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Essais pour utiliser les différentes fonctionnalités et comment.

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Dans un avenir proche je vais essayer de modifier la page sur les UFP, afin d'y intégrer un descriptif d'un appareil de mesures de ces particules ultrafines. C'est fait, voici le lien : Spectromètre de mobilité électrique.

Scanning Mobility Particle Spectrometer

Un spectromètre de mobilité électrique, ou SMPS (en anglais Scanning Mobility Particle Sizer ou Scanning Mobility Particle Spectrometer) est un appareil qui permet de quantifier la concentration dans l'air en ultrafines particules. Il mesure la distribution de taille de particules d’aérosols en fonction de leur diamètre de mobilité électrique en utilisant un analyseur de mobilité différentielle (DMA) et en comptant les particules à l’aide d’un compteur de particules par condensation (CPC). Le SMPS est largement utilisé dans les études environnementales, la recherche atmosphérique, les études de formation de particules de nouvelle génération, les études d’échappement de combustion et de moteur, les mesures de qualité de l’air intérieur, les études de toxicologie par inhalation et la recherche et la synthèse de nanomatériaux. La distribution de tailles (soit de diamètres particulaires) et leurs concentrations respectives sont mesurées en continu, offrant ainsi un spectre des différentes tailles au cours du temps.^[1]

De manière globale, son fonctionnement est le suivant : l'air à analyser est pompé au travers d'une source ionisante (neutralizer en anglais) qui va établir une distribution de charge connue. Ensuite, l'exposition à un champ électrique dans le DMA va isoler un certain diamètre particulaire, qui est fonction de la tension générant le champ (une valeur de tension correspondant à une valeur de diamètre de particule qui traverse le DMA). Enfin, ces particules de même diamètre seront comptées par un dispositif optique (CPC). L'entrée d'air à analyser peut être équipée d'une tête d'impaction.

Principe de fonctionnement

Tête d'impaction

Une tête d'impaction est un dispositif utilisant les principes de la mécanique des fluides pour piéger, par leur inertie, les plus grosses particules présentes dans l'air. L'entrée d'échantillonnage du SMPS est ainsi protégée des grosses poussières et des insectes, l'air qui y entre ne contient plus que les particules fines à quantifier^[2].

Neutraliseur

Le flux d'air va ensuite passer au travers d'une source ionisante. L'air échantillonné sera exposé à des hautes concentrations d'ions positifs et négatifs, après un certain nombre de collisions la distribution de charge sera stable et connue. Le neutraliseur est également utilisé pour éliminer les charges électrostatiques des particules en aérosol. La distribution de charge issue du neutraliseur est une distribution de charge équilibrée qui suit la loi de Boltzmann.^[3]

DMA ( Differential Mobility Analyser )

L'échantillon pénètre ensuite dans un analyseur à mobilité différentielle. L'air et l'aérosol (dont la distribution de charge est maintenant équilibrée et connue) sont ensuite introduits dans un canal d’écoulement d’air. Une électrode tubulaire centrale, et une autre concentrique, génèrent dans ce trajet du fluide un champ électrique. Dans le canal, les particules sont dont soumises à un champ électrique uniforme et à un flux d’air. Les particules se déplacent alors à une vitesse qui dépend de leur mobilité électrique. A une tension donnée, seules les particules d'un certain diamètre vont suivre ce canal jusqu'à en sortir ; les plus petites et les plus grosses iront s'écraser sur les électrodes.^[4]

CPC ( Condensation Particle Counter )

Article détaillé : en:Condensation particle counter.

L'air ne contient maintenant que des particules d'un certain diamètre. Le flux est introduit dans un CPC, un compteur de particule à condensation, qui permet de mesurer la concentration de particules dans un échantillon d’aérosol. Le CPC fonctionne en utilisant la condensation de vapeur de butanol sur les particules présentes dans l’échantillon. Les particules sont exposées à une vapeur de butanol chauffée à 39°C. La vapeur de butanol se condense sur les particules, augmentant leur taille, facilitant ainsi leur détection optique. Les particules sont ensuite exposées à un faisceau laser, et chaque particule diffuse de la lumière. Les pics d’intensité de lumière diffusée sont comptés en continu et exprimés en particules/cm³.

Résultats

Les résultats obtenus par ce type d'appareil comportent donc la distribution de tailles de particules dans l'air en continu. Le DMA va générer des allers-retours de tension entre ses électrodes de 0 à 10 000 V, correspondant à une plage de mesure de 8 nm à 800 voire 1000 nm, et le CPC va quantifier chacun de ces diamètres.

Une tête d'impaction est un dispositif utilisant les principes de la mécanique des fluides pour piéger, par leur inertie, les plus grosses particules présentes dans l'air.^[5]. Les dispositifs les plus répandus effectuent un filtrage des particules de diamètres supérieurs à 2,5 ou 10 µm, permettant ainsi à un analyseur de quantifier respectivement les fractions PM2,5 et PM10 dans l'air ambiant.

Principe de fonctionnement

Une tête d'impaction est un dispositif filtrant qui contraint un flux d'air à suivre un trajet fluidique d'une géométrie bien spécifique. L'un des coudes de ce trajet comporte une plaque graissée. L'inertie plus élevée des grosses particules les rendra incapables de suivre ce virage serré ; elles iront percuter la plaque et resteront prisonnières de la graisse. ^[6]

Les pages 24 et 25 du rapport de Bruxelles Environnement intitulé FUMÉES NOIRES ET PARTICULES FINES expliquent le principe de fonctionnement d'une tête d'impaction^[7].

Image

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A9leveur_d%27air_ambiant#/media/Fichier:Air_quality_monitoring_in_Aquitaine,_France-pic3.JPG

Essai de traduction vers l'anglais

Principle of operation

The air to be analyzed is pumped through an ionizing source (neutralizer in English) which will establish a known charge distribution. Then, exposure to an electric field in the DMA will isolate a certain particle diameter, which is a function of the voltage generating the field (a voltage value corresponding to a particle diameter value that passes through the DMA). Finally, these particles of the same diameter will be counted by an optical device (CPC)^[8]. The air inlet to be analyzed can be equipped with an impaction head.

Impaction head

An impaction head is a device that uses the principles of fluid mechanics to trap, by their inertia, the largest particles present in the air. The sampling inlet of the SMPS is thus protected from large dust and insects, the air that enters it contains only the fine particles to be quantified^[9].

Neutralizer

The air flow then passes through an ionizing source. The sampled air will be exposed to high concentrations of positive and negative ions, after a certain number of collisions the charge distribution will be stable and known. The neutralizer is also used to eliminate electrostatic charges from aerosol particles. The charge distribution from the neutralizer is a balanced charge distribution that follows Boltzmann’s law^[10].

DMA (Differential Mobility Analyzer)

The sample then enters a differential mobility analyzer. The air and aerosol (whose charge distribution is now balanced and known) are then introduced into an air flow channel. A central tubular electrode, and another concentric one, generate an electric field in this fluid path. In the channel, the particles are subjected to a uniform electric field and an air flow. The particles then move at a speed that depends on their electrical mobility. At a given voltage, only particles of a certain diameter will follow this channel until they exit; the smallest and largest will crash into the electrodes^[11].

CPC (Condensation particle counter)

The air now contains only particles of a certain diameter. The flow is introduced into a CPC, a condensation particle counter, which measures the concentration of particles in an aerosol sample. The CPC works by using butanol vapor condensation on the particles present in the air sample. The particles are exposed to butanol vapor heated to 39°C. The butanol vapor condenses on the particles, increasing their size and thus facilitating their optical detection. The particles are then exposed to a laser beam, and each particle scatters light. The peaks of scattered light intensity are continuously counted and expressed in particles/cm³.

Results

The results obtained by this type of device therefore include the distribution of particle sizes in the air continuously. The DMA will generate voltage back-and-forth between its electrodes from 0 to 10,000 V, corresponding to a measurement range of 8 nm to 800 or 1000 nm, and the CPC will quantify each of these diameters.

Scanning Mobility Particle Spectrometer Instrument Handbook^[12].