Mesure et caractéristiques des PM 10 et 2,5

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1 Action Spécifique CNRS N 180 : Surveillance et Gestion Préventive des épisodes de pollution atmosphérique Réunion d avancement - 18 Décembre Paris ENSAM Mesure et caractéristiques des PM 10 et 2,5 PM 10 : Diamètre < 10µm : infiltration dans l appareil respiratoire PM 2,5 : Diamètre < 2,5 µm infiltration jusque dans les alvéoles pulmonaires Mireille Batton-Hubert Centre Sciences, Information et Technologie pour l Environnement - ENSM.SE

2 2 2 Types de mesurage 1. TEOM : Analyseur massique de poussière Micro-balance TEOM (Tapered Element Oscillating Microbalance) (Rupprecht & Patashnick) 2. Mesureur de Poussières dans l air ambiant Modèle MP1001M

3 1. TEOM : Analyseur massique de poussière Micro-balance TEOM (Tapered Element Oscillating Microbalance) (Rupprecht & Patashnick) 3 Principe : Mesurage de la concentration des matières en suspension dans l air basée sur la pesée des particules échantillonnées à l aide d une micro-balance constituée d un élément conique oscillant à quartz Air prélevé + filtré sur filtre absolu situé sur sommet du corps oscillant : la masse déposée sur le filtre engendre une diminution de la fréquence d oscillation de la micro-balance cette variation de fréquence détermine la masse de matire déposée Volume d air prélevé est connu : concentration obtenue = masse mesurée /volume de l échantillon prélevé Appareil R&P TEOM 1400 Disponible en PM10 PM2,5 Résolution de 0 à plusieurs mg/m3 Résolution à 0,1 µg/m3 Fonctionne à température ambiante Mesure en continu Norme X NF R&P TEOM1400Source Ecomesure

4 4 Remarques sur les TEOM Qualité métrologique tient compte de la nécessité de chauffer la Tête de prélèvement normalisée : le conduit d acheminement de l échantillon est chauffé (50 c) -> affranchissement de l humidité Comparaison avec une mesure de référence (microbalance inertielle norme EN12341) de pesée par échantillonneur type préleveur de particules sur filtre (Partisol): quelques différences : période hivernale (AIRPARIF) une sous estimation de 1,1 à 1,4 : écart augmente avec augmentation des concentrations en cause le chauffage des particules en amont du filtre du TEOM (volatilisation de certains composants (nitrate d ammonium) (PM10 )

5 2. Mesureur de Poussières dans l air ambiant Modèle MP1001M (1) 5 Source Environnement SA

6 Mesureur de Poussières dans l air ambiant Modèle MP1001M (2) 6 Source C14 Dépôt de poussière

7 Appareil MP101M Disponible en PM10 PM2,5 Fonctionne à température ambiante Mesure en continu Norme X NF 7

8 8 Caractéristiques de la métrologie des PS (particules en suspension) Système de référence

9 9 Réglementation (1): Décret du 15 février 2002 Valeurs pour 2005 Objectif de qualité : moyenne annuelle 30µg/m3 S applique a la fraction de PS d origine non naturelle Seuil d information : 80 µg/m3 (moyenne mobile sur 24h) Seuil d alerte : 125µg/m3 (moyenne mobile sur 24h00) Centile 90,4 (35/365j) : 50 µg/m3 40µg/m3 Objectif de 2010 : 7 dépassements /365j : 50µg/m3 20µg/m3

10 10 Réglementation (2) Type de seuil Valeur à respecter (en µg.m -3 ) DECRET du 15 février 2002 Valeurs réglementaires pour les particules en suspension (PM 10 ) Période et statistique de dépassements autorisés Date à laquelle la valeur doit être respecté e Marges de dépassement autorisées avant la date Valeur applicable en 2002 (en µg.m -3 ) Valeur guide 30 Moyenne annuelle Année civile 19/07/ Valeurs limites Moyenne journalière Moyenne annuelle Centile 90,4 des moyennes journalières sur l'année civile Année civile 01/01/ /01/ µg.m -3 (50%) en 2000, diminué de 5 µg.m -3 par an (soit 10%) jusqu en Seuil information moyenne Mobile (MA)/24h00 : 80µg/m3 Seuil alerte : MA/24h00 : 125µg/m3 +8 µg.m -3 (20%) en µg.m -3 (15%) en µg.m -3 (10%) en µg.m -3 (7,5%) en µg.m -3 (2,5%) en Pas de réglementation pour PM2.5

11 11 PM2,5/ PM10 Intérêt de la mesure PM2,5 : rapport PM2,5/PM10 Faire la distinction entre épisodes de pollution particulaire d origine anthropique et de la pollution «naturelle»

12 12 Particules - définition Aérosol (Schmauss 1920) : une suspension dans un milieu gazeux de particules solides ou liquides ou les deux présentant un vitesse de chute négligeable( 10 cm/s) : dans l air dimensions < 100µm Aérosol = (particules gazeuses + particule solides) Particule = phase solide Les Aérosols : Physique et Métrologie, André Renoux et Denis. Boulaud, Lavoisiers 1998

13 13 Caractéristiques Rôle des particules gazeuses Origine : naturelle -sols débris divers -Sel marin, débris volcaniques -Particules formées à partir de gaz :sulfates (H2S) -Sels d ammoniaque (NH3) -Nitrates a partir de NOX -Hydrocarbures (plantes) Origine humaine

14 14 Particules primaires (émissions directe) particules secondaires (précurseurs gazeux) PM10-PM µm µm : Particules par mode d accumulation :durée de vie plusieurs jours transport +/- important Dp <2µm

15 15 Composition de particules µm : particules fines : sources :particules secondaires PM10 composants Précurseurs causes Particules I aires Suies (CE OC) Résidus géologiques Métaux lourds Particules d abrasion Matière biologique Combustion Construction, agriculture.. Combustion, production Efforts mécaniques Spores, champignons, plantes Particules II aires Sulfates Nitrates Ammonium Composés organiques SO 2 NO X Ammonium (NH 4 ) COV µm TSP (Total Suspended Particulate matter ) : PS de vitesse de chute < 10cm/s & aérodynamique< 57 µm

16 16 Physique des particules Forme, composition variées loi de distribution de la granulométrie des aérosol de Stokes : diamètre d une sphère ayant même vitesse de chute et de masse spécifique identique à la particule aérodynamique : particule sphérique ayant même vitesse de chute et de masse spécifique de 1g/cm3

17 17 Quelques repères en propriétés physiques des particules (aérosols) Loi de Maxwell-Boltzman : distribution des vitesse à différents températures Libre parcours moyen de la particule Loi de diffusion : loi de Fick : coefficient de diffusion d un aérosol A dans un aérosol B Phénomène de sédimentation : mouvement de la particule soumis à la pesanteur fonction du nombre de Reynols Propriétés électriques, optiques

18 Perspectives Mise en évidence de liens avec la chimie de l atmosphère COV, NH3, NOX a priori Modèles explicatifs : variables explicatives dans des paramètres/données mesurés? 18 MAIS si modèle déterministe pour jeux d essai Quelles particules? polluant inerte dit primaire? Polluant photochimique?

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