Mesure des PM2.5 : Anciennes vs Nouvelles Techniques

Les PM ou pollution particulaire sont des aérosols microscopiques, des particules de poussière et des gouttelettes d’eau en suspension dans l’air ou l’atmosphère. Ils sont connus pour causer divers dommages causant une variété de troubles cardiorespiratoires et l’aggravation de maladies respiratoires telles que l’asthme, la bronchite, la pneumonie, etc. Respirer de l’air contaminé par les PM2.5 peut irriter les yeux, le nez, la gorge et les voies respiratoires . Par conséquent, nous devons connaître les différentes techniques de mesure des PM2.5, en particulier dans les zones les plus sensibles aux émissions de poussière.

« Les PM2.5 sont désignées cancérigènes du groupe 1 par le CIRC et l’OMS. Par conséquent, considéré comme la forme la plus dangereuse de pollution de l’air.

– IARC & WHO

Introduction

Les matières particulaires sont les fines particules microscopiques ou nano-particules en suspension dans l’air. Ils peuvent être volatils, semi-volatils, non volatils, liquides ou solides. Ces particules ont la capacité de pénétrer profondément dans nos poumons via la respiration, puis de pénétrer dans la circulation sanguine. L’Organisation mondiale de la santé a établi des limites pour les concentrations de PM2.5. Par conséquent, la qualité de l’air dépassant ces limites est considérée comme malsaine à inhaler. De même, diverses autorités indiennes ont mis en place des normes pour mesurer et contrôler la concentration excessive de PM2.5, en particulier dans les centrales électriques, les unités de fabrication, les activités de construction et de démolition, et bien d’autres activités similaires. Dès lors, mesurer les PM2.5 devient indispensable pour se conformer aux normes. La surveillance et la mesure des PM2.5 sont également importantes pour maintenir la santé des travailleurs et du personnel.

L’EPA définit les particules fines comme des particules d’un diamètre inférieur ou égal à 2.5 μm qui ne peuvent être vues qu’au microscope électronique.

• Les chantiers de construction, les incendies, les usines, les centrales électriques, les cheminées, les routes non pavées et les voitures émettent tous des PM2.5.
• En raison de la capacité d’infiltration des particules microscopiques, les dangers pour la santé augmentent à mesure que la taille des particules diminue.
• Mise en œuvre de directives et de normes sur la qualité de l’air dans le monde entier pour surveiller et contrôler les PM2.5.
• Cette analyse est menée par l’OSHA, l’EPA, l’ASTM et le NIOSH.

Qu’est-ce que le prélèvement d’air ?

L’échantillonnage de l’air est toute méthode permettant de prélever un volume d’air représentatif et d’analyser sa contamination chimique, particulaire ou radioactive. Ce volume d’air représentatif -> permet de calculer la contamination par unité de volume de concentration. Comparez cette valeur à diverses directives et normes. Nous quantifions la pollution de l’air grâce à l’échantillonnage et à la surveillance de l’air.

Quel est le besoin d’échantillonnage, de surveillance et de mesure de l’air PM2.5 et d’autres polluants atmosphériques ?

• Pour identifier et analyser les sources de pollution de l’air.
• Pour évaluer l’impact environnemental des émissions des centrales électriques et de fabrication.
• Pour trouver des particules dangereuses et des contaminants en suspension dans l’air au travail.
• Examiner les émissions des véhicules et des produits.
• Pour avoir adhéré à toutes les normes et réglementations gouvernementales susmentionnées.

Critères de test de mesure des PM2.5 et PM10 (poussière) de l’US EPA

Flux de travail de surveillance de l’air

Les échantillons sont collectés sous vide sur un filtre ou une résine, sont ensuite traités par nettoyage du filtre, extraction ou incinération, puis évalués à l’aide de méthodes gravimétriques, de microscopie ou d’équipement.

L’approche typique pour une variété de différentes techniques d’analyse utilisant des échantillons d’air est montrée ici.

1. Collecte/préparation d’échantillons – les échantillons sont collectés sur filtre par résine ou sous vide

• Analyse gravimétrique – Utilise des filtres de poids pré-pondérés ou appariés.
• Moule-vide à travers les médias. En d’autres termes, utilisez une autre technique d’écouvillonnage, de lingette, de ruban adhésif, de plaque de gélose.

2. La préparation des échantillons

• Gravimétrique – C’est la technique la plus largement utilisée pour mesurer et donc analyser les concentrations de PM. De plus, il utilise la dessiccation (MCE), le PVC, le GF, le Quartz, etc.
• Microscopiques – Les particules microscopiques, telles que celles dont la taille est comprise entre une fraction de micron et des centaines de microns, sont cruciales pour un certain nombre de processus, notamment la gestion industrielle de la production d’aérosols et le contrôle des impuretés. Les particules solides avec un diamètre moyen inférieur à plus de 10 µg/m3 (également appelées particules PM10) peuvent avoir un impact négatif grave sur la santé humaine, causant des problèmes de santé supplémentaires et créant des maladies comme l’asthme.

3. Une analyse

• Analyse des données mesurées par les différentes techniques manuelles. Analyse pour d’autres comparaisons.
• Pré et post pondération des filtres avant et après l’échantillonnage.
• Granulométrie et comptage

Techniques de mesure des PM2.5

Selon l’OMS, la pollution de l’air tue 7 millions de personnes chaque année. Heureusement, la plupart des troubles respiratoires peuvent être évités en améliorant la qualité de l’air. Cependant, pour s’assurer que les limites et les exigences en matière d’air pur sont respectées, il est nécessaire de tester et de surveiller la qualité de l’air. Toutes les méthodes de mesure de la poussière mentionnées ci-dessous sont traditionnellement utilisées par le CAAQMS, qui est toujours utilisé par diverses industries et sites gouvernementaux.

1. Méthode gravimétrique- 

La collecte et la mesure des PM2.5 (matières particulaires) par hydratation, suivies d’une analyse gravimétrique et d’une quantification, est l’une des procédures les plus utilisées pour mesurer la pollution de l’air. De telles stations de test peuvent être trouvées chez les fournisseurs de combustion, d’automobiles à moteur, d’avions, de navires et de camions, entre autres. Il existe également des stations d’essais environnementaux qui filtrent l’air pour déterminer le niveau de pollution. L’examen de ces filtres est nécessaire, quel que soit l’endroit où le filtrage est effectué. Cela signifie que les particules sur les filtres doivent être correctement pesées. Pour ce faire, les balances les plus précises sont nécessaires. Les échantillons sont prélevés manuellement puis livrés aux laboratoires pour une analyse plus approfondie.

• Défis lors de l’utilisation de la méthode gravimétrique :

(i) Manipulation et pesage précis d’un grand nombre de filtres.

(ii) Corriger l’étiquetage et la manipulation des échantillons pour éviter toute confusion et erreur.

(iii) Afin d’éviter la contamination, un environnement de salle blanche est nécessaire.

(iv) Il est crucial de conditionner correctement les filtres.

(v) Il est important de traiter et d’analyser correctement une grande quantité de données.

(vi) Des tailles d’échantillons plus petites résultent de réglementations plus strictes, qui nécessitent des bilans plus précis.

2. Atténuation des rayons bêta-

BAM est un dispositif de surveillance continue de la qualité de l’air ambiant qui utilise une technique d’atténuation des rayons bêta qui fonctionne en temps réel. Utilisations de cet appareil – pour mesurer les PM2.5 et PM10 pour les utilisateurs, les autorités et tous ceux qui s’intéressent aux données sur la qualité de l’air. Essentiellement, changer cette bande filtrante à l’intérieur du BAM tous les 2-3 mois par l’utilisateur.

• Comment ça marche?

L’entrée sélective de la taille des particules est située sur le dessus de l’instrument, qui dépasse généralement à travers le toit de l’enceinte de surveillance. Parce que nous avons besoin de quantifier la matière particulaire microscopique, elle sépare les énormes particules grossières (plus petites que PM10). Puis, après activation d’une pompe reliée au BAM -> poussée d’un énorme volume d’air via la tête d’admission. De minuscules particules dessinées par gravimétrie (moins de 10 μm) -> sur l’ensemble de bande filtrante.

BAM collecte les données pendant 1 heure à la fois. Nous effectuons une mesure d’atténuation bêta à la fin de chaque heure. Plus il y a de particules qui se déposent sur la bande pendant l’heure, moins il y a d’atténuation du signal. Le capteur peut calculer la concentration massique de PM10 ou PM2.5 au cours d’une heure.

3. TEOM

TEOM signifie Microbalance oscillante à élément conique. Utilisation- C’est une méthode pour mesurer en continu la pollution particulaire dans l’air. Il dispose d’un instrument équipé d’un pilote de bobine et de la taille d’une entrée sélective. Il faut donc prélever le total des particules en suspension. L’air est aspiré à travers un filtre à l’extrémité d’un tube de verre oscillant conique. Par conséquent, le changement de fréquence est directement lié à la masse de PM accumulée.

• Comment ça marche?

Un pilote de bobine vibre contre un aimant sur l’élément conique pour initier un mouvement oscillant. Un champ magnétique opposé maintient l’oscillation naturelle. Par conséquent, un échantillon d’air commence à circuler dans le système. Les particules s’accumulent sur un filtre placé au-dessus de la sarcelle. Au fil du temps, la masse particulaire augmente et pèse contre la fréquence d’oscillation de réduction de la sarcelle. Le capteur à effet Hall mesure le changement de fréquence.

Mesure et surveillance des PM (Particulate Matter)

Introduction des nouvelles technologies pour surmonter les inconvénients des méthodes traditionnellement utilisées pour calculer les PM.

Les CAPTEURS DE PARTICULES LASER fonctionnent selon le concept de diffusion optique de la lumière à 90°. Réflexion de la lumière vers le capteur qui frappe l’ouverture du miroir à 90°. Tant qu’il y a réflexion de la lumière, la photodiode enregistre une impulsion. Transformation du signal électrique ainsi reçu, en une concentration de matière particulaire.

De plus en plus de gens prennent conscience de la qualité de l’air. Aujourd’hui, les applications de surveillance de la qualité de l’air ne se limitent pas à une utilisation industrielle et industrielle. Par conséquent, ils sont plus désireux et intéressés de connaître la qualité de l’air autour de leur maison et de leur espace de travail.

Introduction à de nombreuses techniques différentes pour mesurer et surveiller différents paramètres de qualité de l’air. Par exemple, diffusion de la lumière à 90°, détection électrochimique, capteurs NDIR, capteurs d’oxyde métallique (MOS), etc.

Cela a augmenté la demande de moniteurs de qualité de l’air abordables et précis. Par conséquent, de nombreuses entreprises, dont Prana Air, ont accepté le défi de fournir des moniteurs et des capteurs de qualité de l’air abordables et de répondre aux demandes à venir des clients.

La technologie utilisée autrefois est précise mais extrêmement coûteuse et n’est donc pas abordable pour le grand public. En plus de cela, ils nécessitent une grande surface de déploiement et les coûts de maintenance sont là. En dehors de cela, les données sont disponibles après 8 à 24 heures. Par la suite, les données sont accessibles sur les sites gouvernementaux et mises à la disposition du grand public.

Mais la technologie moderne surmonte tous ces inconvénients. Ceux-ci sont:

Avantages des méthodes new age :

1. Petit et maniable, donc facilement transportable
2. Faible coût et convivial
3. Accessibilité et analyse des données sur un tableau de bord personnalisé.
4. Haute précision
5. Pas de tels frais d’entretien
6. Différents moniteurs et capteurs sur la base des exigences du client.
7. Surveillance des données en temps réel
8. L’analyse historique et en temps réel est plus facile.
9. Plusieurs paramètres de pollution de l’air affichés sur les appareils sélectionnés.
10. L’étalonnage et la surveillance prennent quelques secondes.

Analyse des particules : Méthodes traditionnelles contre nouvelles méthodes

Sources:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Particulate_pollution#:~:text=Particulate%20matter%20(PM)%20is%20generally,particles%202.5%20%CE%BCm%20and%20smaller.
2. https://www.cdc.gov/niosh/mining/UserFiles/works/pdfs/poalsd.pdf
3. Image sources: https://www.mdpi.com/2077-0472/12/7/1038/htm ; http://bit.ly/3Axu0LD ; http://bit.ly/3VctRp4 ; http://bit.ly/3UW0urk