FR2649795A1 - Capteur electrostatique de particules d'aerosol - Google Patents

Abstract

Capteur électrostatique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un boîtier cylindrique circulaire 2 de forme aplatie possédant deux conduits axiaux, l'un d'injection de gaz 4 à la partie inférieure du boîtier et l'autre d'extraction de gaz 8, à la partie supérieure de ce boîtier, ce boîtier comportant à sa périphérie supérieure une fente annulaire 12 pour l'entrée de l'atmosphère à analyser et, en son centre, un disque épais massif 14 dont la face supérieure supporte l'un des deux disques conducteurs 16, le second disque conducteur 18 étant constitué par le couvercle supérieur du boîtier, le débit de gaz d'injection contournant le disque épais après passage au travers d'un filtre de purification 20 et de répartition uniforme de son écoulement.

Description

CAPTEUR ELECTROSTATIGUE DE PARTICULES D'AEROSOL
La présente invention s 'apblique d'une façon génerale au domaine de La capture électrostatique des particules d'aérosol en vue de Les étudier, notamment sous L'angle de Leur mobilité ou de leur charge électrique ainsi que de les collecter en vue de les soumettre à des systèmes d'analyse.

D'une manière générale on rappellera que l'on désigne sous le terme d'aérosol des suspensions de particules de matières solides ou liquides dans une phase gazeuse, Les tailles desdites particules pouvant s'échelonner selon un spectre très large ; les plus fines correspondent aux agrégats moléculaires avant ouelcues dizaines d'Angstrorns, alors que les plus grosses, qui proviennent généralement d'actions mécaniques, peuvent atteindre des dimensions de la centaine de micromètres. Les microorganismes, virus, bactéries, ou Les pollens sont également considérés comme des particules d'aérosol et ont, Lorsqu'ils sont en suspension dans un gaz, un comportement identique à celui des autres types de particules inertes.On rappellera encore qu'une catégorie non négligeable d'aérosol est constituée par les aérosols radioactifs qui peuvent avoir pour origine certains gaz radioactifs, comme par exemple les descendants du radon ou des particules provenant de la dispersion dans l'atmosphère de produits pulvérulents issus de l'industrie nucléaire.

il existe de nombreuses raisons, indépendamment de L-'étude scientifique des phénomènes, qui rendent l'étude, la détection et la mesure des aérosols particulierement interessantes. On peut citer notamment leur action sur la qualité de l'environnement dans Le milieu naturel, leur action sur les êtres vivants et sur l'homme en particulier lorsqutils sont inhales par voies respiratoires, ainsi que La contamination qu'ils peuvent produire sur certains produits fabriqués, notamment dans les secteurs agroalimentaires, pharmaceutiques et maintenant dans les laboratoires ou usines de fabrication de composants semi-conducteurs effectués dans des atmosphères de três haute pureté, connues également sous le nom de salles blanches.

L'un des moyens les plus fréquemment utilisés pour détecter et mesurer les aérosols repose sur le fait qu'ils sont pratiquement tous porteurs de charges électriques, égales à la charge électrique unitaire ou multiples de celle-ci. Il n'est pas inutile pour la compréhension de la suite du présent texte ôe rappeler cue, en général, dans un volume déterminé d'atmosphère, la somme globale des charges électriques positives et négatives portees par les particules d'un aérosol qui s'y trouve est nulle. Ceci signifie qu'à chaque instant, l'échantillon contenu dans cette partie d'atmosphère comporte autant de charges positives que de charges négatives, en général selon une distribution gaussienne centrée sur la charge nulle et décroissante en fonction du nombre de charges élémentaires.

Tout naturellement par conséquent, on a déjà utilise fréquemment pour la détection de la présence, le prélèvement et la mesure des aérosoLs, des champs électrostatiques agissant sur Les charges électriques qu'ils portent. A cet effet, on définit couramment une notion fondamentaLe dans ce domaine qui est celle de la mobilité électrique d'une particule chargée placée dans un champ électrostatique. Cette grandeur, qui définit la plus ou moins grande aptitude d'une telle particule à subir une déviation sous L'effet de ce champ, peut se traduire par l'égalité suivante :
w = ZE, égalité vectorielle dans laquelle w est la vitesse de dérive acquise par la particule sous l'influence du champ électrique E à laquelle elle est soumise.

Le coefficient Z de proportionnalité entre les deux grandeurs précédentes est précisément la mobilite électrique en question. Comme cette mobilité électrique est, ce qui est d'ai heurs conforme à l'intuition, d'une part proportionnelle à la charge électrique de la particule et inversement proportionnelle à sa granulométrie, on conçoit la possibilité de réaliser de véritables spectrométres de mobilité électrique consistant à soumettre des particules d'aérosols entrainees dans un courant gazeux à l'action d'un champ électrique existant entre deux électrodes.Sous L'effet du champ, les particules chargées de ces aérosols se déposent, suivant leur signe, sur l'une de ces électrodes et L'abscisse de leur débit par rapport à la direction du courant gazeux est caractéristique de leur mobilité en ce sens que plus cette mobilité électrique est éLevée, plus l'abscisse de leur dépôt est proche de L'origine du courant gazeux qui Les véhicule. On obtient ainsi un étalement dans L'espace des particules collectées, qui en réalise une spectrométrie en fonction de leur mobilité électrique.

Jusqu'à présent, des appareils de ce genre -ont fonctionné avec des structures ayant des formes d'écoulement à géométrie cylindrique ou paralléiepipédique.

Ces structures existant à ce- jour présentent deux défauts sérieux :
- d'abord une difficulté de réalisation certaine en ce qui concerne notamment Leur fabrication et, Lorsque l'éLectrode de collection est cylindrique, un examen relativement délicat des particules qui s' y sont précipitées ;
- un autre inconvénient réside dans le fait que pour obtenir un spectromètre de mobilité électrique de bonne qualité, l'écoulement du flux gazeux véhiculant les particules d'aérosols doit être de haute qualité en ce qui concerne d'une part ses caractéristiques d'écoulement Laminaire et d'autre part ses caractéristiques d'écoulement stable. Ce n'est pas le cas en général dans les structures cylindriques et/ou parallélépipédiques utilisées jusqu'a ce jour.

La présente invention a pour objet au contraire un capteur électrostatique de particules d'aérosol dont la fabrication et L'exploitation par des appareils de mesure ultérieurs est beaucoup plus simple que dans les structures existantes précédemment rappelées et qui offre en outre le très grand avantage de permettre un écoulement du gaz Dorteur sous forme d'un flux laminaire parfait et stable.

Ce capteur électrostatique de particules d'aérosol contenues dans une atmosphère à examiner, se caratérise en ce qu'il comprend deux disques conducteurs coaxiaux, espacés et parallèles, entre lesquels on établit un champ électrique en les portant à des potentiels différents, l'espace compris entre les deux disques communiquant sur toute sa périphérie avec l'atmosphère à examiner, une aspiration centrale étant prévue dans cet espace pour y faire circuler, à partir de la périphérie des disques, une partie de cette atmosphère sous forme d'un écoulement laminaire centripète et stable.

La caractéristique essentielle et nouvelle du capteur électrostatique selon L'invention est donc de travailler avec deux électrodes en forme de disque et un écoulement de l'atmosphère à examiner entre les deux disques sous forme d'un écoulement laminaire centripète et stable depuis la périphérie jusqu'au centre de l'appareil où l'écoulement est aspiré. On réalise ainsi d'un seul coup un appareil facile à fabriquer car des disques' conducteurs sont très simples à réaliser ; de plus, les électrodes de fixation des particules se prêtent très bien à l'analyse, par exemple par un spectromètre, puisque les particules sont réparties en zones concentriques dont la mobilité électrique décro5t de la périphérie au centre. De plus, la structure ayant une symétrie circulaire, autorise un écoulement laminaire parfaitement stable et contrôlé.

Selon un mode de mise en oeuvre très intéressant de l'invention, le capteur électrostatique est caractérisé en ce que le débit de L'écoulement de L'atmosphère à examiner est la résultante différentielle du débit d'aspiration centrale et d'un débit d'injection périphérique de gaz filtré, ce dernier étant reglé à une valeur inférieure à celle du débit d'aspiration. Ce mode de mise en oeuvre est spécialement bien adapté à une détermination précise de la valeur du débit de l'atmosphère à examiner puisque celle-ci résulte par définition de la différence parfaitement contrôlée entre le débit de gaz aspiré et le débit de gaz filtré injecte.

Selon l'invention également, il est avantageux de constituer le capteur électrostatique à l'aide d'un bottier cylindrique circulaire de forme aplatie possédant deux conduits axiaux, l'un d'injection de gaz à la partie inférieure du boitier et l'autre d'extraction d'air, à La partie supérieure de ce boiter, ce bottier comportant à sa périphérie supérieure une fente annulaire pour L'entrée de l'atmosphère à analyser et, en son centre, un disque épais massif dont la face supérieure supporte L'un des deux disques conducteurs, le second disque conducteur étant constitué par le couvercle supérieur du bottier, le débit de gaz d'injection contournant le disque épais après passage au travers d'un filtre de purification et de répartition uniforme de son écoulement.

Selon l'invention et en fonction des résultats recherchés, on dispose, pour appliquer le capteur électrostatique à la réalisation d'un spectromètre de mobilité électrique de particules d'aérosols, des différents paramètres que sont l'intensité du champ électrique entre les deux disques et le débit d'écoulement laminaire radial de l'échantillon d'atmosphère à examiner. Selon la valeur imposée à ces différents paramètres, on obtient une fixation de tout ou partie des particules dispersées sous forme de zones annulaires concentriques sur les disques constituant les deux électrodes, le spectre de mobilité pouvant etre déduit par un calcul ou un traitement irformatique à partir de L'examen de
L'emplacement des différentes zones annulaires précédentes, de leur densité ainsi que de la granulométrie des particules.

Bien entendu et comme dans les capteurs électrostatiques de l'art antérieur, il est intéressant, si l'on veut être certain de capter l'intégralité des particules constituant un aérosol déterminé, de les soumettre, lors de leur entrée dans l'appareil, à des moyens de fixation sur ces particules de charges électriques qui soient toutes d'un même signe. Ceci peut etre réalisé de différentes façons et notammenet
- par dispos-ition à l'entrée du débit gazeux d'une chambre annulaire contenait une source radioactive ionisante associée à une grille de polarisation pour trier les charges d'un signe donné ;
- - soit, d'une chambre annulaire munie de micropointes chargées pour provoquer l'ionisation du gaz par effet couronne.

Dans un mode particulier de mise en oeuvre, on peut envisager que l'un des disques collecteurs lui-même soit réalisé en un matériau émetteur d'un rayonnement ionisant.

Si d'autre part, on -souhaite dans un cas particulier, collecter et analyser même les particules d'aérosols neutres, il est possible d'adjoindre au dispositif d'extraction de gaz un filtre statique qui retiendra ces particules neutres.

Enfin, un mode de réalisation parfois interessant du capteur électrostatique, objet de l'invention, consiste à disposer dans le boitier qui le constitue, un certain nombre d'électrodes périphériques sectorielles munies chacune d'une alimentation électrique. On peut ainsi les porter à un potentiel suffisant pour piéger toutes les particules entrant dans le secteur correspondant et permettre par conséquent un fonctionnement du capteur par secteurs séquentiels.

De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture qui suit de différents exemples de mise en oeuvre et de réalisations, description qui sera faite à titre illustratif et non limitatif, en se référant aux figures 1 à 7 suivantes, sur
Lesquelles :
- la fig. 1 représente en coupe selon l'axe un capteur électrostatique conforme à L'invention.

dans son mode de réalisation Le plus général ;
- la fig. 2 montre en vue de dessus, l'état de dispersion des particules d'un aérosol, après fixation sur l'électrode collectrice de La structure de La figure 1 ;
- ta fig. 3 montre une application interessante possible du capteur objet de L'invention dans laquelle l'électrode collectrice et son support sont constitués d'une boite de Pétri, utilisée en biologie pour recueillir des aérosols bactériens ;
- la fig. 4 représente un mode de mise en oeuvre du capteur électrostatique, objet de l'invention, permettant, lorsqu'on le souhaite, la collection simultanée des particules chargées positivement et négativement d'un même aérosol
- la fig. 5 montre un mode de mise en oeuvre particulier du capteur de la fig. 1, apte à fonctionner par secteurs séquentiels successifs ;;
- la fig. 6 montre un mode de mise en oeuvre du capteur de la fig. 1 assorti de moyens de charge des particules d'aérosols analysées avant leur entrée dans l'appareil ;
- la fig. 7 montre enfin un mode de réalisation du capteur électrostatique, objet de l'invention, dans lequel l'un des deux disques conducteurs servant d'éLectrode est lui-même émetteur de particules ionisantes.

Sur la figure 1, on a représenté le mode de mise en oeuvre le plus général et le plus simple du capteur électrostatique d'aérosol, objet de l'invention. Pour l'essentiel, ce capteur comprend, dans un boitier cylindrique circulaire de forme aplatie 2, équipé selon son axe central d'une entrée 4 pour le débit d'injection QO d'air atmosphérique d'entrainement sous l'effet d'une pompe 6 ; selon son même axe mais à la partie supérieure, une canalisation de sortie 8 de l'atmosphère aspirée sous l'effet de la pompe d'aspiration 1D. A la partie supérieure du boitier 2 se trouve une fente annulaire 12 destinée à la pénétration de l'atmosphère à examiner sous l'angle de son contenu en particules d'aérosol. Le débit Q1 de prélèvement de l'air à examiner pour le faire circuler dans le boitier 2, résulte de la différence entre le débit d'aspiration d'air Q2 sous l'effet de la pompe 10 et du débit d'injection QO à l'entrée sous l'effet de la pompe 6.

A l'intérieur du bottier 2 se trouve un disque épais massif 14, conducteur ou non de
L'électricité, à la surface supérieure duquel repose l'un des deux disques conducteurs coaxiaux 16 constituant, avec la partie supérieure 18 du boîtier 2, les deux disques conducteurs coaxiaux caractéristiques de l'invention. Le disque supérieur 18 est porté à La masse alors que le disque inférieur 16 est porté à une haute tension positive ou négative par rapport à cette même masse.L'air atmosphérique prélevé par 1a pompe 6 et injecté dans la canalisation 4, pénètre dans la bofte 2 par la partie. inférieure et s'y répartit selon une symétrie de révolution symbolisée par Les flèches F pour traverser un filtre annulaire 20 qui le purifie complètement en éliminant toutes les particules en sussensicn qu'il peut contenir et en régularise l'écoulement. Cet air une fois filtré contourne la partie supérieure du disque épais 14 et entrasse le débit Q1 d'atmosphère à examiner selon un écoulement laminaire stable. et centripète dans l'espace situe entre les deux disques conducteurs coaxiaux 16 et 18. Cet air est ensuite aspiré au centre du dispositif par la canalisation 8 sous l'effet de la pompe 10.Après un certain temps de fonctionnement nécessaire à La capture électrostatique sur les disques 16 et 18 des particules d'aérosol contenues dans le débit d'atmosphère prelevée au travers de l'ouverture 12, on peut ouvrir L'appareil et observer le disque 16 qui présente un aspect représenté sur la fig. 2 où l'on voit schematisées, par des points plus ou. moins resserrés, les différentes zones annulaires concentriques de fixation, dispersées selon les rayons du disque 16, des particules d'aérosol fixées à des distances du centre du disque .16, en fonction de leur mobilité électrique, fonction de Leur granulométrie et de leur charge électrique.

Dans l'appareil de La fig. 1, Le disque 16 ou support de collection peut être d'une manière générale un disque métallique quelconque sur lequel on applique la haute tension, mais ce peut etre également dans un cas particulièrement intéressant d'application, une tranche de silicium telle qu'on les utilise dans les salles blanches de l'industrie microélectronique.L'examen détaillé de la répartition et de la granulométrie des différentes particules sur le disque 16 comme on les voit sur la fig. 2, permet à l'aide d'un analyseur de dépôt surfacique et d'un traitement informatique à La portée de L'homme de métier, de déterminer à volonté, l'état de charge des différentes particules en suspension dans l'atmosphère examinée Cette caractéristique est particulièrement intéressarte pour Les salLes procures de l'industrie microélectronique où l'on sait parfaitement que cet état de charge des particules conditionne directement leur plus ou moins grande aptitude à se fixer sur tes ranches de silicium utilisées comme substrat en microélectronique.

De plus, le fait d'utiliser une tranche de silicium comme support de collection 16 offre de multiples avantages, tels que, par exemple, la possibilité d'utiliser au démarrage un support de collection 16 dont le niveau de contamination surfacique est garanti extrêmement bas par le fournisseur par exemple avec moins de cinq particules de granulométrie supérieure à 0,5 micromètre sur l'ensemble de la surface.

Par ailleurs, des systèmes d'analyse extrêmement performants, qui sont apparus récemment sur le marché, permettent de déterminer la dimension des particules déposées sur une telle triche de silicium avec grande précision entre 0,1 et- 10 micromètres, ainsi que leur nombre dans chaque classe granulométrique.

A partir de la connaissance ainsi acquise du nombre et de la distribution granulométrique des particules d'aérosol déposées sur une surface annulaire comprise entre des rayons r et r +tr, la connaissance de La mobilité électrique liée directement à
L'emplacement d'impact des particules, permet de déduire le spectre de leur distribution de charges électriques.

Cette grandeur est particulièrement intéressante pour la prévention de la pollution atmosphérique dans les salles blanches de l'industrie microélectronique.

Dans le mode de mise en oeuvre de la figure 3 du capteur électrostatique objet de l'invention, on a représenté une application spécialement orientée vers des préoccupations biologiques consistant à identifier le spectre des bactéries contenues dans un échantillon d'atmosphère à analyser. A cet effet, le dispositif de La figure 3 sur lequel on reconnaSt Les mêmes éléments que sur la figure 1 portant les mêmes nombres de référence, comporte simplement, aux lieu et place du disque épais massif 14 une botte de Pétri 22 remplie d'un milieu gélatineux de culture 24 électriquement conducteur.

Lors du fonctionnement du capteur selon Le même principe que celui décrit en se référant à La figure 1, les bactéries contenues dans L'atmosphère prélevées par
L'ouverture annulaire 12 à analyser se déposent à la surface de la gélatine 24 où elles se fixent et où l'on peut par conséquent ultérieurement les mettre en évidence et les examiner, par exemple à l'oeil nu ou avec un analyseur d'image, après développement de
la culture ainsi ensemencée dans un lieu approprié en température. On obtient ainsi facilement la mobilité électrique des bactéries contenues dans l'air prélevé.

Dans cet exemple, comme dans L'exemple de la figure 1, le filtre 20 situé sur le trajet de
l'air d'entratnement injecté dans la -pompe 6, joue
Le double rôle, d'une part de retenir les particules d'aérosol contenues dans L'air d'entraînement de façon à ce que celui-ci pénètre dans un état parfaitement pur dans L'espace compris entre les deux disques 16 et 18 et, d'autre part, d'homogénéiser Les filets gazeux en participant ainsi aux conditions d'élaboration d'un écoulement centripète laminaire et parfaitement stable.

Bien entendu, les particules collectées dans le dispositif de la figure 1 ou les bactéries fixées dans celui de la figure 3, correspondent à celles qui portent des charges électriques de signe opposé celui de La polarisation de l'électrode 16 de la figure 1 ou de la boite de Pétri 22 de la figure 3.

On peut donc, en changeant le signe de cette polarisation à haute tension, collecter ainsi à volonté des particules et/ou des bactéries comportant des charges électriques positives ou négatives.

Dans l'exemple de la figure 3, comme dans l'exemple de la figure 1, l'expérimentateur dispose des deux paramètres que sont les débits Qo et Q2 d'une part et la valeur de la haute tension appliquée au conducteur 16 ou à la boite de Pétri 22 pour choisir le domaine du spectre des particules ou des bactéries qu'il désire fixer pour les étudier ultérieurement.

La figure 4 représente un mode de mise en oeuvre particulier du capteur électrostatique destiné à la collection des particules d'aérosol aussi bien chargées positivement que chargées négativement. Ce mode de mise en oeuvre comporte essentiellement un boStwier cylindrique circulaire 26 possédant dans son plan diamétral de symétrie l'ouverture périphérique annulaire 12 par laquelle est aspiré le débit Q1 d'atmosphère à analyser.Selon son axe de sym-étrie circulaire, le boîtier cylindrique 26 comporte à la partie supérieure, comme à la partie i nfé ri eu re, deux conduits concentriques à savoir un conduit 28 extérieur destiné à l'injection du débit QO et à la partie intérieure un deuxième conduit concentrique 30 destiné à l'aspiration du débit Q2 sous l'effet des pompes non représentées. Dans son mode de mise en oeuvre,
Les deux disques conducteurs 16 et t8 destinés à la collection des particules chargées sont situés face à face et placés symétriquement de part et d'autre du plan diamétral de symétrie de la botte 26. Ils sont portes comme dans l'exemple de la figure 1, par des disques épais massifs 14a et 14b.Le boitier 26 est mis à la masse et chacun des disques conducteurs 16 et 18 est porté par un conducteur tel que 32 pour le disque 16 et 34 pour le disque 18 respectivement à une haute tension positive et négative symétrique par rapport à la masse de façon à collecter sur le disque conducteur 16 des particules d'aérosol chargées négativement et, sur le disque conducteur 18, les particules d'aérosol chargées positivement.

Si en outre, on souhaite pour des raisons particulières compléter la collection des particules chargées par celle des particules neutres, on place alors comme -representé sur la figure 4, deux filtres mécaniques passifs 36 et 38 sur les sorties d'aspiration.

des deux conduits 30.

L'aspiration du débit radial centripète et stable à partir des ouvertures annulaires periphériques 12 a lieu au travers des orifices 40 et 42, percés respectivement au point central des disques conducteurs 16 et 18 et par lesquels les filets gazeux de l'écoulement Laminaire radial s'échappent vers l'extérieur.

La figure 5 montre un mode de réalisation perfectionné du capteur électrostatique selon la figure 1 dans lequel la partie périphérique du bottier 2 est munie d'électrodes planes telles que 40, 42 et 44, reliées à des sources de haute tension 46, 48 et 50 permettant ainsi de mettre sous tension à volonté un nombre quelconque de ces électrodes. Comme celles-ci ont une forme sectorielle sur la périphérie et que l'écoulement est radial et centripète, il suffit pour bloquer le fonctionnement d'un secteur correspondant à une électrode donnee, de mettre celle-ci sous une tension suffisante pour arrêter, dès l'entrée 12, l'ensemble des particules chargées de signe opposé à celui de la polarité choisie pour ladite électrode.

En d'autres termes, chacune des électrodes sectorielles 40, 42 et 44 etc... fonctionne comme un piège étectrostatique. Si elles sont toutes alimentées, elles arrêtent toutes les particules dont aucune ne sera par conséquent collectée sur le disque de collection 16. Si au contraire, L'une quelconque des électrodes 40, 42, 44 etc n'est pas alimentée, c'est-à-dire est laissée au potentiel de la masse, le secteur angulaire correspondant laissera passer les particules chargées vers le secteur correspondant de la plaque 16. On peut donc réaliser ainsi des depôts sur ce même disque support 16, secteur après secteur, selon une séquence préétablie.Ceci peut être très utile pour suivre dans le temps l'évolution de la contamination dans une ambiance particulière, en déclenchant au fur et à mesure le fonctionnement du capteur selon des secteurs radiaux juxtaposés.

On décrira maintenant l'exemple de la figure 6 qui est un perfectionnement du capteur électrostatique de la figure 1 agencé de façon -à permettre la collecte de la totalité des particules d'aérosol contenues dans un ~échantillon atmosphérique à examiner. A cet effet, on charge d'abord avant l'entrée dans le capteur proprement dit, l'ensemble des particules d'aérosol ' contenu dans l'échantillon à examiner à l'aide de charges qui sont toutes d'un même signe. Dans l'exemple de la figure 6, ceci est obtenu à l'aide d'une chambre annulaire 52 située à l'entrée 12 du flux d'atmosphère à examiner et contenant une source ionisante 54 assortie d'une grille équipotentielle 56. La source ionisante 54 peut être par exemple une source radioactive alpha provoquant à L'intérieur de toute la chambre annulaire 52, une création de paires d'ions positifs et négatifs.Selon les valeurs de tension de polarisation choisies pour la source 54 et la grille 56, celle-ci ne laisse sortir à l'extérieur, vers le flux d'air a examiner, que des charges d'un même signe qui viendront se fixer alors sur les particules contenues dans le flux d'air entrant.

Si la polarisation du disque 16 est alors de signe oppose à celle de ces mêmes particules, elles seront toutes à coup sûr déposées sur ce disque 16 où l'on pourra ensuite Les examiner. Le bon fonctionnement de la structure de la figure 6 requiert par conséquent que les polarités de la grille de polarisation 56 et du disque conducteur 16 soient opposées.

Dans d'autres réalisations non représentées sur les figures ci-jointes, la polarisation de toutes les particules à l'aide de charges d'un même signe avant leur examen par le capteur est réalisée à l'aide de micropointes chargées provoquant l'ionisation par effet couronne, lesdites micropointes etant réparties dans une chambre annulaire identique à la chambre 52 de la figure 6.

Enfin, dans le mode de mise en oeuvre de la figure 7, c'est l'un des disques lui-même, à savoir le disque 16 qui est émetteur d'un rayonnement ionisant.

Dans la structure de la figure 7, il n'existe en général qu'un débit d'aspiration central
Q2 par l'intermediaire de la tubulure 8 et le disque conducteur inférieur 18 est simplement suspendu å la partie inférieure du bottier 2 par des griffes telles que 58.Dans le dispositif de la figure 7, c'est l'electrode 16, soutenue par la pièce massive 64 qui est portée à la haute tension alors que l'électrode collectrice 18 est à la masse. Llelectrode 16 portée à la haute tension est constituée d'un matériau radioactif alpha et une grille de polarisation 60 électriquement isolée se place d'elle-meme å l'équipotentielle intermédiaire entre la haute tension de l'electrode 16 et la masse de llélectrode 18.Cette grille 60 a un double rôle en ce sens qu'elle extrait d'une part les ions d'une seule polarité dans la région où circulent les aérosols introduits par la fente latérale annulaire 12 avant leur asPiration par le tube axial et qu'elle établit un champ électrique uniforme dans cette région pour que les aérosols ainsi chargés soient précipités sur le disque de colLection 18. Ce disque de collection 18 doit évidemment avoir au moins une face conductrice et peut être réalise en un matériau métallique quelconque, ou plus simplement ce peut être une tranche de silicium standard si l'on désire faire un examen dans l'ambiance a priori très peu polluée d'une salle propre ae l'industrie microélectronique. L'appareil de la figure 7 permet une collection de toutes les particules positives, négatives ou neutres contenues dans une atmosphère å examiner, mais du fait que la loi selon Laquelle les particules se chargent à l'interieur du boîtier 2 sous l'influence de la source alpha composant le disque 16 est incontrôlable, l'appareil ne peut pas fonctionner en spectromètre de mobilité electricì-.

On peut noter encore que pour éviter une pénétration possible des aérosols dans la zone ou se trouve la source radioactive répartie sur le disque 16, on peut alimenter dans certains cas, cette zone en gaz filtré à faible débit par la tubulure excentree 62 selon te trajet indiqué par les fLèches.

It convient d'observer que le schéma d'aspiration mis en oeuvre dans le mode de réalisation de la fig. 7, caractérisé par une seule aspiration centraLe, et non par une aspiration centrale associée à une injec-tion péripherique, n'est pas lié à l'existence d'une source surfacique d'ionisation, mais peut hêtre transposé à l'ensemble des modes de réalisation de L'invention précédemment décrits.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Capteur électrostatique de particules d'aérosol contenues dans une atmosphère à examiner, caractérisé en ce qu'il comprend deux disques conducteurs coaxiaux (16, 18), espacés et paralleles, entre lesquels on établit un champ électrique en les portant à des potentiels différents, L'espace compris entre les deux disques communiquant sur toute sa périphérie avec L'atmosphère à examiner, une aspiration centrale (8) étant prévue dans cet espace pour y faire circuLer, à partir de la périphérie des disques, une partie de cette atmosphère sous forme d'un écoulement

Laminaire centripète et stable.

2. Capteur électrostatique selon La revendication 1, caractérisé en ce que le débit Q1 de l'écoulement de L'atmosphère à examiner est la résultante différentielle du débit d'aspiration centrale

Q2 et d'un débit d'injection périphérique QO de gaz filtré, ce dernier étant réglé à une valeur inférieure à celui du débit d'aspiration.

3. Capteur électrostatique selon La revendication 2, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un boîtier cylindrique circulaire (2) de forme aplatie possédant deux conduits axiaux, L'un d'injection de gaz (4) à la partie inférieure du bottier et L'autre d'extraction de gaz (8), à la partie supérieure de ce boîtier, ce boîtier comportant à sa périphérie supérieure une fente annulaire (12) poï'- L'entrée de l'atmosphère à analyser et, en son centre, un disque épais massif (14) dont la face supérieure supporte l'un des deux disques conducteurs (16), le second disque conducteur (18) étant constitué par le couvercLe supérieur du boiter, Le débit de gaz d'injection contournant Le disque épais après passage au travers d'un filtre de purification (20) et de répartition uniforme de son écoulement.

4. Application du capteur électrostatique selon La revendication 2 destiné à la collection des particules d'aérosol des deux signes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un bottier cylindrique circuLaire (26) possédant selon son plan diamétral de symétrie une ouverture périphérique annulaire (12) pour L'aspiration du débit d'atmosphere à examiner et, selon son axe de symétrie circuLaire, à la partie supérieure comme à la partie inférieure, chaque fois deux conduits concentriques (28,30) destinés chacun respectivement, pour le conduit central (30) au débit d'aspiration et pour le conduit externe (28) au débit d'injection, les deux disques conducteurs (16,18) étant placés symétriquement face à face de part et d'autre du plan diamétral de symétrie et portés à des potentiels symétriques par rapport à la masse et de signes opposés, chaque conduit central d'aspiration débouchant dans

L'espace compris entre les deux disques par un orifice (40,42) perce au centre de chacun d'entre eux.

5. Application du capteur éLectrostatique selon L'une des revendications 1 à 4 à la réalisation d'un spectromètre de mobilité électrique de particules d'aérosols, caractérisé en ce que L'on choisit

L'intensité du champ électrique entre les deux disques et le débit d'écoulement laminaire radial de L'échantiLLon d'atmosphere à examiner pour obtenir la fixation dispersée sous forme de zones annulaires concentriques sur les disques d'une partie au moins de ces particules, Le spectré de mobilité étant déduit par un calcul ou par un traitement informatique à partir de L'examen de l'emplacement et de la densité des zones précédentes, et de la granulométrie des particules.

6. Application du capteur électrostatique selon L'une des revendications 1 à 4 à ta réaLisation d'un collecteur des particules d'aérosol contenues dans une atmosphère à examiner, caractérisée en ce que la partie de cette atmosphère pénetrant dans le capteur est soumise à des moyens de charge électrique d'un même signe de toutes les particules constituant l'aérosol.

7. Application du capteur électrostatique selon la revendication 6, caractérisée en ce que ces moyens de charge électrique sont situés à L'entrée du débit gazeux entre les deux disques et sont constitués d'une chambre annulaire (52) contenant une source radioactive ionisante (54) et une grille de polarisation (56) chargeant les particules d'un meme signe avant leur pénétration dans Le capteur.

8. Application du capteur électrostatique selon La revendication 6, caractérisée en ce que Les moyens de charge électrique des particules sont situés à L'entrée du débit gazeux entre les deux disques et sont constitués d'une chambre annulaire munie de micropointes alimentées en haute tension provoquant

L'ionisation par effet couronne.

9. Application du capteur électrostatique selon La revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de charge électrique des particules sont constitués par l'un des deux disques lui-meme (16) émetteur d'un rayonnement ioniSant.

10. Application du capteur électrostatique selon L'une au moins des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit d'extraction de gaz est équipé d'un filtre statique (36) pour la collection des particules d'aérosol neutres éventuellement contenues dans L'atmosphère à examiner.

11. Capteur électrostatique selon La revendication 3, caractérisé -en ce qu'il comprend à

L'entrée de la fente annulaire (12) et disposés dans

Le boîtier, un certain nombre d'électrodes périphériques sectorielles (40, 42, 44;..) munies chacune d'une alimentation électrique pour Les porter à un potentiel suffisant pour pièger toutes les particules entrant dans Le secteur correspondant et permettre par conséquent un fonctionnement du capteur par secteurs séquentiels.