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Détermination expérimentale de facteurs de forme dynamique par comparaison des techniques coulter et impacteur en cascade.


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O. Witschger, R. Wrotel, G. Basso, S. Fauvel, F. Gensdarmes, Congrès français sur les aérosols CFA 2002, 11 et 12 décembre 2002, Paris.

Résumé

Il existe très peu d’aérosols, d’origine naturelle ou non, qui soient constitués de particules sphériques. Outre la taille et la densité des particules qui composent un aérosol, une caractéristique également essentielle à connaître si l’on s’intéresse à décrire précisément son comportement aérodynamique est la forme des particules. De nombreuses applications sont donc concernées : hygiène du travail pour l’évaluation des performances d’échantillonnage d’échantillonneurs d’aérosols ou l’étude de l’évolution d’un aérosol dans une enceinte ventilée, radioprotection des travailleurs pour l’estimation de doses inhalées ou bien encore sûreté nucléaire pour le calcul du dépôt ou du réentrainement d’un aérosol dans une conduite. Parmi les différents facteurs de forme que l’on peut déterminer, le facteur de forme dynamique est le plus important. Il est défini comme le rapport entre la force de traînée de la particule irrégulière considérée et celle d’une particule sphérique ayant la même masse et la même vitesse de sédimentation dans l’air tout en étant composée du même matériau. Pour des particules composées d’un matériau non poreux le facteur de forme dynamique permet donc de faire le lien entre le diamètre équivalent en volume et le diamètre équivalent aérodynamique. La méthode décrite permet de déterminer expérimentalement le facteur de forme dynamique en fonction de la taille des particules d’un aérosol polydispersé et composé de particules solides. Elle consiste à comparer les résultats d’une mesure effectuée suivant la technique Coulter (mesure du diamètre équivalent en volume) à ceux d’une mesure effectuée à l’aide d’une technique d’impaction en cascade (mesure du diamètre aérodynamique). Cette méthode a été appliquée dans deux laboratoires distincts. Au sein de l’INRS les essais ont été menés dans un tunnel à basse vitesse en utilisant un générateur à lit fluidisé et des impacteurs individuels Marple 290. Au sein de l’IRSN les essais ont été effectués dans l’installation CEPIA à l’aide d’un générateur à brosse tournante et des impacteurs Andersen à 8 étages de collection. La densité moyenne des particules a été mesurée suivant une même méthode d’ultracentrifugation dans les deux laboratoires. L’analyse des résultats a consisté à comparer les distributions granulométriques en mode cumulé. Compte tenu des nombres différents de classes granulométriques offerts par les deux techniques, plusieurs approches ont été étudiées pour l’analyse des résultats issus des impacteurs (analyse brute, méthode de Henry, inversion). Les facteurs de forme dynamique ont été obtenus pour des poudres polydispersées d’alumine et de microsphères de verres sur une gamme granulométrique comprise entre environ 1 et 10 micromètres. Ce travail a été effectué en collaboration avec l'INRS, Laboratoire de métrologie des aérosols.