arnaud Kankelj
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Safran Aero Boosters
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Abstract

L’invention concerne un système de dépollution (1) de l’air d’une zone (90). Ce système de dépollution (10) comprend un premier étage de filtration (10) qui comprend au moins un élément filtrant (11), qui est un filtre électrostatique apte à ioniser les particules polluantes (91) présentes dans l’air de la zone (90), ce système (1) comprend un deuxième étage de collecte (20) apte à collecter ces particules (91) ionisées, le deuxième étage (20) étant situé en aval et séparé du premier étage (10) selon la direction (X) d’écoulement de l’air au travers du système (1), et ce système (1) comprend un dispositif de déplacement d’air (80) qui est destiné à déplacer et diriger l’air pollué avec lesdites particules polluantes (91) vers lesdits étages (10, 20).

Description

1 BE2024/5501
Description
Titre : Système de dépollution d’air
[0001] La présente invention concerne un système de dépollution de l’air d’une zone dans le but de le débarrasser de particules polluantes et éventuellement de gaz polluants.
[0002] Dans certains lieux, il existe des émissions de particules fines polluantes, ce qui entraîne des concentrations aériennes importantes dans des zones ouvertes et semi-ouvertes où des personnes sont exposées. Ces zones sont par exemple des échangeurs routiers, des tunnels, des aéroports, des zones industrielles, des chantiers de construction, des zones urbaines. Par ailleurs certains évènements, tels que des feux de forêt ou les incendies de bâtiments ou de sites industriels, peuvent générer des particules polluantes dans une zone donnée. La multiplication des activités humaines rend ce problème de pollution de l'atmosphère de plus en plus crucial, cette pollution étant nocive pour la santé.
[0003] Actuellement, il existe des systèmes de filtration pour les espaces fermés tels que des bâtiments, ces systèmes étant en général couplés à un système de chauffage et climatisation. II existe également des systèmes pour des zones semi- ouvertes, c'est-à-dire en partie confinées avec des ouvertures permanentes sur l'extérieur. Tous ces systèmes fonctionnent avec des faibles vitesses de circulation de l’air afin de limiter la puissance nécessaire pour cette circulation.
Pour certaines technologies de filtration une faible vitesse de circulation est en outre nécessaire afin de permettre un temps de traitement de lair suffisamment long. En conséquence, ces systèmes ne peuvent traiter que de faibles débits d'air.
IIs sont donc davantage adaptés aux espaces fermés (bâtiments). L'utilisation de ces systèmes pour des zones semi-ouvertes implique de traiter des débits plus importants, ce qui n’est possible que si ces systèmes présentent une section de passage, et donc d’un encombrement, élevés. II n’existe pas de systèmes viables et fiables pour la dépollution de zones ouvertes.
Description de l’invention
[0004] La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
2 BE2024/5501
[0005] L'invention vise à proposer un système de dépollution qui soit compact, dont la consommation de puissance soit la plus faible possible, qui soit le moins bruyant possible et qui soit apte à dépolluer de façon efficace une zone ouverte ou semi-ouverte afin de réduire la concentration en particules fines présentes dans cette zone.
[0006] Ce but est atteint grâce au fait que le système de dépollution comprend un premier étage de filtration qui comporte au moins un élément filtrant, le au moins un élément filtrant étant un filtre électrostatique apte à ioniser les particules polluantes présentes dans l’air de la zone, au fait qu’il comprend un deuxième étage de collecte apte à collecter ces particules ionisées, le deuxième étage étant situé en aval et séparé du premier étage selon la direction X d'écoulement de l'air au travers du système, et au fait qu’il comprend un dispositif de déplacement d'air qui est destiné à déplacer et diriger l’air pollué avec les particules polluantes vers ces étages.
[0007] Grâce à ces dispositions, le système de dépollution est apte à traiter un débit important d'air dans une solution compacte tout en limitant la consommation électrique. De plus, contrairement aux solutions existantes basées sur des filtres
HEPA qui s'encrassent avec le temps, le système de dépollution ne perd pas en efficience énergétique au cours de son utilisation. En outre, système de dépollution ne requiert pas de consommables étant donné qu’il n’est pas nécessaire de remplacer les filtres. En effet, un simple lavage des filtres électrostatiques permet d’en enlever les particules fines et les filtres sont à nouveau propres pour utilisation dans le système de dépollution. De plus, le dispositif de déplacement d'air permet d'accélérer l'air qui est situé immédiatement en amont du premier étage ce qui augmente le débit au travers des étages et rend la dépollution plus efficace.
[0008] Par exemple, le au moins un élément filtrant comprend au moins une plaque lisse parallèle à la direction X d'écoulement de l’air.
[0009] Par exemple, le premier étage de filtration comprend en outre un filtre à gaz.
3 BE2024/5501
[0010] Par exemple, le système de dépollution comprend en outre un troisième étage de diffusion qui est situé en aval du deuxième étage et qui est apte à diviser et à détourner l'air qui s'écoule au travers du système.
[0011] Par exemple, le troisième étage de diffusion comprend une pluralité de plaques de guidage de l'air qui s'écoule au travers du système.
[0012] Par exemple, le système de dépollution est transportable et orientable.
[0013] Par exemple, le système de dépollution comprend un conteneur qui contient les étages et le dispositif de déplacement d'air.
[0014] Par exemple, la longueur du système est inférieure ou égale à 1200 cm et les dimensions transversales du système sont inférieures ou égales à 250 em.
[0015] Par exemple, le dispositif de déplacement d'air présente un rendement supérieur à 80%.
[0016] L'invention concerne également un procédé de dépollution de l’air d’une zone.
[0017] Selon l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes : {a} On fournit un premier étage de filtration qui comporte au moins un élément filtrant qui un filtre électrostatique apte à ioniser les particules polluantes présentes dans l'air de la zone ; {b} On fournit un deuxième étage de collecte apte à collecter ces particules ionisées, le deuxième étage étant situé en aval et séparé du premier étage selon la direction X d'écoulement de l'air au travers des étages ; (c) On fournit un dispositif de déplacement d'air qui est apte à déplacer et diriger l’air pollué avec les particules polluantes vers les étages.
[0018] Selon l'invention, le procédé comprend en outre l'étape suivante : (d) On fournit un troisième étage de diffusion qui est situé en aval du deuxième étage et qui est apte à diviser et à détourner lair qui s'écoule au travers du troisième étage selon la direction X d'écoulement de l’air.
[0019] Selon l'invention, le procédé comprend en outre l'étape suivante : (e) On fournit un conteneur dans lequel on place les étages et le dispositif de déplacement d'air afin de permettre leur transport.
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[0020] L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :
[0021] [Fig. 1] La figure 1 est une vue en perspective d’un système de dépollution selon l'invention.
[0022] [Fig. 2] La figure 2 est une vue en perspective d’un premier étage de filtration du système de dépollution de la figure 1.
[0023] [Fig. 3] La figure 3 est une vue en perspective d’un autre mode de réalisation d’un système de dépollution selon l'invention.
[0024] [Fig. 4] La figure 4 est une vue en perspective d’un troisième étage de filtration du système de dépollution de la figure 3.
[0025] [Fig. 5] La figure 5 est une vue en perspective d'une variante de réalisation d’un système de dépollution selon l'invention
Description détaillée de l’invention
[0026] Dans la description ci-dessous, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens normal d’écoulement de lair dans le système de dépollution 1, au moins lorsqu'il pénètre dans ce système. La direction d'écoulement de l'air est une direction longitudinale X, et le sens de circulation de
Tair est indiqué par une flèche pleine sur les figures.
[0027] La figure 1 représente un système de dépollution 1 de l’air d’une zone 90.
Cette zone est ouverte, semi-ouverte, ou fermée (tel un bâtiment). Une zone ouverte ou semi-ouverte est par exemple un échangeur routier, un tunnel, un aéroport, une zone industrielle, un chantier de construction, une zone urbaine, un espace d'essai de machine (par exemple une turbomachine aéronautique), une zone polluée par un évènement climatique (feu de forêt). La zone 90 comprend des particules polluantes 91, et éventuellement des gaz polluants.
[0028] Le système de dépollution 1 comprend un premier étage de filtration 10 qui comprend un ou plusieurs éléments filtrants 11. Chaque élément filtrant 11 est un filtre électrostatique qui est apte à ioniser les particules polluantes 91 présentes dans l’air de la zone 90. Chaque élément filtrant 11 comprend au moins une plaque lisse 115 apte à ioniser les particules polluantes 91 et qui est parallèle à la direction X d'écoulement de l’air. Cette ou ces plaques 115 sont conductrices électriquement, par exemple sont métalliques, de telle sorte qu’un champ 5 électrique peut leur être appliqué pour réaliser cette ionisation des particules polluantes 91. En figure 2, qui représente un premier étage de filtration 10, un seul élément filtrant 11 est présent, et contient plusieurs plaques 115 parallèles entre elles. Cet alignement des plaques 115 entre elles et par rapport à la direction X d'écoulement permet de limiter les pertes de charges au travers du premier étage de filtration 10 et d'obtenir des pertes de charge sensiblement constantes avec le temps d'utilisation. Ceci est un avantage par rapport à d'autres filtres qui nécessitent que l’air traversent un milieu poreux (tels que les filtres HEPA) ce qui génère des pertes de charge qui sont importantes et qui augmentent dans le temps à cause du colmatage des pores par les particules polluantes. Ces pertes de charge entrainent une réduction de l'efficacité énergétique de ces filtres.
[0029] En variante, le premier étage de filtration 10 comprend en outre un filtre à gaz 12. Ce filtre à gaz 12 est apte à capter le ou les gaz polluants présents dans la zone 90 et est situé en amont des éléments filtrants 11 ou en aval de ces éléments, comme représenté en figure 2. Par exemple ces gaz polluants sont du gaz carbonique CO2, du Sox, du Nox. Selon les besoins, le premier étage 10 peut être configuré avec plus ou moins d’éléments filtrants 11 et/ou de filtres à gaz 12 selon les besoins de dépollution. Le système de dépollution 1 est donc modulaire.
[0030] Le système de dépollution 1 comprend un deuxième étage de collecte 20 qui est apte à collecter les particules 91 après leur ionisation dans le premier étage de filtration 10. Le deuxième étage 20 est situé en aval et est séparé du premier étage 10 selon la direction X d’écoulement. Ainsi, la fonction collecte (par le deuxième étage 20) du système de dépollution 1 est séparée de la fonction ionisante (du premier étage 10) par opposition aux filtres électrostatiques existants où ces deux fonctions sont mises en œuvre dans une seule et même cellule).
Cette séparation est réalisée par le positionnement du deuxième étage de collecte 20 à une distance non-nulle en aval du premier étage de filtration 10. De cette manière, les particules polluantes 91 ont le temps de s’ioniser avant d'arriver dans
6 BE2024/5501 le deuxième étage de collecte 20, et cela même dans la situation où la vitesse d'écoulement de l'air au travers du système de dépollution 1 est plus élevée. Cette configuration permet d'assurer une filtration supérieure à 80% des particules polluantes 91 pour toutes tailles de particules, en particulier des particules plus fines. Par exemple le deuxième étage de collecte 20 comprend une pluralité de plaques parallèles à la direction d’écoulement X avec une alternance de plaques chargées positivement et négativement afin de capturer les particules polluantes 91 qui ont été ionisées. Cette disposition des plaques permet de minimiser les pertes de charges au travers du deuxième étage de collecte 20.
[0031] Le système de dépollution 1 comprend un dispositif de déplacement d'air 80 qui est destiné à déplacer et diriger l’air pollué avec les particules 91 vers les étages (10, 20) du système de dépollution 1. Ce dispositif 80 permet en outre d'accélérer lair en amont des étages (10, 20). Le dispositif de déplacement d'air 80 est placé en amont des étages (10, 20), auquel cas il peut en outre comprimer l’air. Cette situation est illustrée en figure 1. Dans une variante de réalisation, le dispositif de déplacement d’air 80 est situé en aval des étages (10, 20), auquel cas il aspire l’air situé en amont du premier étage de filtration 10 au travers des étages (10, 20). Cette situation est illustrée en figure 5, qui est identique à la figure 3 excepté pour le placement du dispositif de déplacement d'air 80. Par exemple ce dispositif 80 est un ventilateur ou un compresseur. Avantageusement, le dispositif 80 présente une rentabilité supérieure à 80%, par exemple supérieure à 85%, par exemple supérieure à 90%. La rentabilité ou rendement est le rapport entre l'énergie de compression transmise à [air et l'énergie injectée dans le compresseur/ventilateur. Pour attendre ces rendements élevés, un ou plusieurs paramètres du dispositif 80 tels que la géométrie des aubes, la surface des aubes, les jeux entre les pièces sont optimisés.
[0032] Grâce au dispositif de déplacement d’air 80, le système de dépollution 1 est capable de traiter de lair qui le traverse à des vitesses d'écoulement plus élevées, ce qui permet de rendre le système de dépollution 1 plus efficace et rentable énergétiquement (la consommation électrique totale sera plus faible, par exemple inférieure à 300 kW, par exemple inférieure à 200 kW).
Avantageusement, le dispositif de déplacement d’air 80 est dimensionné pour
7 BE2024/5501 produire en amont du premier étage 10 une surpression juste suffisante pour vaincre l’ensemble des pertes de charges au travers des étages (10, 20) tout en maximisant le débit d’air Avantageusement, la puissance du dispositif de déplacement d'air 80 est optimisée pour s'adapter au colmatage de l'étage de collecte 20 avec le temps d'utilisation du système de dépollution 1.
[0033] De plus, le système de dépollution 1 est plus compact dans un plan transversal (perpendiculaire à la direction X d’écoulement). En effet, à cause de la loi de conservation de la masse, pour que l'air traverse le système de dépollution 1 à des vitesses plus faibles que sa vitesse avant son entrée dans ce système, il faudrait augmenter la section transversale du dispositif de dépollution 1, et donc augmenter la taille de ce système.
[0034] Ainsi, le système de dépollution 1 selon l'invention est apte à traiter efficacement des débits d’air supérieurs à 100 000 m°/h, voire supérieurs à 450 000 m3/h au travers d’une section inférieure à 5 m2.
[0035] Dans un autre mode de réalisation qui est illustré en figure 3, le système de dépollution 1 comprend en outre un troisième étage de diffusion 30 qui est situé en aval du deuxième étage 20. Ce troisième étage de diffusion 30 est apte à diviser et à détourner (de la direction longitudinale X) l’air qui s'écoule au travers du système de dépollution 1. Ainsi, le troisième étage de diffusion 30 permet de diverger et de ralentir le flux d’air traité afin qu’il reste autant que possible dans la zone 90 que l’on veut dépolluer. Par exemple, comme illustré en figure 4, ce troisième étage de diffusion 30 comprend une pluralité de plaques de guidage (31, 32) qui sont orientées obliquement avec des angles différents les unes des autres par rapport à la direction longitudinale X. Par exemple ces plaques forment des coins divergents dans le sens de l'écoulement de l’air Le dispositif de déplacement d'air 80 est situé en amont des étages (10, 20, 30), auquel cas il propulse l’air au travers de ces étages (10, 20, 30). Dans une variante de réalisation, le dispositif de déplacement d'air 80 est situé en aval des étages (10, 20, 30), auquel cas il aspire l’air situé en amont du premier étage de filtration 10 au travers des étages (10, 20, 30). Dans une autre variante de réalisation, le dispositif de déplacement d'air 80 est situé en aval du premier étage de filtration 10 et du deuxième étage de collecte 20 et en amont du troisième étage 30.
8 BE2024/5501
[0036] Avantageusement, le système de dépollution 1 est transportable d’un lieu à un autre et est orientable dans l’espace. On peut ainsi déplacer le système de dépollution sur un lieu pollué à volonté. De plus, on peut orienter le système de dépollution 1 afin que le vent dirige la pollution vers ce système, ce qui permet de réduire la puissance du dispositif 80 de déplacement d'air en amont du système de dépollution 1. L'énergie nécessaire pour faire fonctionner ce système est ainsi minimisée. Le système de dépollution 1 peut également être positionné verticalement ou horizontalement selon les besoins.
[0037] Pour faciliter le transport du système de dépollution 1, ce système comprend un conteneur 70 qui contient les étages (10, 20, 30) et le dispositif 80 de déplacement d’air. On entend par conteneur tout récipient. Par exemple ce conteneur 70 est un conteneur maritime dont la longueur (selon la direction d'écoulement X) est inférieure ou égale à 1200 cm et dont les dimensions transversales sont inférieures ou égales à 250 cm. Le conteneur 70 est illustré en figure 1,3et5.
[0038] Avantageusement, le conteneur 70 est muni d’une interface de manutention qui est apte à être solidarisée de façon amovible avec un dispositif de manutention afin de transporter et d'orienter ce conteneur 70. Par exemple ce transport s'effectue par camion ou par train.
[0039] Avantageusement le conteneur 70 dispose de portes à ses extrémités amont et aval. Ces portes peuvent être ouvertes afin de permettre l’utilisation directe et rapide sur site du système de dépollution 1 et peuvent être refermées durant le transport du système de dépollution 1.
[0040] L'utilisation de conteneur 70 permet en outre de positionner plusieurs systèmes de dépollution 1 en série ou en parallèle sur un site selon les besoins de dépollution.
[0041] Avantageusement, le système de dépollution 1 comprend en outre un ou plusieurs analyseurs d’air extérieur 40 et d’une unité de commande 50, qui peuvent être inclus dans le conteneur 70. Par exemple un analyseur 40 mesure la densité de particules 91 et/ou la teneur en gaz polluants. L’unité de commande 50 est connectée aux analyseurs d'air 40, aux étages (10, 20, 30) et au dispositif 80
9 BE2024/5501 de déplacement d’air afin de contrôler le fonctionnement de ces étages (10, 20, 30) et de ce dispositif 80. Ces connexions sont illustrées en trait épais en figures 1, 3 et 5. Par exemple, l’unité de commande 50 peut arrêter le dispositif 80 de déplacement d'air si les analyseurs 40 mesurent que l'air extérieur devient moins pollué. Par exemple, l’unité de commande 50 peut ralentir le dispositif de déplacement d’air 80 la nuit afin de faire moins de bruit.
[0042] L'invention concerne également un procédé de dépollution de l’air d’une zone tel que décrit ci-dessus. Ce procédé comprenant les étapes suivantes : (a) On fournit un premier étage de filtration 10 qui comporte au moins un élément filtrant 11 qui est un filtre électrostatique apte à ioniser les particules polluantes 91 présentes dans l'air de la zone 90 ; (b) On fournit un deuxième étage de collecte 20 apte à collecter lesdites particules 91, le deuxième étage 20 étant situé en aval et séparé du premier étage 10 selon la direction X d’écoulement de l'air au travers des étages (10, 20) ; (c) On fournit un dispositif de déplacement d’air 80 qui est apte à déplacer et diriger l’air pollué avec les particules polluantes 91 vers les étages (10, 20). (d) Optionnellement, on fournit un troisième étage de diffusion 30 qui est situé en aval du deuxième étage 20 et qui est apte à diviser et à détourner air qui s'écoule au travers du troisième étage 30 selon la direction X d’écoulement de l’air ; (e) Optionnellement, on fournit un conteneur 70 dans lequel on place les étages (10, 20, 30) et ledit dispositif de déplacement d’air 80 afin de permettre leur transport. Les étages (10, 20, 30) sont amovibles.
[0043] Selon un mode de fonctionnement du procédé de dépollution de l’air, on effectue en outre les étapes suivantes : - On positionne en un lieu le système de dépollution qui comprend ces étages. - On ancre le système sur le sol afin d’éviter son déplacement. - On connecte les étages (10, 20, 30) et le dispositif 80 de déplacement d'air et des analyseurs 40 à une unité de commande 50 et on mesure la teneur en particules polluantes et en gaz polluants de l'air. - On démarre le système de dépollution. - On arrête le système de dépollution et on effectue les opérations inverses des étapes précédentes, et on nettoie les filtres (11, 12).

Claims (1)

11 BE2024/5501 Revendications [Revendication 1] Système de dépollution (1) de l’air d’une zone (90), ledit système de dépollution (10) étant caractérisé en ce qu’il comprend un premier étage de filtration (10) qui comporte au moins un élément filtrant (11), ledit au moins un élément filtrant (11) étant un filtre électrostatique apte à ioniser les particules polluantes (91) présentes dans l’air de ladite zone (90), en ce qu’il comprend un deuxième étage de collecte (20) apte à collecter lesdites particules (91) ionisées, ledit deuxième étage (20) étant situé en aval et séparé dudit premier étage (10) selon la direction (X) d’écoulement de l’air au travers dudit système (1), eten ce qu’il comprend un dispositif de déplacement d'air (80) qui est destiné à déplacer et diriger l’air pollué avec lesdites particules polluantes (91) vers lesdits étages (10, 20). [Revendication 2] Système de dépollution (1) selon la revendication 1 tel que ledit au moins un élément filtrant (11) comprend au moins une plaque lisse (115) parallele à ladite direction (X) d’écoulement de l'air. [Revendication 3] Système de dépollution (1) selon la revendication 1 ou 2 tel que ledit premier étage de filtration (10) comprend en outre un filtre à gaz (12). [Revendication 4] Système de dépollution (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 tel qu'il comprend en outre un troisième étage de diffusion (30) qui est situé en aval dudit deuxième étage (20) et qui est apte à diviser et à détourner lair qui s’écoule au travers dudit système (1). [Revendication 5] Système de dépollution (1) selon la revendication 4 tel que ledit troisième étage de diffusion (30) comprend une pluralité de plaques de guidage (31, 32) de l’air qui s’écoule au travers dudit système (1). [Revendication 6] Système de dépollution (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 tel qu’il est transportable et orientable. [Revendication 7] Système de dépollution (1) selon la revendication 6 tel qu'il comprend un conteneur (70) qui contient lesdits étages (10, 20, 30) et ledit dispositif de déplacement d'air (80).
12 BE2024/5501 [Revendication 8] Système de dépollution (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 tel que la longueur dudit système (1) est inférieure ou égale à 1200 cm et les dimensions transversales dudit système (1) sont inférieures ou égales à 250 cm. [Revendication 9] Système de dépollution (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 tel que ledit dispositif de déplacement d'air (80) présente un rendement supérieur à 80%. [Revendication 10] Procédé de dépollution de l’air d’une zone caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (a) On fournit un premier étage de filtration (10) qui comporte au moins un élément filtrant (11) qui est un filtre électrostatique apte à ioniser les particules polluantes (91) présentes dans l'air de ladite zone (90) ; (b) On fournit un deuxième étage de collecte (20) apte à collecter lesdites particules (91) ionisées, ledit deuxième étage (20) étant situé en aval et séparé dudit premier étage (10) selon la direction (X) d'écoulement de l’air au travers desdits étages (10, 20) ; (c) On fournit un dispositif de déplacement d'air (80) qui est apte à déplacer et diriger l’air pollué avec lesdites particules polluantes (91) vers lesdits étages (10,
20). [Revendication 11] Procédé de dépollution selon la revendication 10 tel qu’il comprend en outre l’étape suivante : (d) On fournit un troisième étage de diffusion (30) qui est situé en aval dudit deuxième étage (20) et qui est apte à diviser et à détourner l'air qui s'écoule au travers dudit troisième étage (30) selon ladite direction (X) d'écoulement de l'air. [Revendication 12] Procédé de dépollution selon la revendication 10 ou 11 tel qu'il comprend l’étape suivante : (e) On fournit un conteneur (70) dans lequel on place lesdits étages (10, 20, 30) et ledit dispositif de déplacement d’air (80) afin de permettre leur transport.
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