FR3026185A1

FR3026185A1 - Systeme et procede de detection de particules

Info

Publication number: FR3026185A1
Application number: FR1458809A
Authority: FR
Inventors: Eric Zimmermann
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-03-25
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: US20170276590A1; WO2016042060A1; EP3194929A1; FR3026185B1; US10254209B2

Abstract

Système (100) de détection de particules comportant au moins : - un premier dispositif (110) de mesure de concentration de particules comportant au moins un dispositif de mesure à électromètre (116) couplé à un chargeur (114) et/ou comportant au moins un compteur optique de particules ; - un deuxième dispositif (112) de mesure de concentration de particules comportant au moins un compteur de noyaux de condensation ; - une unité de calcul (118) apte à calculer un rapport et/ou une différence entre une première mesure de concentration de particules d'un flux d'air destinée à être réalisée par le premier dispositif de mesure de concentration de particules et une deuxième mesure de concentration de particules du flux d'air destinée à être réalisée par le deuxième dispositif de mesure de concentration de particules.

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE DETECTION DE PARTICULES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne le domaine de la détection de particules, ou aérosols, notamment de nanoparticules ou d'aérosols nanométriques. L'invention s'applique avantageusement au domaine de la surveillance et du contrôle de la présence de particules dans une atmosphère, par exemple pour réaliser un suivi de l'exposition de personnes aux aérosols.

Une détection de particules peut être réalisée par différents types de dispositifs de mesure de concentration de particules se basant chacun sur un type de mesure particulier : optique, électrique, etc. Une mesure de concentration de particules peut être réalisée par un compteur à noyaux de condensation (CNC, ou CPC pour « Condensation Particle Counter »). Dans un tel dispositif, un flux d'air à caractériser est envoyé dans une zone de saturation en vapeur puis dans une zone de condensation de la vapeur afin de condenser le liquide vaporisé autour des particules contenues dans le flux d'air et augmenter la taille de ces particules jusqu'à les rendre détectables optiquement. Le compteur à noyaux de condensation réalise ensuite un comptage unitaire ou par atténuation de ces particules et mesure ainsi une concentration en nombre des particules contenues dans le flux d'air. Une mesure de concentration de particules peut également être réalisée en utilisant un dispositif de mesure à électromètre. Un tel dispositif de mesure est couplé à un élément appelé « chargeur» qui a pour fonction de charger électriquement les particules en déposant des charges électriques à la surface des particules. Dans ce cas, une différence de potentiels électriques est appliquée entre deux zones du chargeur de façon à générer des charges électriques dans le flux d'air à caractériser qui viennent se déposer sur les particules, par exemple à l'aide d'une pointe, d'une aiguille et une paroi du chargeur par effet corona. Le dispositif de mesure à électromètre, qui reçoit le flux d'air comportant les particules chargées électriquement, comporte un ou plusieurs électromètres qui collectent les charges électriques déposées à la surface des particules. Le courant induit par les charges électriques récoltées est ensuite traité dans une chaîne de mesure afin d'estimer une concentration et éventuellement une distribution granulométrique des particules (c'est-à-dire différentes concentrations de particules selon leur taille). Ces dispositifs de mesure de concentration de particules posent toutefois plusieurs problèmes. Tout d'abord, ces dispositifs qui réalisent des mesures en temps réel (résultat obtenu après une durée par exemple inférieure à environ 1 minute) ou quasi temps réel (résultat obtenu après une durée par exemple inférieure à environ 1 heure) ne sont pas sensibles à la chimie des particules. Ceci pose une difficulté majeure car l'air ambiant peut contenir une quantité importante et fortement variable de particules qui forment un bruit de fond par rapport aux particules d'intérêt destinées à être détectées (par exemple des nanoparticules manufacturées). Du fait que ces dispositifs ne font pas la différence entre le bruit de fond et les particules d'intérêt, il n'est pas possible de réaliser une telle mesure en temps réel ou quasi temps réel en présence d'un bruit de fond important car la mesure de la concentration des particules d'intérêt nécessite alors de réaliser une analyse chimique ultérieure afin d'identifier les particules d'intérêt parmi toutes celles qui ont été détectées. Il existe des méthodes d'analyse éprouvées pour caractériser la nature chimique des aérosols, notamment après une sélection en taille des particules. Ces méthodes permettent, même en présence d'un bruit de fond, de déterminer une concentration de particules d'intérêt. Cependant, ces analyses nécessitent de réaliser un prélèvement et une caractérisation ultérieure de ce prélèvement. De telles méthodes ne sont donc pas adaptées pour réaliser une détection en temps réel ou quasi temps réel de particules. De plus, les particules d'intérêt autres que celles de l'air ambiant, par exemple des nanoparticules manufacturées, que l'on cherche à détecter ont tendance à se regrouper et forment des agrégats ou agglomérats de particules. Or, un compteur à noyaux de condensation ne fait pas de distinction entre une seule particule et un agrégat ou un agglomérat de particules lors du comptage. La mesure d'une concentration de particules réalisée par un CNC dans le cadre d'une détection de particules d'intérêt autres que les particules naturelles de l'air ambiant n'est donc pas représentative du nombre réel de particules individuelles. Par ailleurs, ces agrégats ou agglomérats de particules disposent d'une surface spécifique importante pouvant recevoir de très nombreuses charges électriques, ce qui entraîne une réponse forte d'un dispositif de mesure à électromètre lors de la détection de telles particules. Le résultat de la mesure d'une concentration de particules réalisée avec un dispositif de mesure à électromètre n'est donc pas non plus correct en présence d'agrégats ou d'agglomérats de particules d'intérêt et est surestimé par rapport au nombre d'agrégats ou d'agglomérats. EXPOSÉ DE L'INVENTION Un but de la présente invention est de proposer un système de détection de particules d'intérêt permettant de réaliser en temps réel ou quasi temps réel une détection de ces particules qui soit efficace même en présence d'un bruit de fond important et variable, c'est-à-dire en présence de nombreuses particules de l'air ambiant, qui ne nécessite pas la mise en oeuvre, ultérieurement à la mesure, d'une analyse de la nature chimique des particules échantillonnées, et dont la détection ne soit pas impactée par la formation d'agrégats ou d'agglomérats des particules destinées à être détectées.

Pour cela, la présente invention propose un système de détection de particules comportant au moins : - un premier dispositif de mesure de concentration de particules comportant au moins un dispositif de mesure à électromètre couplé à un chargeur, et/ou comportant au moins un compteur optique de particules ; - un deuxième dispositif de mesure de concentration de particules comportant au moins un compteur de noyaux de condensation ; - une unité de calcul apte à calculer un rapport et/ou une différence entre une première mesure de concentration de particules d'un flux d'air destinée à être réalisée par le premier dispositif de mesure de concentration de particules et une deuxième mesure de concentration de particules du flux d'air destinée à être réalisée par le deuxième dispositif de mesure de concentration de particules. Un tel système de détection combine judicieusement deux dispositifs de mesure de concentration de particules différents permettant de réaliser en parallèle deux mesures de concentration de particules qui se basent sur des techniques de mesure différentes. Lorsque le premier dispositif de mesure comporte un chargeur (qui permet de charger électriquement les particules du flux d'air) couplé à un dispositif de mesure à électromètre, celui-ci surestime la concentration en particules d'intérêt mesurées (en raison de la formation d'agrégats ou d'agglomérats de ces particules d'intérêt) par rapport à celle mesurée par le compteur de noyaux de condensation. Le calcul du rapport et/ou de la différence entre les deux mesures réalisées permet donc de correctement détecter la présence de particules d'intérêt et cela quel que soit le niveau du bruit de fond, c'est-à-dire quelle que soit la concentration en particules de l'air ambiant ou de l'atmosphère ambiante (ou aérosol ambiant). Lorsque le premier dispositif de mesure comporte un compteur optique de particules (COP), le système de détection de particules réalise notamment un suivi de l'évolution des masses estimées d'aérosols par le compteur optique de particules, comparé à l'évolution de la concentration totale (aérosols d'intérêt + bruit de fond) donnée par le compteur de noyaux de condensation. En effet, les agrégats et agglomérats de particules d'intérêt représentent une masse significative pour une faible concentration d'agrégat ou d'agglomérats de particules. Le compteur optique de particules n'étant pas sensible au bruit de fond et peu sensible aux faibles concentrations de particules, la différence et/ou le rapport entre les deux mesures réalisées permet donc de correctement détecter la présence de particules d'intérêt et cela quel que soit le niveau du bruit de fond, c'est-à-dire quelle que soit la concentration en particules de l'air ambiant ou de l'atmosphère ambiante (ou aérosol ambiant). De plus, le calcul de ce rapport et/ou de cette différence entre les mesures de concentration de particules réalisées permet de s'affranchir d'une analyse ultérieure de la nature chimique de particules échantillonnées. Ce système de détection est donc capable de détecter en temps réel ou quasi temps réel la présence de particules d'intérêt dans une atmosphère ambiante. Le temps de réponse du système de détection peut être inférieur à une minute, voir de l'ordre de la seconde. Le terme « particules » est utilisé ici et dans la suite du document comme désignant des nanoparticules (comportant au moins une dimension inférieure à environ 100 nm), ainsi que des particules un peu plus grande (dimensions inférieures au micron), et désigne également des agrégats et/ou des agglomérats de telles particules dont les dimensions peuvent être de plusieurs microns.

Le système de détection de particules peut comporter en outre un séparateur de flux comportant une entrée dans laquelle le flux d'air est destiné à être envoyé et deux sorties couplées à des entrées des premier et deuxième dispositifs de mesure de concentration de particules.

Le système de détection de particules peut comporter en outre un dispositif de sélection de particules disposé en amont du séparateur de flux et apte à sélectionner au moins une partie des particules du flux d'air en fonction de leur comportement (mobilité électrique et/ou mobilité aérodynamique et/ou taille) tel que le flux d'air reçu par les premier et deuxième dispositifs de mesure de concentration de particules ne comporte que les particules sélectionnées. Le dispositif de sélection de particules peut comporter un cyclone, ou le dispositif de sélection de particules peut comporter un analyseur différentiel de mobilité électrique couplé à un chargeur ou un neutraliseur de charges électrique des particules du flux d'air. L'unité de calcul peut être apte à réaliser une comparaison entre le rapport et/ou la différence entre les première et deuxième mesures de concentration de particules du flux d'air et une valeur seuil pour déterminer la présence de particules d'intérêt autres que celles de l'air ambiant.

Le système de détection de particules peut comporter en outre une unité de traitement du signal délivré par l'unité de calcul. Le système de détection de particules peut comporter en outre un dispositif apte à déterminer la nature des particules du flux d'air. L'unité de calcul peut être apte à calculer une concentration de particules d'intérêt contenues dans le flux d'air et distinctes des particules de l'air ambiant. L'invention concerne également un procédé de détection de particules comportant au moins les étapes suivantes : - première mesure d'une concentration de particules d'un flux d'air par un premier dispositif de mesure de concentration de particules comportant au moins un dispositif de mesure à électromètre couplé à un chargeur, et/ou comportant au moins un compteur optique de particules, - deuxième mesure d'une concentration de particules du flux d'air par un deuxième dispositif de mesure de concentration de particules comportant au moins un compteur à noyaux de condensation, - calcul d'un rapport et/ou d'une différence entre les première et deuxième mesures de concentration de particules du flux d'air. Lors de la première mesure, lorsque le premier dispositif de mesure comporte le dispositif de mesure à électromètre couplé au chargeur, une étape de chargement électrique des particules du flux d'air est mise en oeuvre par le chargeur telle que la première mesure de concentration de particules soit mise en oeuvre à partir du flux d'air comportant les particules chargées électriquement. Le procédé peut comporter en outre, préalablement aux première et deuxième mesures de concentration de particules, une étape de sélection d'au moins une partie des particules du flux d'air en fonction de leur comportement (mobilité électrique et/ou mobilité aérodynamique et/ou taille) telle que les première et deuxième mesures de concentration de particules soient mises en oeuvre à partir du flux d'air ne comportant que les particules sélectionnées. Le procédé peut comporter en outre, après l'étape de calcul du rapport et/ou de la différence entre les première et deuxième mesures de concentration de particules, une étape de comparaison entre le rapport et/ou la différence entre les première et deuxième mesures de concentration de particules et une valeur seuil permettant de déterminer la présence de particules d'intérêt autres que celles de l'air ambiant.

Le procédé peut comporter en outre une étape de détermination de la nature des particules du flux d'air. Le procédé peut comporter en outre une étape de calcul d'une concentration de particules d'intérêt contenues dans le flux d'air et distinctes des particules de l'air ambiant.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un système de détection de particules, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 représente des mesures de concentrations d'aérosols ambiants réalisées par un système de détection de particules, objet de la présente l'invention, - la figure 3 représente l'évolution du rapport entre les mesures de concentrations d'aérosols ambiants calculé par le système de détection de particules, objet de la présente invention, - la figure 4 représente des mesures de concentrations de particules en présence de nanoparticules d'intérêt de TiO2 réalisées par un système de détection de particules, objet de la présente invention, - la figure 5 représente l'évolution du rapport entre les mesures de concentrations de particules en présence de nanoparticules d'intérêt de TiO2 calculé par le système de détection de particules, objet de la présente invention, - la figure 6 représente des mesures de concentrations de particules en présence de nanoparticules d'intérêt de SiC réalisées par un système de détection de particules, objet de la présente invention, - la figure 7 représente l'évolution du rapport entre les mesures de concentrations de particules en présence de nanoparticules d'intérêt de SiC calculé par le système de détection de particules, objet de la présente invention, - la figure 8 représente des mesures de concentrations de particules en présence de nanoparticules d'intérêt de noir de carbone réalisées par un système de détection de particules, objet de la présente invention, - la figure 9 représente l'évolution du rapport entre les mesures de concentrations de particules en présence de nanoparticules d'intérêt de noir de carbone calculé par le système de détection de particules, objet de la présente invention, - la figure 10 représente schématiquement un système de détection de particules, objet de la présente invention, selon un deuxième mode de réalisation. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente schématiquement un système 100 de détection de particules selon un premier mode de réalisation. Le système 100 comporte une canalisation d'entrée 102 dans laquelle un flux d'air comportant l'aérosol à caractériser est envoyé, par exemple par aspiration. Ce flux d'air est ensuite séparé en deux flux distincts par un séparateur de flux 104 qui est couplé à d'autres canalisations 106, 108 reliées respectivement à l'entrée d'un premier dispositif 110 de mesure de concentration de particules et d'un deuxième dispositif 112 de mesure de concentration de particules. La sortie de la canalisation 106 est reliée à l'entrée d'un chargeur 114 du premier dispositif 110. Le chargeur 114 est apte à déposer des charges électriques à la surface des particules du flux d'air reçu. Le premier dispositif 110 comporte en outre un dispositif de mesure à électromètre 116 dont l'entrée est couplée à la sortie du chargeur 114. Le deuxième dispositif 112 comporte un compteur de noyaux de condensation (CNC). Les canalisations 102, 106, 108 et le séparateur de flux 104 sont réalisés de telle sorte à ne pas modifier l'aérosol à caractériser, notamment en conservant l'isocinétisme des flux et en minimisant les dépôts de particules sur les parois de ces éléments, par exemple en utilisant un séparateur de flux et des canalisations antistatiques ou en inox. Les deux dispositifs de mesure 110, 112 réalisent chacun une mesure de la concentration en particules du flux d'air reçu par ces dispositifs. Les données fournies par ces deux dispositifs 110, 112 sont ensuite envoyées à l'entrée d'une unité de calcul 118, par exemple un ordinateur ou des moyens électroniques de calcul, qui calcule le rapport et/ou la différence (le rapport dans l'exemple décrit ici) entre les valeurs des mesures des concentrations réalisées par les deux dispositifs de mesure 110, 112. L'unité de calcul 118 permet également de déterminer les variations significatives de la valeur de rapport et/ou de cette différence au cours de son évolution. En effet, pour une mesure de concentration de particules d'un flux d'air ambiant ne comportant pas de particules d'intérêt formant des agrégats et/ou des agglomérats de particules, le rapport des mesures de concentration réalisées par ces deux types de dispositifs de mesure 110, 112 (ici le rapport entre la mesure réalisée par le premier dispositif 110 sur la mesure réalisée par le deuxième dispositif 112) est proche de 1 ou compris entre environ 0,5 et 2. Par contre, pour un flux d'air comportant en outre un aérosol d'intérêt à caractériser, c'est-à-dire comportant également des particules d'intérêt autres que celles de l'air ambiant et qui forment des agrégats et/ou des agglomérats de particules, la valeur de la concentration de particules mesurée par le premier dispositif 110 diffère de celle mesurée par le deuxième dispositif 112. Le premier dispositif 110 fournit une valeur de mesure supérieure à celle fournie par le deuxième dispositif 112 en raison des agrégats et/ou des agglomérats de particules dont le nombre est surestimé par le premier dispositif 110 est raison du grand nombre de charges électriques reçues par ces agrégats et/ou agglomérats de particules, et du fait que le deuxième dispositif 112 compte chacun de ces agrégats et/ou agglomérats comme une seule particule. L'analyse de cet écart de mesures permet donc de mettre en évidence la présence de ces particules d'intérêt, différentes celles de l'air ambiant qui forment un bruit de fond, même en cas de variation de la concentration de particules de l'air ambiant. La figure 2 représente l'évolution des concentrations en particules (en nombre de particules/cm3) mesurées avec le premier dispositif 110 (courbe 10) et avec le deuxième dispositif 112 (courbe 12), sur une période de 24 heures, lors d'une mesure de la concentration de particules d'un flux d'air ambiant ne comportant pas de particules d'intérêt formant des agrégats et/ou des agglomérats de particules. La figure 3 représente l'évolution du rapport entre ces mesures qui est calculé par l'unité de calcul 118. Ces deux figures 2 et 3 montrent clairement que les deux types de dispositifs de mesure 110, 112 fournissent des résultats de mesure qui suivent de façon quasi identique les variations de la concentration en particules de l'air ambiant. Pour des concentrations en particules d'air ambiant majoritairement supérieures à environ 10000 particules/cm3, la moyenne du rapport entre les deux mesures est égale à environ 1,07 et l'écart type associé est d'environ 0,16. Pour des concentrations en particules d'air ambiant majoritairement inférieures à environ 10000 particules/cm3, la moyenne du rapport entre les deux mesures est égale à environ 1,72 et l'écart type associé est d'environ 0,4. La figure 4 représente l'évolution des concentrations en particules (en nombre de particules/cm3) obtenues avec le premier dispositif 110 (courbe 20) et avec le deuxième dispositif 112 (courbe 22), sur une période de 40 minutes, lors d'une mesure de la concentration en particules d'un flux d'air qui comporte, outre les particules de l'air ambiant, des nanoparticules de Ti02. Ces mesures sont réalisées pendant deux phases : une première phase correspondant aux 19 premières minutes pendant laquelle les particules de TiO2 ne sont pas manipulées (ce qui ne génère pas d'aérosol de TiO2 dans le flux d'air), et une deuxième phase allant de la 19' minute à la 40" minute pendant laquelle les particules de TiO2 sont manipulées (manipulations correspondant par exemple à des prélèvements, des transvasements, des versements, etc.), ce qui génère des aérosols de TiO2 dans le flux d'air. La figure 5 représente l'évolution du rapport entre ces mesures qui est calculé par l'unité de calcul 118. Tant qu'il n'y a pas de manipulation des particules de Ti02, et donc pas d'aérosols de TiO2 dans le flux d'air, le rapport des concentrations est proche de 1, comme pour les mesures précédemment décrites en liaison avec les figures 2 et 3. Dès qu'il y a une manipulation des particules de TiO2 qui génère des aérosols de TiO2 dans le flux d'air, le premier dispositif 110 surestime fortement la concentration de particules dans le flux d'air par rapport au deuxième dispositif 112 en raison des agrégats et/ou des agglomérats de particules de TiO2 qui se forment. Le rapport des concentrations mesurées atteint rapidement 10 et dépasse même ponctuellement 10000 lors de l'opération provoquant la plus grande remise en suspension des particules de TiO2 (entre la 33ème et la 35ème minute sur ces figures 4 et 5). La figure 6 représente l'évolution des concentrations en particules (en nombre de particules/cm3) obtenues avec le premier dispositif 110 (courbe 30) et avec le deuxième dispositif 112 (courbe 32), sur une période de 16 minutes, lors d'une mesure de la concentration en particules d'un flux d'air qui comporte, outre les particules de l'air ambiant, des nanoparticules de SiC. Ces mesures sont réalisées pendant deux phases : une première phase correspondant aux 12 premières minutes pendant laquelle les particules de SiC ne sont pas manipulées (ce qui ne génère pas d'aérosol de SiC dans le flux d'air), et une deuxième phase allant de la 12' minute à la 16' minute pendant laquelle les particules de SiC sont manipulées, ce qui génère des aérosols de SiC dans le flux d'air. La figure 7 représente l'évolution du rapport entre ces mesures qui est calculé par l'unité de calcul 118. Tant qu'il n'y a pas manipulation des particules de SiC, et donc pas d'aérosol de SiC dans le flux d'air, le rapport des concentrations est proche de 1, comme pour les mesures précédemment décrites en liaison avec les figures 2 et 3. Dès qu'il y a une manipulation des particules de SiC qui génère des aérosols de SiC dans le flux d'air, le premier dispositif 110 surestime fortement la concentration de particules dans le flux d'air par rapport au deuxième dispositif 112 en raison des agrégats et/ou des agglomérats de particules de SiC qui se forment. Le rapport des concentrations mesurées atteint rapidement 10 du fait que le deuxième dispositif 112 ne détecte pas d'évolution significative de la concentration, tandis que le premier dispositif 110 surestime le nombre de particules de SiC dans le flux d'air. La figure 8 représente l'évolution des concentrations en particules (en nombre de particules/cm3) obtenues avec le premier dispositif 110 (courbe 40) et avec le deuxième dispositif 112 (courbe 42), sur une période de 25 minutes, lors d'une mesure de la concentration en particules d'un flux d'air qui comporte, outre les particules de l'air ambiant, des nanoparticules de noir de carbone. Ces mesures sont réalisées pendant trois phases : une première phase correspondant aux 14 premières minutes pendant laquelle les particules de noir de carbone ne sont pas manipulées (ce qui ne génère pas d'aérosol de noir de carbone dans le flux d'air), une deuxième phase allant de la 14' minute à la 17" minute pendant laquelle les particules de noir de carbone sont manipulées, ce qui génère des aérosols de particules de noir de carbone dans le flux d'air, et une troisième phase allant de la 17' minute à la 25' minute pendant laquelle les particules de noir de carbone ne sont plus manipulées. La figure 9 représente l'évolution du rapport entre ces mesures qui est calculé par l'unité de calcul 118.

Tant qu'il n'y a pas manipulation des particules de noir de carbone, et donc pas d'aérosols de noir de carbone dans le flux d'air, le rapport des concentrations est proche de 1 et globalement inférieur à 1. Une variabilité plus importante de ce rapport est ici obtenue au cours de cette première phase en raison des faibles concentrations en particules de l'air ambiant (moins de 1000 particules/cm3), la mesure réalisée par le premier dispositif 110 pour de telles concentrations étant peu précise. Dès qu'il y a manipulation des particules de noir de carbone, avec génération d'aérosols de noir de carbone, le premier dispositif 110 surestime fortement la concentration de particules par rapport au deuxième dispositif 112 en raison des agrégats et/ou des agglomérats de particules de noir de carbone qui se forment. Le rapport des concentrations mesurées dépasse alors rapidement 1000. Le système 100 permet donc de mettre en évidence spécifiquement la présence d'un aérosol d'intérêt autre que les particules de l'air ambiant, de façon très sensible et avec un temps de réponse de l'ordre de la seconde. La présence de particules d'intérêt est par exemple déterminée par l'unité de calcul 118 lorsque la valeur calculée du rapport entre les mesures fournies par les dispositifs 110, 112 dépasse une valeur seuil, la valeur de cette valeur seuil étant fonction des éléments formant le système 100 et déterminée par exemple préalablement lors d'une phase de calibrage ou d'étalonnage du système 100. De plus, même en présence de fortes variations des concentrations de particules de l'air ambiant, du fait que les concentrations mesurées par les deux dispositifs 110, 112 varient de manière sensiblement similaire suite à ces variations, le rapport entre les deux mesures n'est pas impacté par ces variations et permet toujours d'identifier la présence de ces particules d'intérêt. Le système 100 comporte également une unité de traitement 120 recevant en entrée le signal délivré par l'unité de calcul 118, c'est-à-dire le rapport et/ou la différence entre les valeurs des concentrations en particules fournies par les deux dispositifs de mesure 110, 112, et utilisant ce signal pour réaliser une ou plusieurs fonctions souhaitées. Il est possible que les unités 118 et 120 correspondent à un seul élément. Par exemple, l'unité de traitement 120 peut déclencher une alarme (visuelle, sonore, etc.) lorsque la valeur du rapport et/ou de la différence entre les mesures des concentrations réalisées par les dispositifs 110, 112 dépasse un certain seuil. L'unité de traitement 120 peut également réaliser un asservissement d'un procédé en fonction de la valeur de ce rapport et/ou de cette différence, et déclencher par exemple un arrêt, une régulation ou un démarrage de toute sorte d'actions liées par exemple à un procédé de fabrication ou autre. L'unité de traitement 120 peut également réaliser un enregistrement du signal délivré par l'unité de calcul 118. D'autres fonctions ou traitements du signal délivré par l'unité de calcul 118 peuvent être réalisées par l'unité de traitement 120. La figure 10 représente schématiquement le système 100 selon un deuxième mode de réalisation.

Par rapport au premier mode de réalisation précédemment décrit en liaison avec la figure 1, un chargeur ou neutraliseur 121 de charges électriques des particules est disposé en amont du séparateur de flux 104 et est couplé à un dispositif 122 de sélection de particules qui est apte à sélectionner au moins une partie des particules du flux d'air en fonction de leur comportement (mobilité électrique et/ou mobilité aérodynamique et/ou taille), correspondant par exemple à un analyseur différentiel de mobilité électrique (ADME, ou DMA pour « Differential Mobility Analyser ») et son système de contrôle. Ainsi, les particules du flux d'air circulant dans la canalisation d'entrée 102 sont chargées ou neutralisées électriquement par le chargeur ou le neutraliseur 121, puis le dispositif 122 réalise une sélection des particules en fonction de leur comportement, par exemple en fonction de leur taille. Seules les particules dont la taille correspond à la gamme souhaitée sont conservées par le dispositif 122 et envoyées dans le séparateur de flux 104. Les concentrations en particules sont alors mesurées par les dispositifs 110 et 112, comme décrit précédemment.

En variante, dans le système 100 selon ce deuxième mode de réalisation, le dispositif 122 peut être apte à réaliser la sélection des particules en fonction de leur comportement électrique (mobilité électrique), ou de leur comportement aérodynamique (mobilité aérodynamique) et ainsi réaliser une sélection des particules selon leur taille sans que ces particules soient chargées ou neutralisées électriquement, par exemple lorsque le dispositif 122 est un cyclone. Selon une autre variante de réalisation, une sélection en taille des particules peut être réalisée directement au niveau du premier dispositif 110 qui peut être apte à compter uniquement les particules d'une certaine taille ou dont la taille correspond à une gamme sélectionnée. Selon une autre variante, le premier dispositif 110 et/ou le deuxième dispositif 112 peuvent être aptes à mesurer la concentration en nombre de particules et également réaliser cette mesure pour plusieurs gammes de tailles de particules. Quelque soit le mode de réalisation considéré ou la variante considérée, il est possible que le système 100 comporte un troisième dispositif disposé parallèlement aux dispositifs de mesure 110, 112 et permettant de déterminer la nature, minérale ou carbonée, de l'aérosol caractérisé. Dans ce cas, le séparateur de flux 104 peut réaliser une séparation du flux d'air d'entrée non pas en deux flux distincts, mais en trois flux distincts afin que ce troisième dispositif réalise cette détermination de la nature des particules parallèlement aux mesures réalisées par les dispositifs 110, 112. De plus, pour les différents modes et variantes de réalisation précédemment décrits, le premier dispositif 110 peut comporter, à la place du dispositif de mesure à électromètre 116 couplé au chargeur 114, un compteur optique de particules (COP). Un tel compteur optique de particules permet notamment d'estimer le nombre de particules et leur masse. Un tel compteur optique de particules correspond par exemple à l'équipement proposé par la marque GRIMM sous la dénomination commerciale « Dustmonitor 1.109 » ou à l'équipement commercial proposé par la marque PALLAS sous la dénomination commerciale FIDAS. En outre, l'unité de calcul 118 peut également calculer, à partir des résultats de mesure fournis par les dispositifs 110 et 112, une valeur de la concentration en particules. Pour cela, un étalonnage, ou modélisation, préalable du système 100 est réalisé avant les mesures afin que ce calcul de la valeur de la concentration en particules puisse être réalisé à partir des mesures réalisées par les dispositifs 110 et 112.

Un tel système 100 est par exemple adapté pour réaliser : - une détection d'une remise en suspension involontaire d'un aérosol nanostructuré afin d'alerter une exposition potentielle de personnes à cet aérosol, nanostructurés, - un suivi d'un procédé mettant en jeu des aérosols nanostructurés, - un asservissement d'un procédé mettant en jeu des aérosols un enregistrement des données mesurées et calculées, une détection d'une émission d'aérosol nanostructuré vers l'environnement.

Claims

REVENDICATIONS1. Système (100) de détection de particules comportant au moins : - un premier dispositif (110) de mesure de concentration de particules comportant au moins un dispositif de mesure à électromètre (116) couplé à un chargeur (114), et/ou comportant au moins un compteur optique de particules, - un deuxième dispositif (112) de mesure de concentration de particules comportant au moins un compteur de noyaux de condensation, une unité de calcul (118) apte à calculer un rapport et/ou une différence entre une première mesure de concentration de particules d'un flux d'air destinée à être réalisée par le premier dispositif (110) de mesure de concentration de particules et une deuxième mesure de concentration de particules du flux d'air destinée à être réalisée par le deuxième dispositif (112) de mesure de concentration de particules.
2. Système (100) de détection de particules selon la revendication 1, comportant en outre un séparateur de flux (104) comportant une entrée dans laquelle le flux d'air est destiné à être envoyé et deux sorties couplées à des entrées des premier et deuxième dispositifs (110, 112) de mesure de concentration de particules.
3. Système (100) de détection de particules selon la revendication 2, comportant en outre un dispositif (122) de sélection de particules disposé en amont du séparateur de flux (104) et apte à sélectionner au moins une partie des particules du flux d'air en fonction de leur comportement tel que le flux d'air reçu par les premier et deuxième dispositifs (110, 112) de mesure de concentration de particules ne comporte que les particules sélectionnées.
4. Système (100) de détection de particules selon la revendication 3, dans lequel le dispositif (122) de sélection de particules comporte un cyclone, ou dans lequel le dispositif (122) de sélection de particules comporte un analyseur différentiel de mobilité électrique couplé à un chargeur ou un neutraliseur (121) de charges électrique des particules du flux d'air.
5. Système (100) de détection de particules selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de calcul (118) est apte à réaliser une comparaison entre le rapport et/ou la différence entre les première et deuxième mesures de concentration de particules du flux d'air et une valeur seuil pour déterminer la présence de particules d'intérêt autres que celles de l'air ambiant.
6. Système (100) de détection de particules selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une unité de traitement (120) du signal délivré par l'unité de calcul (118).
7. Système (100) de détection de particules selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un dispositif apte à déterminer la nature des particules du flux d'air.
8. Système (100) de détection de particules selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de calcul (118) est apte à calculer une concentration de particules d'intérêt contenues dans le flux d'air et distinctes des particules de l'air ambiant.
9. Procédé de détection de particules comportant au moins les étapes suivantes : - première mesure d'une concentration de particules d'un flux d'air par un premier dispositif (110) de mesure de concentration de particulescomportant au moins un dispositif de mesure à électromètre (116) couplé à un chargeur (114), et/ou comportant au moins un compteur optique de particules ; - deuxième mesure d'une concentration de particules du flux d'air par un deuxième dispositif (112) de mesure de concentration de particules comportant au moins un compteur à noyaux de condensation ; - calcul d'un rapport et/ou d'une différence entre les première et deuxième mesures de concentration de particules du flux d'air.
10. Procédé selon la revendication 9, comportant en outre, préalablement aux première et deuxième mesures de concentration de particules, une étape de sélection d'au moins une partie des particules du flux d'air en fonction de leur comportement telle que les première et deuxième mesures de concentration de particules soient mises en oeuvre à partir du flux d'air ne comportant que les particules sélectionnées.
11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, comportant en outre, après l'étape de calcul du rapport et/ou de la différence entre les première et deuxième mesures de concentration de particules, une étape de comparaison entre le rapport et/ou la différence entre les première et deuxième mesures de concentration de particules et une valeur seuil permettant de déterminer la présence de particules d'intérêt autres que celles de l'air ambiant.
12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, comportant en outre une étape de détermination de la nature des particules du flux d'air.
13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, comportant en outre une étape de calcul d'une concentration de particules d'intérêt contenues dans le flux d'air et distinctes des particules de l'air ambiant.