La technologie de prise des relevés

Sans entrer dans les détails scientifiques du relevé de taux des particules fines en suspension dans l’air, il faut être conscient du niveau de complexité de ce type d’analyse. Pour définir avec précision la part des particules en suspension il faut définir la quantité ou la masse de particules d’un type dans une unité de volume d’air. La division adoptée par consensus général est celle entre la poussière tombante, avec le diamètre des particules supérieur à 10 µm, et la poussière en suspension, avec le diamètre des particules inférieur à 10 µm.  Cette délimitation n’a pas été mise en place arbitrairement. Il ne faut pas oublier que les particules d’une taille inférieure à 10 µm sont tellement fines qu’elles peuvent pénétrer profondément dans le système respiratoire et les poumons, et constituer une menace réelle pour la santé. Bien évidemment, toutes les particules de poussière ne sont pas nocives – la poussière suspendue dans l’air peut varier largement dans sa composition physique et chimique, en fonction de la source et de la taille des particules.

 

Dans la poussière en suspension, donc avec une taille de particules inférieure à 10 µm, on différencie en plus les particules fines d’une taille supérieure à 2.5 µm (mais inférieure à 10 µm) et très fines, avec un diamètre supérieur à 0.1 µm, mais inférieur à 2.5 µm. Le terme « diamètre » est utilisé approximativement, puisque la forme des particules est irrégulière, et la comparaison se fait par référence à une particule sphérique aux mêmes propriétés aérodynamiques qu’une particule réelle.

PM2.5 La poussière PM2.5 contient des particules au diamètre inférieur à 2.5 micromètres, qui peuvent pénétrer dans les voies respiratoires supérieures et les poumons, ainsi que s’infiltrer dans le sang. La valeur cible de la moyenne annuelle pour la poussière PM 2.5 et de 25 µg/m³. Le taux limite est de 25 µg/m³, et le taux limite augmenté de la marge de tolérance de 2012 est de 27 µg/m³. La combustion du charbon dans des chaudières à charbon anciennes et souvent mal réglées ainsi que dans des chaudières domestiques, et les transports en commun dans des grandes villes sont les principaux coupables des émissions de poussières. La combustion des déchets dans des chaudières, bien qu’illégale et dangereuse pour la santé humaine, est toujours pratiquée par certains citoyens. Un autre responsable pour les émissions de poussières est l’industrie, en particulier l’industrie de l’énergie, l’industrie chimique, l’industrie minière et l’industrie métallurgique. Néanmoins, étant donné la hauteur des appareils émetteurs et la législation en vigueur définissant les quotas autorisés des émissions, l’incidence de ces sources sur la qualité d’air est limitée.

Les poussières au diamètre inférieur à 10 micromètres sont absorbées par les voies respiratoires supérieures et les bronches. Quand elles pénètrent dans les poumons, elles peuvent provoquer des différentes réactions de l’organisme, telles que la toux, les difficultés respiratoires et l’essoufflement, surtout lors de l’effort physique. Elles augmentent le risque d’infections du système respiratoire et intensifient les symptômes des maladies allergiques, p.ex. l’asthme, le rhume des foins et la conjonctivite. L’intensification des symptômes dépend largement du taux de concentration de la poussière dans l’air, la durée d’exposition, l’exposition supplémentaire aux facteurs environnementaux et la vulnérabilité individuelle accrue. Les fractions ultrafines des poussières peuvent s’infiltrer dans le sang. L’exposition prolongée aux poussières en haute concentration peut avoir une incidence considérable sur l’évolution des maladies cardiaques (l’hypertension artérielle, les incidents cardiaques), voire augmenter le risque du cancer, en particulier le cancer du poumon. Les nouvelles études confirment également l’effet nocif de l’inhalation des poussières sur la santé des femmes enceintes et du fœtus (naissances de petit poids, anomalies congénitales, pathologies de la grossesse). Les poussières au diamètre inférieur à 2.5 micromètre (appelées « particules très fines ») sont absorbées par les voies respiratoires supérieures et inférieures, et peuvent également s’infiltrer dans le sang. Pareillement aux poussières du groupe PM10, elles peuvent provoquer la toux, les difficultés respiratoires et l’essoufflement, surtout lors de l’effort physique.

PM10  Les particules fines PM10 est composée d’un mélange de particules en suspension dans l’air, composées de substances organiques et inorganiques. La poussière en suspension peut contenir des substances toxiques, telles que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (benzo[a]pyrène), les métaux lourds, les dioxines et les furanes. La poussière PM10 contient des particules au diamètre inférieur à 10 micromètres, qui peuvent pénétrer dans les voies respiratoires supérieures et les poumons. Le taux de concentration moyen journalier limite est de 50µg/m³, et ne peut être dépassée que 35 jours dans l’année. Le taux de concentration moyen annuel limite est de 40 µg/m³, et le seuil d’alerte est de 200 µg/m³.

 

Les particules des poussières en suspension peuvent être classifiées selon la profondeur de pénétration dans les voies respiratoires :

  • la fraction inhalée – les particules inhalées par le nez et par la bouche
  • la fraction thoracique – les particules qui pénètrent au-delà du larynx
  • la fraction respirable – les particules qui pénètrent dans les alvéoles pulmonaires

Parmi les méthodes de mesure qui permettent de définir le niveau des poussières en suspension dans l’air, on distingue trois groupes principaux : l’analyse gravimétrique, l’analyse optique et l’analyse du micro équilibre. AirmMatrix utilise l’analyse optique

Les différentes méthodes de mesure

Dans l’analyse gravimétrique, l’air passe à travers une chambre de mesure équipée d’une série de filtres. La quantité de poussière en suspension dans l’air est calculée par la différence de poids du filtre avant et après la mesure, ainsi que le volume d’air pompé dans la chambre. Cette méthode d’analyse est répandue en Europe et aux Etats-Unis. Elle est certes précise mais elle est néanmoins très longue et coûteuse. La procédure complexe de préparation des filtres dans des conditions contrôlées, le transport depuis/vers les centres d’analyses et la nécessité de relevé de poids très précis au laboratoire constituent les défauts principaux de cette méthode.

Les méthodes optiques consistent à illuminer les particules de la poussière avec un faisceau lumineux et à analyser les phénomènes qui en ressortent. Les méthodes les plus répandues sont basées sur la mesure de la lumière reflétée par les particules de la poussière. Les appareils d’analyse utilisant les méthodes optiques sont équipés d’une source de lumière, le plus souvent une diode, qui émet un faisceau lumineux aux paramètres prédéfinis (comme la longueur d’onde lumineuse prédéfinie) et d’un détecteur (le plus souvent une photodiode). Lors de l’analyse, l’appareil projette une impulsion lumineuse dans la chambre de mesure, et le détecteur enregistre la lumière reflétée pas les particules de la poussière. Les données obtenues par le détecteur permettent de définir la quantité des particules de la taille (approximative) recherchée dans une unité de volume d’air. Les manipulations supplémentaires du système d’analyse, comme l’ajustement de la durée et l’intensité d’illumination, ainsi que l’utilisation des sources de lumière différentes, permettent d’obtenir des résultats satisfaisants en peu de temps.  Les méthodes optiques trouvent leur application dans des appareils mobiles (tels que Protinus ou DustTrack) grâce à la rapidité d’analyse et la consommation basse d’énergie.

Les méthodes du micro équilibre consistent à attraper les particules de taille définie grâce à des filtres adaptés. Lors de l’analyse on évalue la fréquence de résonnance des vibrations du filtre, qui change, suite à l’augmentation du poids causée par l’accumulation des particules de la poussière. Le changement de fréquence est ensuite traduit en quantité de particules. Ce type d’analyse permet d’effectuer rapidement une série d’analyses. Or, leur précision dépend d’une série de facteurs tels que la résolution de l’analyse de la fréquence de résonnance, l’humidité, la température, et autres.