FR2991772A1 - Procede de mesure continue et sans maintenance de particules dans l'air et dispositif associe - Google Patents

Abstract

Le procédé consiste à faire circuler l'air dont on veut mesurer la teneur en particules, au travers d'un impacteur virtuel (1) dont une branche est munie d'un filtre (4) afin de stocker les particules que l'on ne souhaite pas mesurer (particules d'un diamètre supérieur à 10 µm par exemple) et de ne mesurer que les particules dangereuses comme les particules d'un diamètre inférieur à 2,5 µm par exemple (PM2.5). La grande qualité de cette séparation des particules en fonction de leur répartition granulométrique et surtout l'absence de maintenance du dispositif associé permettent préférentiellement de mettre en oeuvre pour la mesure de la concentration en particules, un néphélomètre miniature et à bas coût afin que l'appareil puisse être utilisé individuellement par le plus grand nombre (surveillance individuelle, habitat...). Une première application est donc un dispositif d'alerte individualisée miniature portable au poignet ou à la ceinture, pour alerter les personnes fragiles de la présence d'un pic de particules. La faible taille et le coût réduit du dispositif permettent également de l'employer dans tous les systèmes de conditionnement d'air afin d'avertir de la nécessité d'accroître la ventilation ou de changer le filtre.

Description

La présente invention a pour objets un procédé de mesure continue et sans maintenance de. particules dans l'air en vue de prévenir les personnes des risques encourus si elles s'exposent à un air trop pollué et son dispositif associé. Ledit procédé convient, comme cela va ressortir de son descriptif, pour 5 détecter dans l'environnement immédiat d'une personne et instantanément, les polluants particulaires d'une taille déterminée dans l'air que l'on respire, qui seraient au delà d'un seuil jugé dangereux par les services de santé, et pour avertir ces personnes individuellement. Il est connu que pour pouvoir mesurer les particules, la plupart des appareils doivent préalablement opérer une classification de celles-ci afin 10 de ne mesurer qu'une tranche granulométrique. En effet, les particules, au-delà de leur toxicité chimique vont présenter un risque plus ou moins important en fonction de leur taille. Les grosses particules d'un diamètre supérieur à 2,5 pm et inférieur à 10 pm vont d'une part être arrêtée au niveau des voies respiratoires supérieures de l'homme et d'autre part sédimenter rapidement et donc rapidement ne plus être 15 dangereuses. A l'inverse, les particules très fines (inférieures à 2,5 pm, dénommées PM2.5) voire ultra fines (inférieures à 1 pm, dénommées PMI) ne vont être arrêtées qu'au niveau des voies inférieures très basses (au niveau des alvéoles) et donc pouvoir passer directement dans le sang ce qui présentera un risque d'autant plus 20 dangereux que les particules sont chimiquement toxiques ou en présence d'autres polluants (l'Europe a annoncé 348 000 mort prématurées par an). De surcroit, les particules très fines ou ultrafines ne sédimentent pratiquement pas et se retrouvent pendant un temps très long en suspension dans l'air. Bien entendu, la mesure des PM10 intègre bien les particules ultrafines PM2.5 25 mais ces dernières ne représentant généralement qu'une faible part, pas forcément constante, de l'ensemble des particules, la connaissance des seules PM10 ne permet donc pas d'avoir une idée de la concentration des PM2.5 les plus dangereuses. Il est donc nécessaire pour pouvoir mesurer les PM2.5 (voire les PMI) de les 30 séparer des autres particules plus grosses.

Cette opération peut être réalisée grâce à des impacteurs qui vont arrêter les grosses particules et laisser passer les plus fines. Malheureusement, cette technique présente l'inconvénient que l'impacteur perd rapidement son efficacité au fur et à mesure 'de l'impêct des particules. Il faut alors nettoyer et/ou régénérer l'impacteur périodiquement ce qui est une opération coûteuse en temps et peu accessible au grand public. Une autre technique consiste à utiliser des filtres mais ceux-ci se colmatent rapidement et/ou vont voir se dégrader leur capacité à laisser passer seulement les particules à mesurer. Il existe également les séparateurs cycloniques mais ceux-ci, au-delà du fait qu'ils présentent un encombrement significatif, requièrent une vitesse et surtout une pression d'air importantes nécessitant la mise en oeuvre de pompes à air consommatrices d'énergie et donc difficilement compatible avec un usage nomade. Enfin, il existe des impacteurs virtuels qui présentent l'avantage de ne plus avoir de surface d'impactage mais qui doivent mettre en oeuvre deux aspirations indépendantes dont celle qui est en charge de l'aspiration des grosses particules qui doit être dirigée en dehors du système de mesure comme le décrit le brevet US 8,104,362 « ln-Line Virtual lmpactor for Scalping Large ». Ces deux aspirations indépendantes complexifient le système et ne permettent pas d'envisager une miniaturisation de l'appareil. La présente invention résout ces problèmes de façon surprenante tant sur le plan technique que sur le plan économique. En effet, l'invention consiste en un impacteur virtuel de géométrie plane dont l'entrée et la seule sortie sont disposées de façon orthogonale comme représenté dans la figure 1.

L'impacteur virtuel est représenté en vue de dessus sans son couvercle de fermeture et ne mesure que trois cm par quatre cm. Sa hauteur n'est que de cinq mm. L'impacteur virtuel a plusieurs branches dont au moins une des branches est munie d'un filtre afin de stocker les particules qui ne doivent pas être mesurées. Le flux d'air (6) entre dans le boîtier (1) de l'impacteur virtuel grâce à l'action d'un ventilateur miniature, un seul ventilateur ou une seule mini pompe, d'un débit de 1 à 5 litres/minute (non représenté) positionné sous la sortie (5) orthogonale au plan du dit impacteur. Grâce au concentrateur de flux (2), l'air est focalisé dans une veine juste avant de rencontrer le séparateur de flux (3). Le séparateur de flux (3) est positionné juste au-dessus de la sortie orthogonale d'aspiration (5) de sorte que celle-ci soit séparée en deux parties d'aires différentes et dont le rapport des surfaces est compris entre 1,1 et 20. La partie la plus petite va aspirer le flux d'air (8), secondaire car Plus petit, qui ne subit pas de déviation, alors que la plus grosse partie va aspirer le flux d'air (7) principal qui aura subi une déviation. Les dimensions précises du concentrateur (2), du séparateur (3) et du boîtier (1) va ainsi permettre aux grosses particules de continuer leur course de façon rectiligne jusque dans le filtre (4) où elles vont être arrêtées et aux particules fines de passer directement dans le trou d'aspiration (5) qui va vers l'appareil de mesure utilisant le principe de la néphélométrie, du comptage optique, de l'absorption béta sur un filtre collecteur, du changement de masse d'un filtre monté sur un élément oscillant ou de la condensation des particules. Une version plus élaborée du présent impacteur virtuel consiste à utiliser un séparateur de flux (3) à trois branches pour permettre la mesure de plusieurs 15 tranches granulométriques telles que les PMI ou les PM2.5. Avantageusement le filtre peut être en matériau hydrophile afin que le flux d'air qui passe au travers soit tamponné en humidité et éviter ainsi les artefacts souvent observés dans la mesure des particules à savoir qu'en cas de brusque changement d'humidité la taille des particules peut varier brusquement et 20 temporairement impliquant des erreurs de mesure. Bien entendu, le filtre finira par se colmater et il faudra alors le changer, mais les très faibles coûts atteints permettent d'envisager de remplacer purement et simplement l'ensemble du dispositif tous les ans ou tous les deux ans, ceci afin d'éviter une re-calibration qui aurait été plus coûteuse. Le terme sans maintenance 25 de la présente invention correspond donc à une absence de maintenance pendant la durée de vie du dispositif. Le dispositif de mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention met en oeuvre également un appareil de mesure de la concentration des particules comme un néphélomètre, un circuit électronique doté d'un microprocesseur 30 permettant de comparer les valeurs de concentrations particulaires avec les seuils réglementaires des polluants et d'alerter individuellement les personnes d'un dépassement d'un seuil de pollution de l'air, nuisible pour la santé.

Une alarme visuelle (une diode électroluminescente, un affichage à cristaux liquides), sonore (buzzer) ou vibrante (vibreur), fiable pourra ensuite être donnée via un circuit électronique gérant les niveaux d'alertes. Une première application est un dispositif d'alerte individualisée au poignet ou à la ceinture, qui alerte les asthmatiques ou les malades cardio-vasculaires de la présence d'un pic de pollution aux particules ou de pollens afin qu'ils adaptent leur activité et évite ainsi une crise d'asthme ou un infarctus. La faible taille et le coût réduit du dispositif permettent également de l'employer dans tous les systèmes de conditionnement d'air afin d'avertir de la nécessité d'accroître la ventilation ou de changer le filtre.