La pollution de l’air est un problème environnemental et social; les polluants atmosphériques proviennent à la fois de sources anthropogéniques et naturelles et suscitent des préoccupations en termes de santé et de changement climatique. La métrologie précise des aérosols, c’est-à-dire la quantification dimensionnelle et chimique, est une condition préalable à l’application des réglementations, à la protection de la santé humaine et au soutien de la recherche sur le changement climatique et les processus atmosphériques. Cependant, la pollution de l’air est un défi métrologique complexe qui manque actuellement de mesures traçables des aérosols dans l’environnement. Pour y remédier, le projet AEROMET II apporte des améliorations méthodologiques, ainsi que des guides d’étalonnage des matériaux de référence, pour l’étalonnage des spectromètres granulométriques, pour l’étalonnage es instruments de surveillance du pollen et pour la caractérisation chimique des aérosols ambiants. Les étapes du projet seront validées à l’aide de campagnes sur le terrain, en parallèle avec la qualification d’instruments portables et d’algorithmes de compensation applicables à la mesure des concentrations ambiantes de particules d’aérosols dans des conditions environnementales variables. Enfin, le projet AEROMET II répond également aux défis actuels concernant les instruments aérosols utilisés par des non-experts.

Le « carbone suie » (BC) est un composant majeur de la suie produite lors de la combustion de combustibles fossiles, principalement des moteurs à combustion (en particulier le diesel), de la combustion résidentielle du bois et du charbon et de la combustion des déchets agricoles. Le BC joue un rôle important en tant que forceur climatique de courte durée (Bond et al., 2013). L’aethalomètre est la méthode la plus utilisée pour mesurer les concentrations de « carbone suie » dans l'atmosphère. Cette méthode recueille l'air dans l'atmosphère à travers un filtre et la diminution de la transmission de la lumière à travers la zone d'échantillonnage est mesurée. Des instruments portables dédiés à une telle mesure sont disponibles dans le commerce. Un besoin d'évaluation de leur performance est donc identifié. Dans cette étude, nous présentons les résultats d'une intercomparaison entre un instrument de référence et des instruments portables réalisée à l'aide d'un montage expérimental dans un environnement contrôlé en termes de température, d'humidité relative, de concentrations d'aérosols et de distributions de taille.

La pollution de l'air a un impact bien connu sur les effets sur la santé, tant dans l'environnement extérieur atmosphérique qu'en air intérieur. Elle concerne également les ambiances de travail en termes d’hygiène et certains process industriels en termes de qualité de production. Dans ce cadre, la mesure des particules fines fait l’objet d’un intérêt croissant. Depuis quelques années, on voit apparaître sur le marché des appareils portatifs de comptage des particules fines rendus très attractifs par leur maniabilité et leur faible coût, en comparaison aux appareils utilisés en laboratoire, encombrants et coûteux (CPC, Condensation Particle Counter). L’objectif de ce travail est d’étudier la réponse de ces appareils portatifs dans différents environnements, en s’intéressant plus particulièrement aux conditions de l’environnement extérieur : vent, température et humidité. Un banc expérimental (DIESE) permettant la maîtrise de ces conditions environnementales a été utilisé pour intercomparer dix appareils de mesure sur une large gamme de concentration d’aérosols atmosphériques.

Le projet EMPIR 19ENV08 AEROMET II a pour but d’améliorer la qualité des mesures effectuées sur les aérosols. Une des tâches consiste à fournir des échantillons de référence pour la mesure par fluorescence X en réflexion totale (TXRF). Ces étalons visent à simuler des prélèvements effectués avec des impacteurs à cascade. Deux types d’échantillons, avec des dépôts de chrome formant des structures annulaires concentriques, ont été préparés, par gravure humide et par méthode additive. Les masses de chrome déposées ont été mesurées en TXRF sur la ligne de métrologie du synchrotron SOLEIL. La comparaison entre les masses nominales issues de la préparation et celles obtenues par TXRF montrent un bon accord pour les échantillons préparés par gravure, mais une grande différence pour les échantillons préparés par méthode additive.

L’accident de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi a entraîné des rejets radioactifs d’un nouveau genre dans l’environnement. Ces rejets se caractérisent par des microparticules de silice amorphe riches en césium radioactif et insolubles dans l’eau, transportées sur plusieurs centaines de kilomètres. Le processus de génération et la source de silicium sont, à ce jour, encore sujets à débat, mais plusieurs hypothèses ont été formulées. Une synthèse expérimentale par interaction corium béton dans des conditions proches de l’accident a été entreprise afin de collecter et d’étudier les aérosols générés. Le procédé permet avec succès de générer des particules de silice expérimentales similaires aux vraies, avec malgré tout l’émergence substantielle de particules plus petites (un ordre de grandeur inférieur). Les observations suggèrent que ceci pourrait être de résultat de la compétition entre des phénomènes de génération mécanique d’aérosols et de formation par condensation/nucléation grâce à la découverte de particules combinées.

Un ensemble de nanoparticules métalliques est généré en phase gazeuse à l’aide d’un dispositif de condensation par gaz inerte. Cet appareil utilise un four à tube vertical qui offre un contrôle et une stabilité supérieurs par rapport aux fours traditionnel de type tube horizontal. Cette technique de synthèse par auto-assemblage présente de nombreux avantages sur la génération en phase liquide, approche discontinue et souffrant souvent de contamination. Les travaux présentés reposent sur la caractérisation de particules métalliques, notamment en argent, en termes de distributions en taille, relation de masse-mobilité et concentration en nombre. Par la suite, les nanoparticules générées sont analysées via microscopie de type SEM et TEM pour déterminer leur forme, leur structure et leur composition.

La distribution 2d de la taille et de la charge des particules est révélée pour la première fois pour des particules sphériques dont le diamètre est compris entre 43 et 250 nm, chargées dans un précipitateur électrostatique. À cette fin, nous avons effectué des mesures de tandem-DMA et nous avons formulé et résolu le problème 2d. Les résultats montrent des distributions de charges de type gaussien dans presque toutes les gammes de taille. Un grand nombre de charges élémentaires est observé, allant de ~3 pour des particules de 50 nm à ~20 pour des particules de 250 nm de diamètre. La moyenne et la variance des charges augmentent avec la taille des particules. Un nouveau modèle 1d capable de prédire la tendance de la charge moyenne est introduit.

Les faisceaux laser exercent des forces sur des particules, notamment les forces optiques et les forces de photophorèse. Nous ferons le point sur les forces optiques dans le cadre de la théorie de Lorenz-Mie généralisée (GLMT en anglais), en particulier sur la mise en évidence de forces non-standard qui ont échappé à la classification habituelle. Les forces de photophorèse, quant à elles, doivent être prises en compte dans le cas de particules absorbantes car, pouvant être plus grandes par plusieurs ordres de grandeur que les forces optiques, elles peuvent jouer un rôle important dans la gestion des pincettes optiques connues depuis Ashkin. On rappelle que ces pincettes optiques, en particulier, permettent des études fines des propriétés de diverses espèces de particules, dont les aérosols.

Les propriétés de transport des nanoparticules dans l’atmosphère ainsi que leurs propriétés optiques sont directement dépendantes de la forme des particules solides émises, e.g. les agrégats de suie, et de la forme du film liquide à leur surface. Cette phase liquide, mélange de composés organiques peu absorbants, est le plus souvent acquise par coagulation et condensation hétérogène lors du transit des particules. Ce liquide recouvre, en premier lieu, partiellement le solide pour finalement l’encapsuler totalement formant une goutte sphérique. L’effet de ce film impacte le forçage radiatif en augmentant drastiquement la diffusion de la lumière, ainsi que son absorption en comparaison avec les particules solides sèches. Par ailleurs, les diamètres de mobilité électrique et aérodynamique augmentent durant le grossissement du film, tout comme la densité effective qui atteint la valeur de la densité matérielle combinée. L’apport de ce travail repose sur l’étude simultanée des propriétés aérodynamiques et optiques des aérosols dans le contexte d’émissions de suies et de leur transformation.

Le dépôt d’aérosols joue un rôle important dans les transferts des pollutions particulaires, notamment dans les installations industrielles. Dans la littérature, les études traitant du dépôt des aérosols utilisent généralement la notion de vitesse de dépôt d’aérosols, adimensionnée à l’aide d’une vitesse de frottement dépendant des conditions de l’expérience (matériaux de la paroi du dépôt, nombre de Reynolds). Cette vitesse de frottement peut être obtenue à l’aide de différentes méthodes. Une campagne de mesure de vitesses de frottement a été réalisée sur l’installation DIESE de l’IRSN (gaine rectangulaire). Elle a mis en évidence la sensibilité du modèle de Clauser à des perturbations dans l’écoulement mais également au positionnement du capteur par rapport au centre de la zone de mesure. Ces résultats mettent en cause l’utilisation d’une vitesse de dépôt adimensionnée par une vitesse de frottement moyenne pour analyser des résultats de dépôt local dans des zones où l’écoulement est non établi ou perturbé (singularité). En conséquence, pour étudier le dépôt dans des singularités, telles que des bifurcations (embranchement de trois conduits de ventilation), il est préférable de s’intéresser directement à la masse déposée. Trois essais de dépôt dans des bifurcations ont été réalisés, deux essais dans les mêmes conditions et dans la même bifurcation pour tester la reproductibilité de la mesure, et le troisième sur une bifurcation avec une géométrie plus abrupte.

L’on étudie la remise en suspension de microparticules isolées, déposées en monocouche et soumises à des accélérations d’air suivies de régime permanent. Différents profils temporels de vitesses sont appliqués dans une gaine de ventilation, et le suivi eulérien des particules résolu dans le temps est réalisé. Les données sont traitées à l’aide d’un algorithme de détection de particules. En parallèle, la vitesse de l’écoulement au centre de la veine et la vitesse de frottement à la paroi sont enregistrées par anémométrie à fil et film chaud. Nous mettons en exergue l’influence du régime transitoire dans le phénomène de remise en suspension, puis réalisons des analyses dimensionnelles permettant de prendre en compte les caractéristiques de l’écoulement dans la remise en suspension.

La littérature concernant la fraction massique d’aérosols remise en suspension dans l'air lors de l’impact d’un jet de liquide est pauvre voire inexistante. Le but de ce travail, novateur sur cette thématique, est de quantifier la génération d'aérosols lorsqu'un jet de liquide circulaire impacte une surface solide, en prenant en compte les caractéristiques du jet en termes de vitesse, de diamètre et de morphologie ainsi que les propriétés physico-chimiques du liquide. Nous montrons que, lorsque le jet de liquide est dans le régime de Rayleigh, c'est-à-dire que le jet est brisé en plusieurs gouttes avant l'impact, l'inertie des gouttes impactantes influence l'amplitude de la distribution granulométrique en masse de la taille des aérosols mais ne change pas sa forme et, par conséquent le diamètre aérodynamique médian en masse. Nous avons également été montré que, lors de l’impact, la génération de particules dans l'air dépend des nombres adimensionnels de Weber et d'Ohnesorge par le biais du paramètre d'éclaboussures K qui caractérise la transition d'éclaboussures lors de l’impact d’une goutte isolée sur une surface. Nous proposons à partir de nos résultats expérimentaux une prédiction quantitative de la fraction mise en suspension lors de l’impact d’un jet de liquide, valable pour 1 000 < Re < 10 000 et 100 < We < 1 000, ouvrant ainsi la voie à un modèle plus général

Nous présentons une étude expérimentale sur la dégradation thermique de panneaux en polycarbonate (PC) représentatifs des parois de boîtes à gants rencontrées dans les usines de fabrication ou de retraitement des combustibles nucléaires. Les échantillons de PC sont contaminés par des particules de dioxyde d'hafnium (HfO2) utilisé comme simulant non radioactif du dioxyde de plutonium (PuO2). Les essais réalisés dans un dispositif de dégradation thermique développé à l'IRSN révèlent des fractions de remise en suspension dans l'air (ARF) de l'ordre du dixième de pour cent.

Des prélèvements ont été réalisées sur le quai d’une gare souterraine afin d’étudier la caractérisation chimique des particules en suspension dans l’air des enceintes ferroviaires souterraines et d‘identifier les sources d’émissions de ces particules. Des prélèvements ponctuels des particules dans l’air à l’extérieur de la gare ont également été effectués. Les concentrations moyennes sur les 5 campagnes de mesure sont de 129,78 μg/m3 pour les particules PM10. Les PM10 sont en moyenne composés à 52% de métaux et de composés élémentaires principalement du Fer, du silicium et du baryum. Le carbone élémentaire et la matière organique représentent respectivement 8% et 14% des PM10. La famille des ions représente 2% de la masse des PM10. L’identification des sources d’émission des PM10 et la détermination de leur contribution ont été réalisées à l’aide du modèle PMF (Positive Matrix Factorization). Il en résulte que 82,1% des PM10 proviennent de l’activité ferroviaire et 17,9% de ces particules sont apportés par l’air extérieur. Néanmoins, à cause de la simultanéité des émissions d’origine ferroviaire et leur composition chimique proche, il est difficile de séparer davantage ces sources d’origine ferroviaire avec le modèle PMF et avec les données disponibles actuellement. Cette étude souligne la nécessité d’approfondir nos connaissances sur la composition chimique des émissions d’origine ferroviaire et l’identification de composés traceurs plus spécifiques de chacune des sources ferroviaires de particules en suspension dans l’air.

Lors d'une diffusion d’huiles essentielles en air intérieur, le devenir des terpènes émis soulève de nombreuses questions, notamment lors d'une pénétration soudaine d'ozone dans l’environnement intérieur. Au-delà de la diffusion, cette étude s'intéresse aux épisodes réactifs de l'ozone lorsque des huiles essentielles sont diffusées en continu. Des expériences à l'échelle 1:1 sont réalisées dans une chambre expérimentale de 40m3, à l’aide d’un diffuseur capillaire commercial et des injections d'ozone mimant une pollution réaliste à l'ozone. La consommation des terpènes s'avère être très contrastée d'un terpène à l'autre alors que des PM1 sont formées de façon transitoire mais massive.

Le Bio-E-RATEs est un banc expérimental conçu pour la mesure du taux d’émission de bioaérosols de sources variables. Une des applications dans ce banc pour la mesure du taux d’émission de particules respiratoires humaines est présentée dans cette étude. Un protocole expérimental permettant d’isoler et de caractériser physiquement des particules émises par la respiration humaine est présenté. Dans cette étude, le suivi des cinétiques de concentration en particules générées par deux volontaires dans le Bio-E-RATEs est réalisé avec un APS (TSI 3321) et un Biotrak (TSI). Ces cinétiques ont été utilisées pour estimer le taux d’émission particulaire de chaque volontaire. Les résultats préliminaires de cette étude sont présentés dans cet article

L’objectif principal de ce travail expérimental est la caractérisation physique et biologique des exhalaisons de modèles porcins infectés par un virus influenza porcin. Ces expérimentations sont conduites sur le site de Ploufragan-Plouzané-Niort de l’ANSES dans l’animalerie expérimentale de niveau de biosécurité A3. Un banc expérimental a été développé de manière à pouvoir isoler, collecter et caractériser les émissions respiratoires. La description technique du banc, la procédure expérimentale employée ainsi que des résultats préliminaires de caractérisation physique sont présentés.

Notre projet porte sur les facteurs d’expositions professionnelles en lien avec les activités nucléaires. Dans ce contexte, les travailleurs peuvent être exposés à des polluants chimiques, en particulier sous forme d’aérosols particulaires, mais également des stresseurs radiologiques. Ainsi, des rats adultes ont été exposés à l’inhalation d’un aérosol polydispersé de particules de tungstène et/ou une irradiation gamma à faible dose. Notre objectif est de déterminer si des effets différentiels sont observés selon les schémas d’exposition sur des processus cibles impliqués dans la toxicité cérébrale. Ces processus comprennent, en particulier, l’intégrité neuronale et la neuroinflammation, analysées 24 heures et 28 jours après exposition dans le cortex frontal et le bulbe olfactif. Les résultats révèlent des différences significatives entre les groupes coexposés et contrôles pour plusieurs paramètres (densité cellulaire corticale et densité microgliale), mais pas entre les groupes exposés à un seul stresseur et les groupes contrôles. Ces résultats suggèrent une synergie entre nos deux stresseurs, hypothèse qui va faire l’objet d’études complémentaires. De plus, nous observons une pérennité de ces effets à 28 jours, ce qui implique de potentiels effets sur le long terme.

Nous rapportons ici une nouvelle amélioration d'un algorithme de décomposition spatiale d'un domaine physique en fonction de la répartition spatiale des particules. Cet algorithme est utilisé dans les simulations CFD pour le calcul de l'agglomération des particules fondée sur des approches hybrides Euler-Lagrange. Il permet d'éviter les erreurs induites par une répartition non-homogène des particules dans l'espace en calculant une décomposition spatiale optimale (utilisant uniquement les informations sur les positions des particules). L'efficacité et la précision de l'algorithme sont testées dans des configurations simples ainsi que sur un cas représentatif de la dispersion de particules dans une couche limite atmosphérique.

Dans ce travail, un dispositif innovant de mesure de flux de particules atmosphériques par Eddy Accumulation est proposé. La difficulté technique d’un prélèvement d’aérosols atmosphériques à haute fréquence avec un débit proportionnel aux changements de la vitesse verticale du vent n’avait pas encore été résolue. Un système de prélèvement à réponse rapide a été développé puis qualifié. Les résultats des temps de réponses obtenus sont en accord avec un prélèvement à 10 Hz et devraient permettre une mesure des flux de particules atmosphériques par la méthode d’Eddy Accumulation.

Cet article présente l’évolution de la composition chimique de dépôts humides d’aérosols collectés en milieu urbain. Les pluies collectées correspondent à des situations contrastées en terme de conditions météorologiques, dynamiques atmosphériques ainsi que des sources et concentrations d’aérosols. La stratégie de prélèvement in situ permet de déterminer la contribution relative des mécanismes de washout et de rainout dans le dépôt humide ainsi que de suivre l’évolution de la solubilité des espèces chimiques dans les fractions de pluies collectées.

Les Aérosols Carbonés (AC) sont reconnus comme contribuant au réchauffement climatique et comme un composant important des matières particulaires. Ces aérosols carbonés ont une structure chimique complexe et il est crucial d'étudier leur composition. Le système de spéciation des aérosols carbonés a été spécialement développé pour améliorer localement la surveillance de la qualité de l'air en utilisant des méthodes en ligne pour la détermination du Carbone Total (TC) et du Carbone Noir (BC). Cet article a pour but de présenter les résultats d'une campagne de mesure d'un an au SIRTA avec une approche à haute résolution temporelle, permettant d'étudier l'évolution diurne et saisonnière des différentes sources, de la transformation, de la météorologie et de ses impacts sur les émissions d'aérosols carbonés.