Aspirateur de fumées de soudage pour un atelier d'amateur

Publié: le 31/07/2019 à 13:22 Dernière mise à jour: le 31/07/2019 à 13:22 Par: matlegore Nombre de vues: 2392
Bonjour à tous,

En tant qu'amateur au budget limité, mais voulant préserver sa santé, je souhaite équiper mon atelier d'un système d'aspiration des fumées de soudage.
Je pense avoir trouvé une solution abordable, dans l'esprit du "do it yourself" (faites le vous-même).

Je vous fais part de mes réflexions préliminaires, sous forme d'un article.
Je vous partagerai ensuite les étapes de la construction du système, au fur et à mesure.

Bonne lecture !

Ventilation d’un atelier de soudage pour amateur

Tout commence par une cave

J’ai la chance de posséder une cave enterrée de 12 m[SUP]2[/SUP], dans laquelle je me constitue un atelier de bricolage depuis 12 ans, au fur et à mesure de mes acquisitions, à un rythme paisible, en fonction de mes moyens.
Cette cave dispose de deux soupiraux qui donnent sur la rue.
Lorsque j’ai acheté cette cave, les soupiraux étaient fermés par des vitres mastiquées.
La cave était très humide, suite à des interventions sur les canalisations d’eau lors de la rénovation de la maison qui est au-dessus.
Ma première action a été d’ouvrir complètement les soupiraux, pour aérer.
Une fois la cave redevenue sèche, j’ai refermé les soupiraux par des plaques de bois. Dans l’une d’entre elles, j’ai percé un trou pour raccorder la sortie de mon sèche-linge.
Dans l’autre, j’ai installé une prise d’air frais.

Achat d’une scie sur table. Première prise de conscience des dangers respiratoires.

Quelques mois plus tard, j’ai fait l’acquisition d’une scie sur table.
Malgré l’utilisation d’un aspirateur raccordé à la scie, la découpe sur scie générait une grande quantité de poussières dont je m’accommodais en utilisant des masques, en passant l’aspirateur dans l’atelier, et parce que je n’effectuais des travaux qu’occasionnellement.

Découverte du soudage... et des fumées qui vont avec !

J’ai commencé à m’intéresser au soudage quand j’ai construit mon vélo couché.
J’ai emprunté un petit poste inverter à un ami, et sans aucune formation, je me suis lancé dans la construction du vélo, à l’électrode enrobée. Toutes les opérations de soudage ont été réalisées dans ma cave.
Dès les premiers cordons, j’ai vite compris que la fumée de soudage allait me poser de sérieux problèmes.
Mais pour la réalisation du vélo, ma seule solution du moment fut de limiter mes temps de séjours dans la cave, et de faire tourner mon sèche-linge à vide pour renouveler l’air de ma cave...



Mise en place d’une VMC : un bon début, mais insuffisant.


Ayant envie de poursuivre mon apprentissage du soudage autodidacte, il m’a paru nécessaire d’améliorer la ventilation de mon atelier.
J’ai donc acheté une VMC que j’ai connectée à l’un des soupiraux, et que j’ai positionnée au-dessus d’une table de soudage de fortune, faite à partir d’une tôle en acier.
Si l’efficacité de la VMC pour aspirer les fumées de soudage est très faible, l’ajout d’une VMC a permis de mettre en place un renouvellement d’air efficace et rendre l’atelier respirable.



Et si on passait aux choses sérieuses ?


Je suis fan de Abom79, un YouTuber américain qui me fait rêver avec ses vidéos d’usinage, et parfois de soudage.
C’est une grande source d’inspiration pour l’aménagement de mon atelier, même si nous ne jouons pas dans la même catégorie ! J’ai remarqué qu’il utilisait un extracteur de fumées professionnel, comme dans cette vidéo (21:33), et j’ai voulu m’y intéresser de plus près.

Des extracteurs de fumées accessibles aux amateurs ?


On trouve de nombreux extracteurs de fumées de soudage sur le marché, mais leur prix élevé (typiquement plusieurs milliers d'euros) les rend inaccessibles à l’amateur. La santé n’a pas de prix, comme on dit, mais comment imaginer que quelqu’un qui achète un poste inverter à 160 € puisse mettre 10 à 50 fois ce prix dans une ventilation ? D’ailleurs, voit-on des extracteurs de fumées de soudage dans les grandes surfaces de bricolage ?

Si tu ne trouves pas ce que tu veux, alors fabrique-le !


Ne pouvant pas investir une telle quantité d’argent dans un extracteur professionnel, mais ayant la ferme intention de préserver ma santé, j’ai entrepris de construire mon propre extracteur.

L’INRS, une mine d’information pour les professionnels... accessible aux amateurs !


J’ai d’abord étudié les différentes brochures des matériels professionnels, pour avoir une idée des débits nécessaires, des caractéristiques des éléments filtrants. Puis, je me suis souvenu d’un excellent guide publié par l’INRS : « Opérations de soudage à l’arc et de coupage – Guide pratique de ventilation ».
Ce guide présente les différents risques liés à la pratique professionnelle du soudage à l’arc et du coupage, puis propose différentes solutions pour réduire l’exposition des opérateurs.
Différentes solutions de captage sont présentées, par ordre d’efficacité, accompagnés de conseils ou de formules permettant de les dimensionner.
Parmi les différentes solutions proposées, mon choix s’est porté sur un bras articulé qui me semble être le compromis idéal pour la pratique que j’envisage : travailler au centre de l’atelier autour d’une table ou d’une grande structure (cadre de vélo, par exemple).
Au passage, le guide de l’INRS m’apprend que les dispositifs fonctionnant en recyclage permanent sont proscrits, car « inefficaces et ne répondent pas aux exigences réglementaires en matière d’aération et d’assainissement des locaux de travail ».
Je prévoirai donc un rejet vers l’extérieur, mais il faudra que je filtre l’air au préalable, avant de le rejeter.


Choix du moto-ventilateur


Le composant principal d’un extracteur est le moto-ventilateur.
Il s’agit d’un ensemble composé d’un ventilateur animé par un moteur électrique, et dont la fonction est de déplacer de l’air. L’air est aspiré au niveau de l’extrémité du bras articulé, circule ensuite à l’intérieur du bras, puis dans le moto-ventilateur, à travers les filtres, puis est rejeté à l’extérieur.
Tout ce parcours génère des forces de frottement qui vont être à l’origine de pertes de charges.
Ces pertes de charges vont s’opposer à l’écoulement de l’air.
Pour un moteur et une installation donnée, il existe un couple débit / perte de charge d’équilibre.
Le choix du moteur consiste à calculer le débit nécessaire pour une bonne aspiration, et à s’assurer que le moteur pourra fonctionner à ce débit, tout en compensant les pertes de charges.

Calcul du débit nécessaire


L’INRS propose la formule suivante, pour une bouche d’aspiration circulaire sans collerette :
Q = (10x2 + A)v (1)
Avec :
Q (m3/s) : débit d’aspiration
A (m2) : aire de la bouche d’aspiration,
x (m) : distance entre le centre de l’ouverture et le point d’émission des polluants (recommandée < 0,20 m),
v (m/s) : vitesse d’air induite dans l’axe de la bouche à la distance x (recommandée > 0,5 m/s).

Avec un tuyau de diamètre 160 mm, on obtient un débit théorique de 750 m3/h.

Dimensionner un moteur à l’aide de la courbe débit / perte de charge


Une erreur classique consiste à chercher un moto-ventilateur en ne se focalisant que sur son débit nominal.
Or, le débit indiqué est souvent le débit maximal, pour un fonctionnement à vide.
Prenons l’exemple d’un moteur d’extraction professionnel fourni par la société SEAT Ventilation, le SEAT 20.
Regardons sa courbe débit / pression :



Prenons le cas du modèle fonctionnant à 0,18 kW, représenté par la deuxième courbe rouge en partant du bas.
L’axe horizontal représente le débit, en mètres cubes par heure (m3/h).
L’axe vertical représente la contre-pression, en Pascal (Pa, 1 bar = 100 0000 Pa).
Lorsque le moteur d’extraction fonctionne à vide, il déplace de l’air à un débit d’environ 850 m3/h.
Une perte de charge interne, notée pression dynamique existe déjà au sein du moteur.
Elle est d’environ 37 Pa.
Connectons maintenant un tube droit de 160 mm de diamètre et de 5 m de long.
En canalisant l’air, le tube va opposer une certaine résistance à l’écoulement de l’air, et va développer une contre-pression qui sera d’autant plus importante que le débit augmente dans le tube.
Nous pouvons représenter la relation débit / perte de charge sur le graphique suivant :


Ce type de graphique se calcule à partir de modèles physiques, ou plus simplement à partir d'abaques utilisés par les professionnels de l'aéraulique.
En reportant les points de cette courbe sur la courbe du moteur, le point d’intersection des 2 courbes nous donne le point de fonctionnement :


On voit que le débit est passé de 850 m3/h à 560 m3/h, juste en ajoutant un tuyau droit de 5 m.
Dans la vie réelle, avec des éléments comme des coudes et des filtres, la situation sera bien pire.
On voit donc que le ventilateur, bien qu’annonçant 850 m3/h de débit, ne sera pas adapté à notre projet.
Il faudra choisir un modèle plus performant, comme celui fonctionnant à 0,25 kW.
La documentation du fournisseur nous a permis de comprendre que le moto-ventilateur ne pouvait pas fonctionner à 850 m3/h dans nos conditions d’utilisation.
Elle nous a permis d’identifier un modèle plus adapté.
Si la série SEAT 20, destinée au professionnels, a le mérite d’être bien documentée, ce n'est malheureusement pas le cas des ventilateurs accessibles aux particuliers.

A la recherche de ventilateurs accessibles au particulier


En cherchant des produits abordables, j’ai identifié 2 sources d’approvisionnement : les VMC et les ventilateurs pour culture indoor. Les VMC ont un débit généralement trop faible, à moins d’y mettre le prix, c'est à dire plus de 1000 €. Les ventilateurs de culture indoor affichent des débits intéressants, certains atteignant les 2500 m3/h.
Cependant, leurs courbes débit / pression ne sont pas disponibles.
J’ai cependant pu tester un de ces ventilateurs (dans un cadre autre que la culture indoor, je précise...) et j’ai pu constater que leur débit s’écroulait très rapidement à la moindre contre-pression.
Donc, ces produits sont à bannir, sauf peut-être si vous les incrustez dans un mur en prise directe et que vous rejetez l'air dehors, sans filtration.



Je suis tombé sur un article très intéressant, de quelqu'un qui a réalisé ce que je veux faire.



Si le concept est très intéressant, j'ai des doutes sur l'efficacité de son aspiration, car il utilise un moteur de VMC qui est à priori trop faible.
En remplaçant le moteur de VMC par un moteur adéquat, je pense qu'il est possible d'atteindre mon objectif.

Le matériel d’occasion


Je me suis finalement résolu à rechercher un ventilateur professionnel, mais d’occasion, en espérant trouver la bonne affaire.
J’ai recherché sur le Bon Coin.
Le plus difficile fut de choisir les bons mots clés.
Après quelques tentatives, le mot clé « turbine » se révéla le plus efficace.
J’ai trouvé une « turbine » de marque Nicotra, modèle DD 9/9 550 W.
Elle a un débit de 4700 m3/h à vide et une courbe débit pression plutôt prometteuse.
Je la reçois demain. Si elle est à la hauteur de ses promesses, on va pouvoir s’amuser !




A suivre !

J'ai reçu la turbine aujourd'hui.
Petite séance de déballage de la bête (la turbine, pas le membre du forum ;) !).
Le vendeur m'a emballé ça avec beaucoup de soin :



Juste un raccordement électrique à préparer, et la turbine est prête à être testée :



Le premier test en vidéo :
https://www.youtube.com/watch?v=Jajci9nZRDQ

Elle a une puissance digne d'un réacteur de 747 :D.
Ça devrait bien aspirer les fumées.
Le plus gros reste à faire, désormais.
Il va falloir étudier l'implantation du bras dans l'atelier, la position du moteur, le raccordement aux soupiraux, les filtres.

J'ai commencé à réfléchir à l'intégration de la turbine dans l'atelier.
Parmi les 2 soupiraux disponibles pour évacuer l'air, j'ai choisi celui qui est à l'opposé de l'entrée de l'atelier.
Voici à quoi il ressemble :



Il y a un tuyau d'évacuation d'eaux usées de 100 mm qui passe juste dessous.
Pour aller au plus direct, j'ai choisi de monter la turbine au plafond et de tracer au plus court, avec un conduit sur-mesure :



Il y aura une boîte à filtre entre la turbine et le conduit. Je n'ai pas encore trouvé comment concevoir cette boîte, mais il faudra que le changement des filtres soit le plus simple possible.

Le conduit sera en tôles assemblées par des équerres internes et des vis à tôles. L'étanchéité se fera au scotch alu. Évidemment, d'autres pourraient faire ça de manière plus élégante, par exemple au TIG...
Avant d'aller plus loin, j'ai réalisé un prototype en carton, pour valider les dimensions :





Ce prototype a permis de corriger la hauteur du conduit, côté soupirail. Avec la taille actuelle et les irrégularités du plafond, ça frotte sur le tuyau d'eaux usées.

Quelques nouvelles de mon projet.

J'ai récupéré des anciens panneaux en plastique transparent. Je pense que c'est du PMMA, mais je n'en suis pas sûr.
J'ai également acheté des profilés "équerre" en alu, des rivets aveugles et... une pince à rivets !



C'est parti !

Mes panneaux latéraux ont déjà été découpés à la scie sauteuse, il y a quelques jours.
Je commence par équiper ces panneaux avec les profilés "équerre".
Les cornières sont sciées à chaque changement d'angle, et rivetées au panneau :







Pour les panneaux supérieur et inférieur, je veux utiliser une seule plaque que je plierai à chaque angle.
La plaque mesure 4 mm d'épaisseur.
Pour la plier, je réalise une entaille à la défonceuse :



Je pensais que ça suffirait pour plier la plaque, mais elle tient encore bien.
J'ai peur de la casser.
Plutôt que d'approfondir l'entaille, je teste une autre idée : le chalumeau !



Ca marche !

Je repère le deuxième angle et je réalise la deuxième entaille :



Plus qu'à riveter tout ça ensemble :



La poussière sur les panneaux provient de leur ancienne utilisation. Je n'avais pas pris la peine de l'enlever...
Je le ferai avant de réaliser le deuxième panneau qui fermera la boîte, sinon ça risque d'être plus difficile après !

Si tout va bien, je réalise le deuxième panneau ce soir.

A suivre !

Et voici le conduit avec le panneau inférieur :



Prochaine étape :
finir les extrémités, pour raccorder le conduit au soupirail d'un côté et à la turbine de l'autre.

J'ai terminé le conduit, en ajoutant des équerres aux extrémités. Ces équerres serviront à raccorder le conduit sur le mur et sur la turbine. J'ai également préparé la plaque d'interface entre la turbine et le conduit :



Ensuite, j'ai présenté le conduit au mur :







Ca se présente plutôt bien, mais il y aura du boulot pour combler les trous entre l'équerre inférieure et le mur :





La fixation se fera par les cornières latérales :




J'ai fabriqué un support en bois provisoire, pour pouvoir présenter la turbine à son emplacement définitif :




Avec un peu d'imagination, j'ai trouvé de quoi présenter tout ça à la hauteur :





Pour fixer le moteur au plafond, j'ai deux solutions en tête.
La première solution serait de fixer la turbine au niveau de sa jonction avec le conduit.
La turbine serait alors en porte-à-faux.
La seconde solution serait de suspendre la turbine, en utilisant les nombreux trous présents sur ses flasques.

J'ai une préférence pour la deuxième solution.
Il faudra que je gère également le perçage au plafond.
La position de mon moteur n'est pas très heureuse, je tombe en pleine jonction poutrelle / hourdis :



A suivre...

Suite du feuilleton !

J'ai d'abord réalisé un support pour la turbine, à partir de tôle d'aluminium de récupération, découpée à la scie sauteuse puis percée et vissée :






Pour fixer la tôle sur la turbine, j'ai démonté le moteur, en laissant la cage à écureuil à l'intérieur de l'escargot. De cette manière, j'ai pu passer les mains en déplaçant la cage en fonction de mes besoins, pour installer les rondelles et les écrous.

J'en profiterai pour passer un petit coup de nettoyage au moteur :



J'ai reçu le matériel pour la fixation au plafond : barre de fixation, tiges filetées, écrous et rondelles.
Je me suis fait livrer à mon travail. Pour ramener tout ça chez moi à vélo, j'ai d'abord découpé ma barre de 3 mètres, en 4 morceaux :



Ensuite, direction la maison.
J'ai d'abord roulé comme ça :



Mais les gens me regardaient un peu bizarrement .
Donc, avant de mettre la honte à mes enfants à l'école, j'ai opté pour une solution plus conventionnelle :



J'ai repéré les emplacement des rails au plafond, afin de choisir les emplacements des trous dans les hourdis :




Après un perçage et une fixation des chevilles sans encombres, voici la turbine installée provisoirement avant d'ajuster sa position :





J'ai monté les cornières sur des silentblocks.
Pour l'instant, c'est juste posé. Je couperai et percerai les cornières une fois que tout sera positionné définitivement.
Je vais maintenant m'attaquer à la fixation du conduit sur le soupirail. Ensuite, j'accouplerai la turbine, afin de la fixer définitivement.

Je suis bien content que tout cela avance. J'ai hâte de travailler sur le bras aspirant.
Merci d'avoir lu mon article technique.

Article de matlegore
Par: matlegore

Commentaires (7)

06/09/2018 09:10:21 - Yann
Bonjour,
Je pense qu'aucun filtre ne pourra "filtrer" de la fumée de soudage car les particules qui la composent sont comme pour la fumée de cigarette beaucoup trop fines. La présence du filtre constitue donc une perte de charge préjudiciable à l'écoulement de l'air et cela sans aucun bénéfice.
On utilise en grande majorité dans les installations de ventilation, des ventilateurs centrifuges à "cage d'écureuil". Le problème pour un amateur c'est que ces ventilateurs industriels vendus d'occasion vont être équipés de moteurs électriques triphasés.
Yann

06/09/2018 15:56:26 - ricou26
Bonjour Mathieu:)

je suis de l'avis de Yann pas de filtre tout du moins à part un tamis fin démontable qui évitera au ventilateur centrifuge de ramasser de la limaille ou des particules grossières
cordialement Ricou26:)

PS avec le débit de 4700 m3/h de ta turbine il te faudra aussi redimensionner l'entrée d'air de ton soupirail
pour éviter le paquet de cacahuète sous vide ;)( sucer l'air de ta cave ) ;)

07/09/2018 17:35:19 - Tharkey
Bonsoir,
Merci bien Matlegore pour l'exemple de méthode de calcul de débit.
J'ai récupéré il y a quelques années la turbine de type à cage d'écureuil d'une développeuse/.sécheuse de mon papa-photographe dans le but de me faire une installation de ce type. Pour le moment, le soudage en extérieur et le ventilateur me suffisent ! Pour le moment...

15/09/2018 19:54:52 - matlegore
Bonjour Yann,

Les filtres HEPA bloquent les particules supérieures à 0,3 micron, et les filtres ULPA, celles supérieures à 0,1 micron. Or, dans le document de l'INRS suivant : http://www.inrs.fr/dms/inrs/CataloguePapier/ED/TI-ED-6132/ed6132.pdf, on peut voir que les particules peuvent mesurer 0,01 micron. Donc, vous avez raison, il me semble difficile de filtrer les particules les plus fines. Les pertes de charges sont effectivement un problème qui s'ajoute.
Comme je rejette l'air dans la rue, au niveau d'un trottoir fréquenté, j'ai quand-même des états d'âmes à rejeter les fumées de soudages sans un minimum de filtration.
Autre interrogation : je suis curieux de voir ce que va donner le souffle de la turbine au niveau des pieds des passants. J'ai peur que ce soit un peu trop puissant. Je pense à la photo de Marylin Monroe avec sa jupe qui vole, au dessus d'une bouche d'aération...
Mon moteur centrifuge d'occasion a l'avantage d'être équipé pour le monophasé, d'origine. Pour les autres moteurs triphasés, on peut les transformer en mono, en utilisant un condensateur, mais au détriment des performances. Il faudra alors en tenir compte dans le dimensionnement.

15/09/2018 19:58:53 - matlegore
Bonjour Ricou :),

Oui, l'effet paquet de cacahuète m'inquiète ! Je vais utiliser le deuxième soupirail comme entrée d'air, avec une grille sur toute la surface, pour faire entrer le maximum de débit. Le problème, c'est que je ne sais plus où mettre la sortie de mon sèche-linge, dans tout ça ;)

15/09/2018 20:03:04 - matlegore
Bonsoir Tharkey,

Bon, et bien si mon montage s'avère efficace, il n'y aura plus qu'à faire le même avec la turbine du Papa ;)

15/09/2018 21:44:05 - ricou26
Envoyé par matlegore
Bonjour Ricou :),

Oui, l'effet paquet de cacahuète m'inquiète ! Je vais utiliser le deuxième soupirail comme entrée d'air, avec une grille sur toute la surface, pour faire entrer le maximum de débit. Le problème, c'est que je ne sais plus où mettre la sortie de mon sèche-linge, dans tout ça ;)


Bonsoir Mathieu

oui cette turbine aspire un peu trop quand même;)

heureusement que tu n'a pas une chaudière gaz à cheminée au sous sol sinon elle serait en panne à chaque fois que l'aspirateur de fumée fonctionne :)
je pense que pendant que le sèche linge fonctionne tu n'utilisera pas l'aspirateur de fumée en même temps ( faire des concessions :D)
prévoir quelque chose d'amovible pour le sèche linge
moi je suis obligé aussi de faire des concessions rapport à mon abonnement EDF de 9 kilowatts :D
si la machine à laver fonctionne : pas question d'utiliser le Trimig 300 4s en mème temps
et si le compteur Linky est posé un de ces jours le passage à 12 kilos sera quasiment obligatoire :(

amicalement Ricou26:)