Frederick Cottrell (1877-1948) était l’inventeur du précipitateur électrostatique, un dispositif important qui élimine la poussière et les particules de fumée des gaz. Il est principalement utilisé pour collecter les émissions polluantes des installations industrielles – rien qu’aux États-Unis, plus de 100 millions de tonnes de particules autrement polluantes sont capturées par cet appareil chaque année.
Le précipitateur électrostatique a connu un succès rapide et a été adopté par les industries de la fonderie et de l’acide sulfurique, ainsi que par les cimenteries. Il était utilisé pour éliminer le goudron des gaz de four à coke, pour purifier l’air dans les systèmes de climatisation, pour éliminer les vapeurs acides dans les raffineries et les usines chimiques, pour éliminer les cendres volantes des gaz dégagés par les grandes centrales électriques au charbon, pour éliminer la fumée des l’air (comme dans certains purificateurs d’air domestiques) et pour récupérer des particules de métaux précieux comme le cuivre et l’étain. Cottrell croyait que le produit des inventions devait être utilisé pour financer de nouvelles recherches, et donc en 1912, il créa la Research Corporation à but non lucratif et donna ses brevets de précipitateur électrostatique à la société. Les revenus importants de ces brevets ont finalement été utilisés pour financer la recherche sur les fusées, les accélérateurs de particules et une forme très ancienne de laser appelée maser.
En 1911, Cottrell rejoint l’United States Bureau of Mines, où il supervise les travaux sur la récupération de l’hélium des puits de gaz. En 1922, il travaille pour le ministère de l’Agriculture, contribuant à la production d’ammoniac pour les engrais. Plus tard dans sa vie, il est devenu consultant. Cottrell a été l’un des premiers défenseurs de la coopération des scientifiques internationaux, ainsi que de la langue universelle, l’espéranto.
Le précipitateur électrostatique
Alors que les cheminées industrielles devenaient courantes au tournant du siècle, Frederick Cottrell s’est rendu compte que la pollution pouvait être contrôlée et que des matières premières précieuses disparaissaient dans l’atmosphère avec les gaz indésirables. En 1907, il a déposé une demande de brevet pour un appareil qui transmettait un courant continu à haute tension à une électrode de décharge qui faisait fuir la charge sur les particules passant dans les fumées. Ces particules chargées étaient ensuite électriquement attirées vers une électrode de charge opposée, où elles pouvaient être collectées et récupérées sous forme de minéraux ou de composés chimiques précieux. Le précipitateur électrostatique de Cottrell, connu simplement sous le nom de « Cottrell », a éliminé de 90 à 98 % de toutes les particules de la fumée et des gaz qui s’échappaient. Le terme « cottrell » peut encore être trouvé dans le dictionnaire intégral.
Cottrell est né à Oakland, en Californie, et a obtenu son BS de l’Université de Californie à Berkeley. Il a enseigné la chimie au lycée avant d’obtenir son doctorat de l’Université de Leipzig en 1902. En 1912, Cottrell a cofondé Research Corporation, un groupe à but non lucratif qui a réinvesti l’argent des inventions dans l’avancement de la science. Research Corporation a depuis financé des recherches fondamentales sur des inventions aussi importantes que la vitamine B1 de Williams, les fusées de Goddard et le cyclotron de Lawrence.
Qu’est-ce qu’un dispositif de précipitation électrostatique ?
Dépoussiéreur électrostatique, également appelé purificateur d’air électrostatique, un appareil qui utilise une charge électrique pour éliminer certaines impuretés (particules solides ou gouttelettes liquides) de l’air ou d’autres gaz dans les cheminées et autres conduits de fumée. Le précipitateur fonctionne en appliquant de l’énergie uniquement à la matière particulaire collectée, sans entraver de manière significative l’écoulement des gaz. Conçus à l’origine pour la récupération de matériaux de processus industriels précieux, les précipitateurs électrostatiques sont utilisés pour le contrôle de la pollution de l’air, en particulier pour éliminer les particules nocives des gaz résiduaires dans les installations industrielles et les centrales électriques. En cas de rejet dans l’atmosphère, ces particules réduisent la visibilité, peuvent contribuer au changement climatique et entraîner de graves problèmes de santé chez l’homme, notamment des lésions pulmonaires et des bronchites. Les précipitateurs électrostatiques peuvent capturer les particules fines (c’est-à-dire celles dont le diamètre est inférieur à 2,5 microns [0,0001 pouce]), qui sont particulièrement dangereuses si elles sont libérées car elles peuvent être aspirées profondément dans les poumons et déclencher des réactions inflammatoires.
En 1824 M. Hohlfeld, professeur de mathématiques à Leipzig, a décrit pour la première fois la précipitation des particules de fumée par l’électricité. Le premier procédé à succès commercial a été breveté en 1908 à la suite d’expériences menées par un chimiste américain Frederick Gardner Cottrell à l’Université de Californie, Berkeley. Les premières unités étaient utilisées pour éliminer le brouillard d’acide sulfurique et les fumées d’oxyde de plomb émises par les activités de fabrication et de fusion d’acide. Les appareils ont aidé à protéger les vignobles du nord de la Californie contre les émissions de plomb.
Conception et processus
Les précipitateurs fonctionnent en chargeant électrostatiquement les particules dans le flux de gaz. Les particules chargées sont attirées et déposées sur des plaques ou d’autres dispositifs de collecte. L’air traité passe ensuite hors du précipitateur et à travers une cheminée dans l’atmosphère. Lorsque suffisamment de particules se sont accumulées sur les dispositifs de collecte, elles sont secouées des collecteurs par des rappeurs mécaniques. Les particules, qui peuvent être humides ou sèches, tombent dans une trémie au bas de l’unité et un système de convoyeur les transporte pour être éliminées ou recyclées. Les précipitateurs sont souvent déployés avec des unités de dénitrification qui éliminent les oxydes d’azote et des épurateurs ou d’autres dispositifs qui éliminent le dioxyde de soufre. La conception la plus élémentaire du précipitateur consiste en une rangée de fils verticaux minces et une pile de grandes plaques métalliques verticales plates. Les plaques sont espacées de moins de 1,3 cm (0,5 pouce) à environ 17,8 cm (7 pouces), selon l’application. Le flux de gaz s’écoule horizontalement entre les fils et à travers l’empilement de plaques. Une charge négative de plusieurs milliers de volts est appliquée entre les fils et les plaques pour éliminer les impuretés du flux de gaz.
Les précipitateurs à plaques sont souvent commercialisés auprès du public en tant que purificateurs d’air ou en remplacement permanent des filtres de fournaise. Contrairement à certaines autres technologies de purification de l’air, elles ne deviennent généralement pas des lieux de reproduction pour les formes nocives de bactéries. Pourtant, les plaques peuvent être difficiles à nettoyer et peuvent également produire de l’ozone et des oxydes d’azote. Certains filtres de précipitation grand public sont vendus avec des nettoyants spéciaux qui permettent de retirer et de tremper l’ensemble du réseau de plaques pendant plusieurs heures, ce qui détache les particules.
Les usages
Les précipitateurs électrostatiques sont des outils importants dans le processus de nettoyage des gaz de combustion. Ils sont très efficaces pour réduire la pollution par les particules, y compris les particules dont la taille est d’environ 1 micron (0,00004 pouce) de diamètre, et certains précipitateurs peuvent éliminer les particules de 0,01 micron de diamètre. De plus, ils peuvent traiter de grands volumes de gaz à différentes températures et débits, en éliminant soit les particules solides, soit les gouttelettes liquides.
Les précipitateurs électrostatiques sont disponibles dans de nombreuses tailles et types différents, conçus pour diverses caractéristiques de poussière et de gouttelettes d’eau et de débits volumiques de gaz. Certains types sont conçus pour fonctionner avec des flux de gaz présentant des caractéristiques particulières de température et d’humidité. 
Les précipitateurs électrostatiques secs fonctionnent au-dessus du point de rosée du flux de gaz pour éliminer les impuretés de la fumée et de la poussière. Les précipitateurs électrostatiques humides, en revanche, fonctionnent avec des courants d’air saturés qui ont une humidité relative de 100 %. Les précipitateurs humides sont couramment utilisés pour éliminer les gouttelettes de liquide, y compris l’huile, la résine, le goudron, et le brouillard d’acide sulfurique, des flux de gaz dans les environnements industriels. Ils sont appliqués là où les gaz sont chargés d’humidité, contiennent des particules combustibles ou ont des particules qui peuvent être collantes.
Les très grandes centrales électriques peuvent avoir plusieurs précipitateurs pour chaque unité, tandis que les résidences peuvent avoir un seul précipitateur, qui n’est souvent que légèrement plus grand qu’un aspirateur domestique. Certains dépoussiéreurs peuvent collecter 99,9 % ou plus de la poussière (qui peut contenir de l’arsenic , des acides et d’autres produits chimiques) de l’échappement des gaz, en fonction de la température et du débit du gaz, de la taille et de la composition chimique des particules, et de la conception du précipitateur et la tension qu’il applique au gaz. Ils ont été utilisés dans les applications industrielles et domestiques suivantes :
Élimination de la saleté des gaz de combustion dans les centrales à vapeur
Élimination des brouillards d’huile dans les ateliers d’usinage
Élimination des brouillards acides dans les usines de traitement chimique
Épuration des gaz de haut fourneau
Éliminer les bactéries et les champignons dans les milieux médicaux et les installations de production pharmaceutique
Purification de l’air dans les systèmes de ventilation et de climatisation
Récupération de matériaux à partir de flux de gaz (y compris les oxydes de cuivre, de plomb et d’étain)
Séparation du rutile du sable de zirconium dans les broyeurs à sec et les usines de récupération du rutile
Frederick Gardner Cottrell (1877-1948)
Éducateur et scientifique américain qui a inventé le précipitateur électrostatique industriel (1907), qui élimine les particules en suspension des flux de gaz. Il a breveté «l’art de séparer les particules en suspension des corps gazeux» (n ° 895 729). Pour les électro chimistes, il est surtout connu pour l’équation de Cottrell. Les précipitateurs électrostatiques sont encore largement utilisés pour réduire la pollution de l’air par la fumée des centrales électriques et la poussière des fours à ciment et d’autres sources industrielles. Cottrell a contribué au développement d’un procédé de séparation de l’hélium du gaz naturel et a également joué un rôle déterminant dans l’établissement de l’industrie de l’ammoniac synthétique aux États-Unis lors des tentatives de perfectionner un procédé à haute température pour la formation d’oxyde nitrique.
http://www.madehow.com/inventorbios/89/Frederick-Gardner-Cottrell.html
https://www.britannica.com/technology/electrostatic-precipitator