Amélioration du système de dopage PM - Enrichissement sélectif de matrice d’air ambiant en fonction de la granulométrie des particules

Cette étude s’inscrit dans la suite des travaux portant sur l’amélioration du banc de dopage de matrice d’air ambiant. Il s’agit d’un montage expérimental utilisé par l’Ineris pour la réalisation de comparaisons interlaboratoires d’instruments de mesures des particules (systèmes de mesures automatiques (AMS), aethalomètres…). Les premiers essais ont montré qu’il était possible de générer des particules présentant un diamètre aérodynamique allant de 0,5 µm à 20 µm mais qu'il reste difficile de contrôler la granulométrie du dopage particulaire avec les méthodes utilisées. En effet, malgré la présence de particule de gros diamètre, la répartition granulométrique reste centrée autour de 600 nm.

Afin de répondre à cette problématique l’Ineris s’est proposé d’étudier le principe de fonctionnement d’un impacteur virtuel et d’en adapter le dispositif afin de réaliser des dopages ciblés de matrice d’air ambiant enrichie en particules présentant un diamètre aérodynamique supérieur à 2,5 µm.

Ainsi, cette note regroupe les principaux éléments permettant de comprendre le principe de fonctionnement de l’impaction inertielle et les méthodes existantes. Elle montre également que ces dispositifs peuvent être utilisés afin de séparer les particules en fonction de leur diamètre aérodynamique. De plus, lorsqu’associée à un système de collecte, le dispositif joue alors le rôle de concentrateur des particules présentant un diamètre supérieur au diamètre aérodynamique cible, appelé diamètre de coupure. Enfin, cette note présente les éléments retenus pour la conception d’un dispositif dimensionné pour le système de dopage de matrice d’air ambiant développé et exploité par Ineris.

Sur la base de ces éléments, un prototype a pu être mis au point. Des essais restent à conduire afin de valider son bon fonctionnement et d’évaluer ses performances au sein du système de dopage de matrice d’air ambiant.

A terme, cet impacteur pourrait être mis en œuvre lors des différents tests d’instrument de mesure des particules, comme par exemple les comparaisons inter-laboratoires dédiées aux systèmes de mesures automatiques ou encore les systèmes capteurs.

Selective enrichment of ambient air matrix according to particle size

This study is the continuation of the work on the improvement of the enhanced ambient air matrix system. This is an experimental facility used by Ineris to carry out inter-laboratory comparisons of PM measurement instruments (automatic measurement systems (AMS), aethalometers, etc.). The first report showed that it was possible to generate particles having an aerodynamic diameter ranging from 0.5 µm to 20 µm, but that it was still difficult to control the particle size of the PM source with the methods currently used. Indeed, despite the presence of large diameter particles, the size distribution remains centered around 600 nm.

In order to answer this problem, Ineris proposed to study the operational principle of a virtual impactor and to adapt this type of devices in order to carry out targeted generation enriched in particles with an aerodynamic diameter greater than 2.5 µm.

Thus, this note gathers the main elements allowing to understand the operating principle of inertial impaction and the existing methods. It also shows that these devices can be used to separate particles according to their aerodynamic diameter. Furthermore, when combined with a collection system, the device acts as a concentrator of particles having a diameter greater than the target aerodynamic diameter, called cut-off diameter. Finally, this note presents the selected elements for the design of a device adapted to our enhanced ambient air matrix system.

On the basis of these elements, a prototype has been designed. Experiments remain to be carried out in order to validate its proper operation and to evaluate its performance within the enhanced ambient air matrix system.

In the long term, this virtual impactor could be used in various tests of PM measurement instruments, such as inter-laboratory comparisons dedicated to automatic measurement systems or sensor systems.