Modification d'un compteur de particules pour la mesure rapide de la composition chimique des aérosols

Résumé du document

Les aérosols atmosphériques jouent un rôle primordial dans de nombreux processus
atmosphériques aussi bien au niveau climatique (effets direct et indirect) qu'au niveau de la
réactivité atmosphérique (réactions en phase hétérogène) ou des risques sur la santé (les aérosols
submicroniques sont inhalés par l'organisme). Mais de nombreuses questions restent à élucider
pour mieux évaluer les relations de cause à effet entre les propriétés des particules et leurs effets.
Une des difficultés à comprendre le rôle des particules dans l'atmosphère réside dans
l'échantillonnage et l'analyse de l'aérosol. L'instrumentation classique disponible pour
l'échantillonnage (impacteurs en cascades ou filtres) requiert des temps d'intégration plus
longs (plusieurs heures) que les temps caractéristiques des particules ultra-fines. Ceci
constitue un facteur très limitant en recherche atmosphérique pour identifier les sources de
particules et leur impact sur la qualité de l'air.
La formation et la croissance des gouttelettes d'eau se produisent sur la particule
préexistante d'aérosol. Les caractéristiques telles que l'hygroscopicité des particules affectent
fortement le développement de la gouttelette d'eau. Les expériences sur le terrain prouvent
que la population d'aérosols se compose habituellement des particules de différentes espèces
chimiques comprenant des composantes solubles et insolubles.
Afin de comprendre le comportement des composés solubles dans l'atmosphère ainsi
que leurs concentrations, nous avons modifié un Compteur de Particule par Condensation à
eau (WCPC) commercial et nous avons analysé des séries de blancs qui nous ont donnés les
bruits de fonds du WCPC afin de le valider dans des expériences d'intercomparaison en
parallèle à des filtres de prélèvement, puis de l'utiliser avec des dénudeurs dans des
expériences d'intercomparaison avec les filtres de prélèvement dans de diverses conditions.

Extraits

[...] Nous avons comparé les résultats apportés par cette technique : DWCPC-M à l'une des méthodes les plus couramment utilisées : les filtres Même si les résultats des filtres exploités dans ce travail sont soumis à des incertitudes de mesures dues à des artefacts de prélèvement et d'analyses, la comparaison était raisonnable et le système DWCPC-M est considéré comme opérationnel pour la mesure du contenu de l'atmosphère en composés organiques et peut être considéré plus fiable que le prélèvement traditionnel avec les filtres où il y a des artefacts positifs et négatifs. Cependant, la mesure des composés inorganiques est moins efficace et il reste certains points à améliorer. Mots clés : Aérosols, Compteur de Particule par Condensation à eau, Dénudeur, Filtres de prélèvement. ABSTRACT The purpose of our study is to set up a mobile instrumental platform DWCPC-M for the fast measurement of the chemical composition of the atmospheric aerosols. [...]

[...] Les expériences sur le terrain prouvent que la population d'aérosols se compose habituellement des particules de différentes espèces chimiques comprenant des composantes solubles et insolubles. Afin de comprendre le comportement des composés solubles dans l'atmosphère ainsi que leurs concentrations, nous avons modifié un Compteur de Particule par Condensation à eau (WCPC) commercial et nous avons analysé des séries de blancs qui nous ont donnés les bruits de fonds du WCPC afin de le valider dans des expériences d'intercomparaison en parallèle à des filtres de prélèvement, puis de l'utiliser avec des dénudeurs dans des expériences d'intercomparaison avec les filtres de prélèvement dans de diverses conditions. [...]

[...] Merci à tous les étudiants qui ont été autour de moi lors de ce stage, pour leur sympathie et leur gaieté. Merci à ma compagne Bouchra, pour son immense soutien et pour la joie qu'elle m'apporte tous les jours. SOMMAIRE Introduction : Chapitre I : Instumentations pour la caractérisation des aérosols atmosphériques : I Caractérisation Physique : II Caractérisation Chimique : III. Caractérisation Physico-Chimique : Chapitre II : Modifications et Etudes faites sur le WCPC: I. Modifications apportées au WCPC : II. [...]

[...] La deuxième est basée sur la technique de Comptage de Particules par Condensation (CPC). Nous distinguons deux modèles dans cette technique : Le CPC à Butanol, comme le 3010 qui mesure une concentration en particules jusqu'à 10000 particules/cm3. Cependant, les vapeurs de butanol, nocives pour la santé, s'échappent du CPC et sont respirées à fortes doses pendant de longues périodes. Le CPC à eau ou Water CPC (Aerosol Dynamics Inc. Berkeley CA) est plus performant car il peut compter jusqu'à 50000 particules/cm3. [...]

[...] Nous décrirons dans un deuxième temps ce système, basé sur la modification, le test de blanc et la validation du compteur de particules par condensation à eau. I. CARACTERISATION PHYSIQUE Ce paragraphe se divise en deux parties qui décrivent les méthodes de caractérisation physique : le comptage des particules et la sélection de la taille. I.1. Comptage Pour compter un nombre de particules dans un volume d'air, il existe deux techniques : La première est basée sur la détection optique des particules qui passent devant un laser or son inconvénient est que nous ne pouvons compter que les grosses particules. [...]