Extrait: La mesure des particules en pratique

Préface

Imaginez-vous allongé sur une plage au soleil, faisant couler le sable entre vos doigts. Le sable fin présente un diamètre moyen du grain de 0,5 mm/500 µm. Le rapport entre un grain de sable et une particule de la taille de 0,5 µm/500 nm, qui n’est plus visible à l’œil nu, correspond approximativement au rapport entre un rocher de 5 m de diamètre et le même grain de sable. Vous pouvez ainsi vous faire une idée des rapports de taille auxquels on est confronté dans la mesure des particules.
Pour pouvoir évaluer le comportement de particules, il importe de connaître leur distribution en masse ou en taille. Il existe différentes méthodes de mesure pour ce faire, et elles dépendent notamment des caractéristiques des particules. Ce Whitepaper a l’objectif de vous fournir les informations fondamentales sur les méthodes de mesure des particules utilisées chez Testo et de vous présenter nos appareils de mesure des particules dans ce contexte. Vous y trouverez des informations et des exemples d’application sur 

  • testo 338, l’appareil de mesure de degré de noircissement pour les gaz d’échappement de moteurs diesel
  • testo 380, l’appareil de mesure des particules fines pour les ramoneurs, conforme au 1er décret allemand relatif à la protection contre les immissions polluantes (BImSchV)
  • testo DiSCmini, l’appareil portable pour mesurer la concentration en nombre de nanoparticules 
  • testo NanoMet3, le PEMS (Portable Emission Measurement System, en français : système portable de mesure des émissions) pour la mesure des émissions de nanoparticules de véhicules.

Vous avez des suggestions supplémentaires ou aimeriez ajouter des informations ? N’hésitez pas à les communiquer à notre équipe de projet chez Testo. Nous tiendrons volontiers compte de vos conseils et suggestions dans les versions suivantes de ce Whitepaper.

Testo offre des appareils de mesure de particules pour les domaines d’utilisation les plus divers.

Introduction à la mesure des particules chez Testo

La mesure des particules en général

Les particules sont les éléments d’un mélange hétérogène de substances qui se délimitent clairement du fluide environnant, soit un gaz tel que l’air, soit un liquide. Si ce mélange de substances consiste en un gaz et des particules en suspension dans ce gaz, il s’agit d’un aérosol, alors qu’une suspension désigne un mélange de liquide et de matières solides.

Chez Testo, nous nous intéressons à la mesure d’aérosols, donc des particules contenues dans l’air ambiant ou émises dans l’air.

De telles particules peuvent être d’origine naturelle ou le résultat d’activités de l’homme. Des particules de sable, soulevées et emportées par le vent, l’écume qui se forme sur la côte par temps de tempête, les cendres et la suie transportées sur des kilomètres par l’air lors d’incendies de forêt ou d’éruptions de volcan : les particules sont émises depuis la nuit des temps. Sauf que nos ancêtres n'avaient pas conscience des dangers inhérents à certaines de ces particules. Ainsi, une analyse d’Ötzi, la momie gelée, a révélé qu’une grande quantité de particules générées par le feu de camp auquel il devait être assis tous les soirs s’était déposée dans les poumons [1].

Les particules fines présentes aujourd’hui dans les villes proviennent en grande partie de la circulation routière, de processus industriels et du chauffage de notre habitat. En revanche, l’air marin chargé de particules de sel montre que toutes les particules émises n’ont pas forcément un effet négatif sur la santé. Malheureusement, les substances dangereuses pour la santé, fabriquées par l’homme, représentent une grande partie des particules fines à l’heure actuelle [2].

[1] https://www.researchgate.net/publication/267237729_EFTEM_tells_us_what_the_Tyrolean_Iceman_inhaled_5300_years_ago)
[2] https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/wirkungen-von-luftschadstoffen/wirkungen-auf-die-gesundheit#textpart-1

Le sable fin présente un diamètre moyen du grain de 500 µm, les particules fines de moins de 10 µm.
Comparaison des tailles de particules

Pourquoi mesurer les particules?

Il y a différentes raisons pour la mesure des particules. Outre le contrôle de la charge en particules fines dans les villes, on mesure également les particules pour évaluer l’efficacité de processus de combustion ou pour analyser les caractéristiques de matériaux. Parmi ces différentes raisons, nous avons identifié les trois suivantes pour nos appareils de mesure.

Aspects sanitaires
Aujourd’hui, nous faisons quasiment tout pour préserver la santé. Nous avons pris conscience d’une alimentation saine, nous faisons du sport et évitons des activités qui affectent la santé. Ce sont les facteurs évidents.

Mais lorsque nous nous intéressons aux particules fines d’une taille des particules de 10 µm au maximum, nous nous rendons vite compte que cette menace pour la santé ne se voit pas en jetant un regard par la fenêtre tous les matins. Alors que les particules d’une taille de 10 µm – ce qui est déjà cinq à huit fois plus fin qu’un cheveu humain – sont filtrées par les voies respiratoires supérieures et ne parviennent pas jusqu’aux bronches, les particules plus petites d’une taille d’environ 1 µm arrivent à y pénétrer. Les particules ultrafines, c’est-à-dire les nanoparticules d’une taille inférieure à 0,1 µm, ne se déposent pas seulement dans les alvéoles pulmonaires mais pénètrent aussi dans la circulation sanguine. Ainsi, elles peuvent être transportées à chaque organe et s’y déposer [3]. D’autres substances adhèrent souvent à la surface des particules. S’il s’agit d’hydrocarbures nocives, les particules fines peuvent représenter un grand risque pour la santé.

C'est une bonne raison pour limiter les émissions de particules fines et pour documenter le succès par des mesures régulières des concentrations.

Un feu au poêle à bois répand une chaleur agréable mais émet aussi des particules fines.

Efficacité des machines et surveillance des processus
Nous avons déjà mentionné le chauffage de notre habitat comme l’une des sources d’émission de particules fines. Dans ce domaine, nous sommes confrontés à un dilemme : l’optimisation des processus de combustion a réduit d’une part l’émission de particules mais produit plus de petites particules d’autre part, donc des particules qui alourdissent le bilan des particules fines. En vue d’une exploitation plus écologique de ces chauffages, il ne suffit pas de contrôler l’émission de particules lors de la conception et de l’optimisation de nouveaux systèmes. Le respect des valeurs limites d’émission doit aussi être vérifié régulièrement.

La même réflexion est à la base du contrôle régulier des émissions de particules des véhicules. Dans ce contexte, les moteurs diesel, décriés comme polluants, sont souvent critiqués à tort. Il est certes nécessaire de vérifier régulièrement le fonctionnement d’un filtre à particules. Mais un moteur diesel moderne, équipé d’un filtre efficace, émet aujourd’hui moins de nanoparticules qu’on ne peut recenser en nombre dans l’air ambiant dans une rue à circulation moyenne. Dans ce contexte, ce sont plutôt les moteurs à essence à injection directe (GDI) qui représentent un risque pour la santé par l’émission de particules ultrafines ; ils doivent aussi être équipés de filtres efficaces et soumis à des contrôles réguliers à l'avenir [4].

Caractéristiques des matériaux
Ce n'est pas seulement la quantité des particules qui fait l’objet des mesures de particules. Il existe aussi des méthodes de mesure destinées à renseigner sur les caractéristiques qualitatives des particules. Si l’on fait par exemple grossir des particules dans un processus (granulation), la vitesse de croissance et la taille réalisable des particules influencent les caractéristiques telles que la solidité des particules ou la vitesse de désagrégation des particules dans des liquides.

[3] https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es0522635
[4] https://www.zeit.de/mobilitaet/2017-02/feinstaub-auto-partikelfilter-abgas-diesel-benziner-eu/seite-2

La vitesse de dissolution des particules dans un liquide dépend aussi de la vitesse à laquelle la granulation s'est déroulée.

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Vous vous intéressez à l’univers des nanoparticules et voulez apprendre plus sur les différentes méthodes de mesure et instruments de mesure ? Alors téléchargez gratuitement le Whitepaper « La mesure des particules en pratique ». L’enregistrement ne dure qu’une minute et vous aurez un aperçu détaillé des 

  • Tailles et caractéristiques des particules
  • Différentes méthodes de mesure des particules
  • Appareils de mesure de particules homologués de Testo
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