Abstract

Organic material is ubiquitous in the Earth's atmosphere, coming from both natural sources and anthropogenic activities. The interactions between water and organic molecules are thus currently investigated in the context of atmospheric chemistry because liquid droplets and ice particles may scavenge some of these organic molecules from the atmosphere, thus modifying the atmospheric composition and chemistry. Organic matter represents an important fraction of the fine aerosol mass which comes also from sea salt, mineral dust, black carbon, sulfates, and nitrate ammonium whose relative abundance depends on, e.g., location, time, and meteorological conditions. Atmospheric aerosols play a central role on current atmospheric research, because aerosol particles have a direct effect on climate not only by scattering and absorbing solar radiation but also by scattering, absorbing, and emitting thermal radiation.For all these reasons, a better understanding of the interactions between water and aerosols is urgent, in order to describe in detail the capacity of aerosols to serve as condensation nuclei for water, either in a liquid or a solid state. Given the complexity of aerosol chemistry, the modeling of systems by numerical simulations is an interesting way to describe the interactions between water molecules and aerosols at the molecular level. 

Résumé

Les interactions entre l'eau et les molécules organiques sont à l'origine de nombreuses recherches en raison de leur importance particulière en biologie et en technologie. Plus récemment, ces interactions ont été étudiées dans le cadre de la chimie de l'atmosphère, car il a été reconnu que des particules de glace peuvent piéger certaines molécules organiques dans l'atmosphère, ce qui modifie à la fois la composition et la chimie de l'atmosphère.Un autre domaine d'intérêt porte sur l'interaction des molécules d'eau avec des aérosols organiques. En effet, une grande quantité de composés organiques volatils (COV) sont émis dans l'atmosphère chaque jour, à partir de sources naturelles et anthropiques, qui sont ensuite impliqués dans la formation d'aérosols.Ces aérosols jouent un rôle central non seulement sur la pollution de l'air, mais aussi sur l'évolution du climat. En effet, ils ont un effet direct sur le climat par diffusion de la lumière, ce qui conduit à un forçage radiatif négatif (refroidissement), et un effet indirect en agissant sur la condensation de nuages ou de noyaux de glace, modifiant ainsi les propriétés des nuages.Pour toutes ces raisons, une meilleure compréhension des interactions entre l'eau et les aérosols est urgente, visant à décrire en détail la capacité des aérosols à servir de noyaux de condensation pour l'eau, que ce soit dans un état liquide ou solide. Devant la complexité de la chimie des aérosols, la modélisation des systèmes par des simulations numériques est un moyen intéressant pour décrire les interactions entre les molécules d'eau et les aérosols à l'échelle moléculaire.

Abstract

This study aims at carrying out an intercomparison of several specimens of aerodynamic spectrometers (Aerodynamic Particle Sizer, TSI models 3320 & 3321), which allow measuring the size distribution of aerosols in the range from 0.5 to 20 µm. For this purpose, a protocol based on the generation of calibrated PSL between 0.7 and 15 µm was developed, and applied to 6 devices. The results show discrepancies between the measurements, highlighting the need for qualifying inter-specimen variability.

Résumé

Ce travail vise à réaliser une intercomparaison de plusieurs spécimens de spectromètres aérodynamiques (Aerodynamic Particle Sizer, TSI modèles 3320 et 3321), qui permettent la mesure de la distribution granulométrique des aérosols entre 0,5 et 20 µm. A cette fin, un protocole reposant sur la génération d’aérosols de sphères de latex calibrées entre 0,7 et 15 µm a été développé, et mis en œuvre sur 6 instruments. Les résultats mettent en évidence des écarts sur les mesures effectuées et soulignent la nécessité de quantifier la variabilité inter-spécimens.

Abstract

Collecting particles in function of their aerodynamic diameter is carried out by low pressure cascade impactors (DLPI +). These systems allows determinate, via the gravimetric analysis of the supports, the granulometric distribution of the aerosols generated. In order to assess the reproducibility of the sample and to determine the influence of various parameters such as the greasing of the collection media and the loading rate in the case of aerosols of ultrafine metal particles, two automated facility have been used. The first one is based on generation of welding fumes (BFS) and the second on thermal spray generation (BPT). The first results obtained show a difference in the size distribution and reproducibility of the aerosol in function of the method of the process used. The advantage of greasing the supports is also demonstrated.

Résumé

La collecte des particules en fonction de leur diamètre aérodynamique est réalisée par le biais des impacteurs en cascade basse pression (DLPI+). Ces systèmes permettent de déterminer via l’analyse gravimétrique des supports la distribution granulométrique des aérosols générés. Afin d’évaluer la reproductibilité du prélèvement et de déterminer l’influence de divers paramètres tels que le graissage des supports de collecte, ainsi que le taux de chargement dans le cas d’aérosols de particules métalliques ultrafines, deux bancs d’essais automatisés ont été utilisés. L’un concerne la génération de fumées de soudage (BFS) et le deuxième est un banc de projection thermique (BPT). Les premiers résultats obtenus lors des essais et montre une différence de distribution granulométrique et de reproductibilité de l’aérosol en fonction du procédé du procédé utilisé. L’intérêt du graissage des supports est également objectivé

Abstract

The Environmental Exposure Chamber (EEC) of Strasbourg (ALYATEC^®) allows to have a strict control of environmental parameters (temperature, relative humidity, ventilation rate) as well as number, size particles and allergens concentration. It has been validated with different concentrations of Der p1 allergen and has shown an excellent reproducibility for these different environmental parameters. The intra and inter-assay CV of the Der p1 airborne concentration were lower than 30% and much better than the one obtained in other EEC chambers.

Résumé

La Chambre d’exposition Environnementale (CEE) de Strasbourg (ALYATEC^®) permet d’avoir un contrôle strict des paramètres environnementaux (température, humidité relative et flux d’air)  ainsi que de la taille, du nombre de particules et de la concentration aérienne d’allergène. Elle a été validée avec différentes concentrations d’allergène Der p1 et a montré une excellente reproductibilité pour ces différents paramètres environnementaux. Les coefficients de variation (CV) intra-essai et inter-essai de la concentration aérienne de Der p1 sont inférieurs à 30% et bien meilleur que ceux des autres chambres.

Abstract

Hexavalent chromium is a carcinogenic element which could be found in the welding fumes from stainless steel. The analysis of this element in this case is difficult as it is not stable in presence of iron. The characterization of smokes generated in a laboratory demonstrated the absence of elementary fractionation, the Cr^VI being in a roughly constant proportion with respect to the other elements present, whatever the size fraction considered. Furthermore, conservation tests carried out on the same welding fumes revealed a loss of chromium VI, probably by reduction in CrIII, as a function of the duration between sampling and analysis. Sample storage in a freezer removes this bias.

Résumé

Le chrome hexavalent est un élément cancerogène présent notamment dans les fumées issues des opérations de soudage sur inox. L’analyse de cet élément dans ce cas est rendue difficile car le Cr^VI n’est pas stable en présence de fer. La caractérisation de fumées générées de manière contrôlée en laboratoire a permis de mettre en évidence l’absence de fractionnement élémentaire, le Cr^VI se retrouvant en a peu près proportion constante par rapport aux autres éléments présents quelle que soit la fraction granulométrique considérée. Par ailleurs, des essais de conservation menées sur les mêmes fumées ont permis de mettre en évidence une perte de chrome VI, probablement par réduction en CrIII, en fonction de la durée de conservation du support. Une conservation au congélateur permet d’éliminer ce biais.

Abstract

Measurement of workers’ exposure to a thoracic or a respirable health-related aerosol fraction is necessary in a number of occupational situations. Three cyclone-type aerosol samplers were tested in laboratory conditions. Sampling efficiencies with respect to particle aerodynamic diameter were measured in a horizontal low wind tunnel using the APS method. Two optimized flow rates have been successfully determined for each of the three cyclones in order to be able to select both thoracic and respirable fractions.

Résumé

Le prélèvement d’aérosols suivant les fractions conventionnelles thoracique et alvéolaire liées à la santé est couramment utilisé pour mesurer l’exposition des travailleurs dans des situations professionnelles variées. Trois dispositifs de prélèvement de type cyclone ont été étudiés au laboratoire. Les efficacités physiques d’échantillonnage en fonction du diamètre aérodynamique des particules ont été mesurées dans un tunnel aéraulique horizontal et une méthodologie basée sur des mesures de concentrations en nombre de particules avec un APS. Pour chacun des cyclones, deux débits de prélèvement ont été déterminés afin d’échantillonner de manière optimisée les fractions thoracique et alvéolaire.  

Abstract

The TEOM-FDMS (Tapered Element Oscillating Microbalance with Filter Dynamics Measurement Systems) is a common measuring instrument employed by the French air quality monitoring network. This instrument is currently calibrated with calibration weights traceable to SI but having values and masses differences between each of them which are not representative of real atmospheric particle mass measurements. Moreover, these calibration weights do not allow detecting any technical problem of the TEOM-FDMS sampling system upstream the mass measurement and of the intrinsic TEOM-FDMS filtration system. In this way, a calibration method was developed using a portable reference aerosol generator (PRAG) producing known and stable particle mass concentrations over time. In this paper, we present the characterization of the PRAG system in terms of reference range of particle masses, its coupling with TEOM-FDMS and the global comparison between the defined reference range of particle masses and the measured masses obtained with each TEOM-FDMS implicated in this study.

Résumé

Le TEOM-FDMS (Tapered Element Oscillating Microbalance with Filter Dynamics Measurement Systems) est un instrument de mesure très répandu au sein du réseau national de surveillance de la qualité de l’air. À l’heure actuelle, cet appareil est étalonné à l’aide de masses étalons raccordées au SI mais dont les valeurs et les différences de masse ne sont pas représentatives des masses particulaires atmosphériques prélevées. De plus, l’utilisation de ces masses étalons ne permet pas de prendre en compte un éventuel dysfonctionnement du système de prélèvement en amont de la mesure de la masse et du système de filtration intrinsèque au TEOM-FDMS. Par conséquent, une nouvelle méthode d’étalonnage pour les TEOM-FDMS a été développée de par la mise en place d’un système portable de génération de particules ayant des concentrations massiques connues et stables dans le temps. Cet article présente la caractérisation de ce générateur portable en termes de gamme de masses de référence, son couplage à un TEOM-FDMS et la comparaison globale entre les masses particulaires de référence définies et les masses moyennes lues sur le TEOM-FDMS impliqué dans cette étude. 

Abstract

Measurement of ultrafine particles (UFP) has been developing recently in the air quality monitoring networks in France. These particles are very small in size ( < 100 nm) and low in mass, but represent significant health effects. This article presents different results of short and long-term measurement campaigns which have been carried out in different environments (urban, traffic and industry) and the comparison of the number concentrations and size distribution at the national level. In addition, we show how UFPs measurements can be used to identify local sources and explain atmospheric phenomena. 

Résumé

La mesure des particules ultrafines (PUF) se développe de plus en plus dans les réseaux de surveillance de la qualité de l’air en France. Ces particules sont très petites en taille ( < 100 nm) et faibles en masse, mais représentent des effets sanitaires importants. Cet article présente différents résultats issus de campagnes de mesure de courte et longue durée qui ont été réalisées dans différents environnements (urbain, trafic et industrie), et une comparaison des concentrations en nombre et de la distribution en taille au niveau national. De plus, nous montrons comment la mesure de PUF peut permettre d’identifier des sources locales et contribuer à expliquer certains phénomènes atmosphériques.

Abstract

Several epidemiological studies have revealed a correlation between airborne particulate matter pollution and excess of cardiovascular diseases. Pulmonary artery endothelial cells can be a direct target of inhaled particles and people with pulmonary hypertension (PH) may present a cardiovascular disease risk. The aim of this study is to develop a new in vitro model which mimics PH, in order to access if nanoparticles (NPs) exposure can be a risk factor in the aggravation of cardiovascular diseases such as PH.

Résumé

De nombreuses études épidémiologiques ont révélé l’implication de la pollution particulaire dans le déclenchement ou l’exacerbation de maladies cardiovasculaires. Les cellules endothéliales d’artères pulmonaires constituent une cible privilégiée des particules inhalées et les personnes souffrant d’hypertension pulmonaire (HTP) pourraient constituer une population à risque. L’objectif de cette étude est de développer un nouveau modèle in vitro qui mime l’HTP afin d’évaluer si l’exposition aux nanoparticules peut être un facteur de risque dans l'aggravation des maladies cardiovasculaires.

Abstract

Vortex-shakers prove to be efficient devices for studying the dustiness of powders. The position of an alumina particle in an agitated test tube has been followed by PEPT (Positron Emission Particle Tracking). Population densities were computed as the frequency of the particle’s presence in different regions of the test tube. The velocities of the particle were calculated by filtering out all displacements inferior to a critical distance dcrit so as not to consider spurious movements caused by experimental noise. After its validation, the methodology was applied to the standard condition of a vortex shaker experiment (ω = 1500 rpm, 2 g of powder and open test tube). While the horizontal coordinates and velocity components follow a symmetric distribution, the vertical coordinate is characterised by a large asymmetrical plateau. The heights reached by the particle (up to 24.3 mm) are small in comparison to that of the test tube (150 mm). The greatest velocities are found near the inner wall of the test tube and at the highest heights where the population densities are the lowest. The method explicated in the present study is directly applicable to any other sets of data obtained through PEPT, especially if the system is of small dimension.

Résumé

Pour étudier la pulvérulence des poudres, l’utilisation d’un agitateur vortex s’avère être efficace. La position d’une particule d’alumine dans un tube à essai agité a été suivie par la technique PEPT (Positron Emission Particle Tracking). Les densités de population ont été approximées comme étant la fréquence de la présence de la particule dans différentes régions du tube. La vitesse de la particule a été calculée après avoir éliminé tous les déplacements inférieurs à une distance critique dcrit afin de ne pas considérer les faux mouvements causés par le bruit d’acquisition. Après sa validation, la méthodologie fut appliquée aux conditions standards d'une expérience avec l'agitateur vortex (ω = 1500 rpm, 2 g de poudre et tube à essai ouvert). Les coordonnées et la vitesse horizontales sont caractérisés par une distribution symétrique tandis que la coordonnée verticale est caractérisée par un large plateau asymétrique. Les hauteurs atteintes par la particule  (jusqu'à 24.3 mm) sont petites en comparaison à celle du tube à essai (150 mm). Lesvitesses les plus grandes se trouvent près de la paroi du tube à essai et aux hauteurs les plus élevées où la densité de population est la plus basse. La méthode présentée dans ce travail est directement applicable à tout autre jeu de données obtenu avec la technique PEPT, particulièrement si le système est de petite taille.

Abstract

The so-called dustiness methods are increasingly recognized as relevant in the a priori evaluation of the exposures of workers handling nanomaterials in powder form. Until now, the methods prescribed in the current European standards propose only mass-based dustiness indices [mg/kg], while the surface area is increasingly recognized as an appropriate determinant for assessing the pulmonary toxicity of insoluble or poorly soluble nanomaterials, as well as the workplace exposures. In this context, a new surface-based dustiness index [m2/kg] is proposed. This index is based on the assumption of the equivalence between the specific surface area of a powder and its aerosol, which is demonstrated through laboratory experiments on various nanomaterials produced and used on a large scale in industry. We recommend that this new dustiness index is proposed in the future revision of the European standards.

Résumé

Les méthodes dites de dustiness sont de plus en plus reconnues comme pertinentes dans le cadre de l’évaluation a priori des expositions des travailleurs manipulant des nanomatériaux en poudre. Jusqu’à présent, les méthodes prescrites dans les normes européennes proposent des indices relatifs à la seule métrique masse [mg/kg], alors que la surface est de plus en plus reconnue comme un déterminant approprié pour évaluer la toxicité pulmonaire des nanomatériaux insolubles ou peu solubles ainsi que les expositions professionnelles.
Dans ce contexte, nous proposons un nouvel indice de dustiness basé sur la métrique surface [m²/kg]. Cet indice repose sur l’hypothèse d’équivalence entre la surface spécifique d’une poudre et son aérosol, ce que nous démontrons au travers d’expériences de laboratoire sur différents nanomatériaux produits et utilisés à grande échelle dans l’industrie. Ce nouvel indice de dustiness devrait être proposé lors de la future révision des normes européennes.

Abstract

The market of the nanocomposite materials in the construction industry is growing exponentially. However, many questions are still open concerning the impact of these nanomaterials on the human health and the environment. Their degradations linked by the aging mechanisms could induce the particles released into the environment and thus imply an exposition for the population. In order to provide new scientific knowledge in this topic, we characterized the particles released during the aging scenarios for nano-TiO₂-containing paints.

Résumé

Le marché des matériaux nanocomposites dédiés au secteur du bâtiment est en constante croissance. Cependant, cette utilisation accrue s’accompagne d’interrogations légitimes quant au devenir de ces nanomatériaux à long terme et à son impact potentiel sur la santé humaine et l’environnement. En effet, la dégradation liée aux mécanismes de vieillissement de ces nanomatériaux est susceptible d’entraîner la dispersion de particules dans l’environnement entraînant, à termes, l’exposition des populations à ces agents physiques. Afin d’apporter de nouvelles connaissances dans ce domaine, nous nous sommes donc intéressé à étudier le relargage particulaire issu de peintures nano-additivé de TiO₂ lors de différents scénarios de vieillissement.

Abstract

This work aims to study the influence of the nature of biomass fuel and its pre-treatment on both emission factors of gaseous and particulate pollutants generated by new domestic heat generation in real use conditions. The study focuses on wood charm pretreatment by washing by rain exposition and on the influence of bark on wood charm. These treatments lead the significant reduction of gaseous pollutants and total particulate fraction with the loss of the bark having a higher effect than the washing process. PAH expressed in toxic equivalent are radically reduced at the exhaust.

Résumé

Ce travail a pour objectif d’étudier l’influence de la nature de la biomasse et de son prétraitement sur les facteurs d’émission des polluants gazeux et particulaires émis par les nouveaux appareils de chauffage domestique dans des conditions réelles d’utilisation. L’étude porte sur le prétraitement du charme par une exposition prolongée aux intempéries climatiques d’une part, et d’autre part à la présence ou non d’écorce. Ces prétraitements s’avèrent efficaces dans la réduction des émissions gazeuses et sur la fraction totale particulaire, l’’écorçage permettant une réduction plus grande que le lessivage. Les émissions de HAP exprimées en équivalent toxique sont fortement diminuées.