Cette étude présente une méthode novatrice utilisant la microscopie optique et des techniques avancées de vision par ordinateur pour étudier le dépôt d'aérosols sur des surfaces complexes, telles que celles des gaines de ventilation. Le dispositif expérimental comprend un microscope optique motorisé et autofocus et propose l'utilisation d'un réseau de neurones convolutif, en l'occurrence le réseau Cellpose, pour traiter les images acquises. Les résultats montrent une performance élevée du réseau, surpassant même celle d'humains non expérimentés dans l'annotation des images. La comparaison entre la granulométrie obtenue par le réseau et celle mesurée expérimentalement révèle une bonne corrélation, bien que la méthode globale (incluant le réseau et l’extrapolation 3D) présente une surestimation de la masse des particules. Ces avancées offrent des perspectives prometteuses pour l'étude automatisée des aérosols supermicroniques déposés sur des surfaces variées.

En raison du réchauffement climatique, il est attendu que les concentrations de pollens soient plus élevées avec une saison pollinique plus longue, intensifiant par conséquent la gravité des symptômes causés par les allergies associées aux pollens. Cette problématique concerne particulièrement les espèces invasives comme l’ambroisie (Lake, 2017). Dans ce contexte, il existe un besoin réel de densifier les réseaux d’observation et géolocaliser les sources polliniques pour évaluer la propagation de ces espèces invasives, prévenir les symptômes de polypose, avec des instruments automatiques à coûts raisonnables qui identifient rapidement la présence de ces grains de pollen. La méthode standardisée et actuelle est la collecte de grains de pollens présents dans l'air par impaction à l'aide d'un piège pollinique. Les échantillons récoltés subissent un traitement chimique pour être ensuite analysés au microscope optique par un palynologue qui quantifie les grains de pollens. Cette analyse palynologique est cependant un processus lent, laborieux et coûteux. Dans ce contexte, nous avons cherché à développer une chaîne analytique complète et automatisée de mesures, entraînable pour la reconnaissance et le comptage des grains de pollens, inspirée de la norme actuelle EN 16868-19. Pour cela, nous avons utilisé une nouvelle approche combinant plusieurs outils analytiques comme la collecte des pollens, une acquisition numérique directe des images et la reconnaissance des pollens par apprentissage profond. Notre dispositif (Aerōtape) a été conçu pour éviter le temps passé par les palynologues sur les analyses en différé, suivre les concentrations de pollens en continu, augmenter le nombre de données, et densifier le nombre de sites d'observation. Notre étude se concentre sur le suivi temporel des concentrations de pollens d’ambroisie dont les données seront intercomparées avec celles d’un capteur Hirst afin de valider notre méthodologie et évaluer les performances de l’Aerōtape.

À ce jour, en raison du changement climatique, les allergies aux pollens et les maladies respiratoires associées constituent un problème majeur de santé publique. Dans un avenir proche, il est attendu que les concentrations de pollen soient plus élevées avec une saison pollinique plus longue, ce qui augmentera la gravité des symptômes. Cela sera particulièrement vrai en raison de l’invasion de plantes du sud vers le nord de l’Europe comme par exemple le pollen d’Ambrosia artemisiifolia communément appelé Ambroisie. Dans ce contexte, il existe un réel besoin d’identifier quotidiennement les grains de pollens en suspension dans l’air en utilisant des méthodes temps réel pour prévenir les symptômes de polypose et évaluer la propagation d’espèces invasives. Pour répondre à ce besoin, la méthode standardisée actuelle est la collecte de grains de pollen présents dans l'air par impaction à l'aide d'un piège à spores muni d’un ruban adhésif. L’échantillon récolté subit un traitement chimique pour être ensuite analysé par microscopie optique par un palynologue. Cependant, l'analyse palynologique pour détecter et quantifier les grains de pollen sur des lames de microscope colorées est un processus lent et laborieux. Dans ce contexte, nous avons cherché à développer une chaine analytique complète et automatisée et entraînable pour la reconnaissance et le comptage des grains de pollen en s’inspirant de la norme actuelle. Pour cela nous avons utilisé une nouvelle approche qui combine plusieurs outils comme la digitalisation et l’apprentissage profond. Ce dispositif a été conçu pour éviter le temps passé par les palynologues au microscope afin d’augmenter le nombre de sites d'observations. Nos résultats ont montré qu'après la numérisation de lames écoles concernant 16 pollens différents, notre processus peut identifier les différents pollens sur 100% de la surface de la lame avec une erreur maximale sur l’espèce de 3% en moins de 2 heures.

Dans les installations nucléaires, la surveillance obligatoire de la contamination aéroportée est opérée par des instruments dédiés qui collectent les aérosols sur un filtre, mesurent la radioactivité déposée et déclenchent une alarme lorsqu'un seuil prédéterminé en activité est dépassé. Cette mesure et donc les alarmes sont très influencées par les variations en taille et concentration des aérosols. Afin de contourner cette difficulté, nous nous intéressons à l’apport de l’intelligence artificielle pour obtenir de l’information sur la granulométrie des aérosols et sur la présence d’émetteurs alpha artificiels, à partir d’un spectre. L'objectif final est de réduire le taux de fausses alarmes.

L’objectif de cette étude est d’estimer les perméabilités de médias fibreux constitués d’une distribution multimodale de diamètres de fibres. Des microstructures tridimensionnelles ont été générées à l’aide du logiciel Geodict (2022), avec des compacités variant de 0,01 à 0,20 et des diamètres de fibres s’étendant de 1,5 µm à 30 µm, suivant des distributions bimodales, trimodales, quadrimodales et décamodales. L’approche classique de prédiction de la perte de charge consiste à assimiler ces structures fibreuses complexes à des structures constituées d’un seul diamètre de fibres. S’il existe déjà dans la littérature scientifique, différentes corrélations permettant d’estimer le diamètre équivalent de telles structures fibreuses, aucune ne semble en mesure de prédire précisément la perméabilité lorsqu’elles sont combinées au modèle d’Happel modifié. Les perméabilités obtenues par simulation numérique ont ainsi permis d’introduire une nouvelle expression de diamètre équivalent et d’aboutir à une meilleure prédiction de la perméabilité d’une distribution multimodale de fibres.

La réduction de la concentration des aérosols (fines et ultrafines) en suspension est indispensable afin d’améliorer la qualité de l’air extérieur dans les milieux urbains. Notre projet vise à capturer des particules fines dans l’air avec une solution simple, mais efficace et éco-responsable. Deux prototypes ont été installés à proximité des deux axes routiers bien fréquentés de l’agglomération de Strasbourg (France), pour l’étude du captage des particules fines et ultrafines avec des pièges passifs, lavables, régénérables, avec une faible consommation d’énergie, tout en respectant la nature et le bien-être de la communauté environnante. Les pièges ont permis de capturer jusqu’à 90 g PMtotal/m² sur une période d’exposition de 14 semaines. Les modèles empiriques ainsi que des simulations théoriques sont en cours de développement, et basées sur différentes données collectées in situ, en temps réel tout au long de l’expérience. La solution proposée pourrait être un moyen efficace dans la réduction des fortes pollutions par des particules d’une agglomération urbaine.

Les particules ultrafines (PUF) peuvent nuire à notre santé en pénétrant dans nos poumons et notre système sanguin. Les cabines des véhicules peuvent contenir jusqu'à cinq fois plus de concentration de pollution (y compris de particules ultrafines) que l'air extérieur. Pour améliorer la qualité de l'air dans l'habitacle, nous avons développé un système de filtre à air intelligent composé de deux filtres : un préfiltre et un filtre à haute efficacité (HEPA) intégrés dans une unité de filtration pour le module de chauffage, ventilation et climatisation (HVAC). Le filtre HEPA élimine plus de 99,95 % de tous les polluants et, grâce à un contrôle intelligent, n'est activé que dans les environnements pollués. Le système de volets de commande intelligents, associé à un algorithme, ajuste et déclenche les modes d'air du système. Nous avons testé le système dans une voiture électrique, démontrant ses avantages pour les occupants.

Les couches minces déposées par procédés en voie sèche suscitent une grande attention en raison de la large gamme de fonctionnalités qu’elles peuvent développer. Dans ce contexte, l'injection de précurseurs liquides dans un plasma via l’injection d’un aérosol est une alternative aux méthodes classiques en phase gazeuse. Néanmoins, l'interaction entre le plasma et l'aérosol est un problème complexe qui demande la compréhension de phénomènes à l'intersection de la physique et de la chimie. En particulier, il est fondamental de contrôler la forme et la nature de l'aérosol, ainsi que l'interaction entre les gouttelettes liquides et le plasma. Ce dernier est un problème d'interface, conduisant à la fois à l'évaporation des gouttelettes et à la modification de leur nature chimique, influençant finalement les paramètres du plasma et la structure du film mince déposé. L'étude présentée a pour objectif de définir et de décrire les interactions plasma-gouttelette. Plus particulièrement, l'objectif est de caractériser la dynamique de l'aérosol et des gouttelettes. Notamment, le comportement de liquides purs ou de mélanges homogènes est étudié, offrant la possibilité d’optimiser les procédés assistés par aérosols avec des formes et des tailles de gouttelettes contrôlées.

L’étude du scénario d’accident de perte de vide par entrée d’air dans le futur tokamak ITER conduit à examiner en particulier la remise en suspension de particules solides et microniques au voisinage d’une paroi solide plane sous l’effet d’un écoulement en gaz rarifié. Ce problème est régi par les équations de Stokes avec des conditions aux limites qui font intervenir une condition de glissement de Navier (Navier, 1823) à la fois sur la surface plane de la paroi et sur la surface de la particule. La résolution proposée pour résoudre ces équations repose sur une formulation utilisant des équations intégrales de frontière.

Dans le cadre de la mise au point et de la validation de méthodes pour la mesure des aérosols, un exercice d’intercomparaison portant sur la mesure de la distribution granulométrique des aérosols solides impliquant des granulomètres optiques a été organisé à l’échelle nationale. Cet essai inter-laboratoires s’est déroulé sur une durée de 18 mois et a porté sur trois échantillons. Seize partenaires ont été impliqués avec 35 appareils de mesure. Les mesures ont été normalisées par rapport à une mesure réalisée simultanément avec un spectromètre commun de contrôle lors des expérimentations menées chez chaque partenaire.

Du fait de leur aptitude à mesurer des événements transitoires, les photomètres sont de plus en plus utilisés pour la caractérisation des aérosols dans les atmosphères de travail. Malgré la nécessité de déterminer un facteur de calibrage pour obtenir des données de concentrations massiques plus précises pour un aérosol donné, des comparaisons avec des mesures gravimétriques sont rarement mises en œuvre et les utilisateurs travaillent généralement avec les données brutes non corrigées. Ce travail, réalisé dans le secteur du teillage du lin, avait pour objectif de comparer les concentrations massiques instantanées en poussières mesurées par six photomètres. Les instruments étudiés sont tous capables d’apporter des informations pertinentes sur l’évolution qualitative de la concentration massique au cours du temps et permettent de mieux comprendre les situations de travail. Les photomètres basés sur la technologie DRX constituent, sur la base de cette intervention, les instruments les plus adaptés au suivi quantitatif des poussières grossières de teillage. Les autres instruments présentent des sous-estimations plus ou moins prononcées qui nécessiteraient la correction du signal brut par un facteur de calibrage compris entre environ 2 et >10 en fonction du photomètre considéré.

Les poussières désertiques en phase aérosol affectent le climat, la biogéochimie et la qualité de l’air. De ce fait, la mesure de leur concentration est intéressante pour de nombreuses parties prenantes telles que la communauté scientifique, les décideurs politiques et les institutions de santé publique. Or, à l’heure actuelle, il n’est pas trivial de déterminer la nature chimique et l’origine des aérosols et donc d’agir sur les sources. Les techniques utilisées pour y parvenir sont à la fois complexes et coûteuses (chimie analytique, modèles météorologiques). L’Aerōtape, quant à lui, est un instrument relativement simple et robuste qui permet, grâce à un microscope embarqué, de visualiser les particules (1 – 100 µm) collectées par un impacteur in situ et à fréquence relativement élevée (un point toutes les 3 minutes). Couplée à un algorithme d’intelligence artificielle, l’imagerie confère à cet instrument le potentiel de classifier les particules, et notamment les poussières minérales. L’objectif final de cette étude est d’étudier la capacité de l’Aerōtape à réaliser cette classification. Le travail présenté ici restitue le résultat de deux étapes essentielles de ce processus : (1) la validation de la mesure de concentration de l’instrument, et (2) l’optimisation de l’échantillonnage pour segmenter efficacement les particules.

La modélisation des spectres alpha d’aérosols collectés dans les appareils de mesure de la contamination atmosphérique pose plusieurs difficultés, essentiellement par la nécessité de réaliser une simulation aussi réaliste que possible des structures de dépôt d’aérosols représentatives de la réalité et du transport des particules alpha à travers ce dépôt. Cet article présente une nouvelle approche pour la modélisation des spectres alpha d’aérosols. Celle-ci sera validée sur un moniteur de mesure de la contamination atmosphérique (CAM), lequel permet de mesurer la radioactivité dans les installations nucléaires.

L’objectif de cette étude est de mettre en place une méthode de régénération de surface de collection de silicium (Si) d’un impacteur. Pour répondre à cette problématique, l’impacteur, développé au cours de recherches conjointes entre le CERTES, ESYCOM et le CSTB, a été utilisé comme banc de régénération. Plusieurs surfaces ont été testées au cours de cette étude, telles que des surfaces de Si microstructurées ou encore une surface plane de Si. La caractérisation des surfaces, avant et après nettoyage, est effectuée à l’aide d’analyses par microscopie optique, qui ont montré le détachement des billes de latex ou d’Arizona Dust impactés sur les surfaces d’étude.

L’objectif du projet RENAAME (RElargage de Nano-objets, leurs Agrégats et Agglomérats (NOAA) depuis les MasquEs), supporté pendant 3 ans par l’ANSES et coordonné par le LNE en partenariat avec l’INRS et SCIENSANO (laboratoire public belge), est de développer une méthodologie d’essais reconnue et validée pour l’identification de la présence de nanomatériaux déclarés ou impliqués dans la fabrication de masques et pour l’évaluation du relargage de ces nanoparticules en phase aérosol. La présente communication détaille les résultats de la première phase du projet qui vise à développer et valider une méthode de « criblage » pour l’identification de la présence des éléments Ti et Ag dans les masques.

Une trachéotomie est une intervention chirurgicale indiquée chez les patients présentant une obstruction des voies aériennes supérieures ou une détresse respiratoire. Lorsqu’elle est réalisée sur un patient infecté, cette opération présente un risque très élevé de contamination pour les travailleurs de la santé (TS), en raison de l’aérosolisation des sécrétions bronchiques sous forme de gouttelettes. Dans ce travail, un banc expérimental a été construit pour réaliser des trachéotomies simulées dans une chambre hermétique propre. Le taux d’émission de l’aérosol libéré lors de deux procédures de trachéotomie différentes a été mesuré pour déterminer quelle procédure génère la quantité de particules la plus faible.

La dispersion de liquide par explosif est sujet d’intérêt dans le domaine de la défense, en particulier pour les charges fuel-air [1,2], mais également pour des applications civiles comme la lutte contre les feux de forêt [3]. La détonation d’une charge au contact d’un liquide produit des instabilités et de la cavitation, ce qui conduit à la formation d’un nuage de gouttelettes et d’aérosols. La mesure granulométrique au sein de ce nuage n’est pas triviale compte tenu du caractère fortement instationnaire et dynamique de son expansion. Il n’existe d’ailleurs pas de solution sur étagère à cette fin. Au CEA GRAMAT, une expérience visant à tester deux techniques de mesures complémentaires a été menée en collaboration avec l’IRSN. De la fluorescéine a été utilisée comme traceur, un corps noir et un spectromètre ont été couplés pour obtenir une mesure d’extinction optique, un impacteur Andersen a également été mis en oeuvre en complément. Le corps noir émet dans dans le visible et le proche infra-rouge, le spectromètre (Ocean HR 2000) a la capacité de collecter la lumière dans le spectre [0.2 µm – 1.1 µm] avec un temps d’intégration de 3 ms. L’impacteur Andersen dispose de 9 étages sur une gamme de diamètres submicrométriques à la dizaine de microns. La distribution des diamètres mesurés dans la gamme de l’impacteur montre qu’il y a une distribution monomodale avec un pic à 0.4 µm. Cette expérience a permis de mettre en lumière l’efficacité et la robustesse de la mesure au moyen d’un impacteur, la mesure optique quant à elle nécessitera des améliorations. [1] D. R. GARDNER, «Near-field dispersal modeling for liquid fuel-air explosives,» Sandia National Laboratory, Sandia, 1990. [2] S. SINGH et V. SINGH, «Extended Near-Field Modelling and Droplet Size Distribution for Fuel-Air Explosive Warhead,» Defence Science Journal, vol. 51, n°13, pp. 303-314, 2001. [3] K. STEFANSKI, «Explosive Formation and Spreading of Water-Spray Cloud – Experimental Development and Model Analyses,» Central European Journal of Energetic Materials,, vol. 6, n°13-4, pp. 291-302, 2009.

L’aérosol minéral d’origine désertique est encore aujourd’hui l’un des aérosols dont la contribution au climat et donc le bilan radiatif reste à quantifier. Cette complexité est à relier à la complexité de l’aérosol désertique, non-sphérique, et présentant une distribution de taille et d’indice optique, le rendant particulièrement difficile à étudier. Cette contribution vise à quantifier le rôle de la taille et de l’indice optique, notamment sa partie imaginaire, de cet aérosol sur son aptitude à rétrodiffuser la lumière. Pour ce faire, une expérience de laboratoire unique en son genre (Miffre et al., 2016, 2023) a été réalisée en laboratoire permettant de quantifier le rapport lidar de rétrodiffusion d’une distribution de taille déterminée de cet aérosol, qui est essentiel pour notre compréhension de la typologie des aérosols et donc notre compréhension du climat. Quatre études de cas sont réalisées, portant sur la silice, non absorbante, l’hématite, absorbante, et deux mélanges de proportion diverse de ces deux oxydes. Le résultat majeur est que le PDR de l’hématite est sensiblement différent de la valeur attendue de 33 %, bien connue des lidaristes pour l’aérosol désertique. Une discussion est proposée sur le rôle de l’hématite dans le PDR de l’aérosol désertique, comme récemment publié (Miffre et al., 2023). La dépendance du rapport de dépolarisation des particules (PDR) d’aérosol désertique avec la taille et l’indice optique est ici pour la première fois quantifiée dans la géométrie de rétrodiffusion lidar, si importante pour notre compréhension du climat.

Connaître les propriétés optiques des aérosols et en particulier leur indice complexe de réfraction (ICR), est très important pour mieux quantifier leur impact sur le réchauffement climatique global mais aussi pour leur observation et leur mesure par télédétection. Cependant, les ICR de la littérature sont principalement issus de mesures couvrant des domaines spectraux restreints par réflectance sur des matériaux massifs ou des particules mises sous forme de pastille. Nous présentons ici une méthodologie permettant de déterminer des ICR pour des particules remises en suspension sous forme d'aérosols. Leurs spectres d’extinction sont enregistrés sur une large gamme spectrale continue, de l'infrarouge lointain (50 µm /200 cm-1) jusqu'à l'ultraviolet (0.25 µm /40,000 cm-1) avec une résolution spectrale de 0.5 cm-1 Grâce à un processus itératif, le spectre d'extinction expérimental est inversé pour restituer les parties réelle et imaginaire des ICR sur l'ensemble du spectre. Pour cela une méthode d'estimation optimale est utilisée pour restituer un jeu d'indices permettant de simuler un spectre d'extinction proche du spectre expérimental en s'appuyant sur une théorie de diffusion et la distribution granulométrique des particules. Nous présenterons les résultats obtenus pour des particules de kaolinite, une argile que l'on retrouve couramment dans la composition des poussières désertiques. Enfin, des travaux récemment initiés ont permis d'appliquer cette méthodologie à l’étude de cendres résiduelles de feux de biomasse. Ces données optiques de laboratoire sont importantes pour l'interprétation des observations des aérosols par télédétection notamment dans le domaine infrarouge qui est particulièrement adapté à la restitution des propriétés chimiques et microphysiques de ces aérosols.

Les polluants de l’air intérieur contribuent au développement de pathologies respiratoires et cardiovasculaires. Les particules inhalées contribuent de façon importante à ces effets sanitaires notamment selon des mécanismes pro-oxydants et pro-inflammatoires. Nous avons évalué les teneurs en métaux et en endotoxines ainsi que le potentiel oxydant intrinsèque de PM10 d’origine domestique (SRM® 2585), ainsi que leurs effets biologiques déterminés in vitro sur des cellules primaires bronchiques humaines (NHBE). Ces particules contiennent des endotoxines (26,6 UE/mg) et présentent un pouvoir oxydant intrinsèque principalement associé à leur fraction organique. L’induction précoce de cytokines pro-inflammatoires observée après 24 h d’exposition est transitoire et laisse place après 72 h d’exposition à une diminution significative à toutes les doses de PM10 pour l’IL-1b et aux plus fortes doses pour l’IL-6, associée à une diminution de la viabilité cellulaire. Des particules échantillonnées dans une station souterraine du réseau francilien sont actuellement en cours d’analyses. Les comparaisons seront effectuées avec les particules domestiques afin d’identifier les propriétés intrinsèques les plus étroitement associées aux réponses biologiques.

Dans l'objectif d'améliorer la compréhension de la qualité de l'air au sein des enceintes ferroviaires souterraines (EFS), une méthodologie a été développée pour établir un profil de référence des concentrations en particules (PM10 et PM2.5). Cette approche intègre un processus de nettoyage de données poussé, basé sur l’identification des périodes d’exploitation de l’EFS, des données physiquement incohérentes ou mathématiquement aberrantes, et la comparaison du profil de chaque jour avec un profil moyen. La polyvalence de cette méthodologie permet son application à différentes classes de particules au sein de diverses EFS. Les résultats obtenus à partir des trois EFS étudiées indiquent la possibilité d'obtenir des profils types journaliers fiables même sur des périodes de mesures courtes (jusqu’à une ou deux semaines).

« Pesticide » vient du latin Pestis : fléau et Caedere : tuer. En agriculture conventionnelle, les pesticides sont le plus souvent appliqués via une pulvérisation sur le sol et les plantes. Les transferts dans l’air peuvent s’effectuer par dérive au moment de l’application, par volatilisation à partir des sols et des plantes, et par érosion éolienne sous forme de poussière de sols traités. Une fois dans l’atmosphère, on retrouve ces substances à la fois sous forme de gaz et de particules, la répartition entre ces deux phases dépendant de leurs propriétés physicochimiques (pression de vapeur). Depuis 2003 Air Breizh mène des campagnes de mesure sur le territoire breton dans différents contextes de production agricole (grandes cultures, élevage, maraîchage). Au total 11 sites différents ont fait l’objet d’une ou plusieurs campagnes de mesure, sous la forme de prélèvements hebdomadaires réalisés à l’aide d’un Partisol sur les fractions PM10 ou TSP des particules, pour un débit d’1 m3/h. Le traitement de cette base de données fait ressortir des résultats notamment en termes de niveaux de concentration rencontrés, d’évolution dans le temps, de catégorie dominante (les herbicides), d’impact de la distance, et d’impact de la réglementation.