Brevet FR2563914A1 — publié le 19851108

La présente invention concerne des perfectionnements à la collecte des poussières et plus précisément un appareil d'échantillonnage convenant particulièrement bien à la pous- sière atmosphérique présente dans les lieux de travail. L'échantillonnage de la poussière contenue dans l'air, pour la surveillance des conditions hygiéniques de travail, a évolué de manièrestrès diverses. On a essayé de réaliser un appareil d'échantillonnage qui, à l'air calme ou dans un courant d'air, a un rendement d'aspiration égal à un dans toute la plage des diamètres aérodynamiques particulaires constatés, et on peut considérer qu'il s'agit véritablement de la "poussière totale vraie". Il existe déjà un dispositif donnant ce résultat à l'air calme (dans le cas des particules ayant des diamètres aérodynamiques pouvant atteindre 30 Dm environ) et dans un courant d'air ayant une vitesse et une direction bien déterminées. Une autre technique repose sur la considération du fait que de telles conditions sont rare- ment rassemblées en pratique, et concernent un appareil d'échantillonnage qui collecte la poussière totale vraie sur une gamme de dimensions particulaires, de vitesses d'air et d'orientations de courant d'air suffisammment large. On n'a pas encore réalisé d'appareil satisfaisant d'échantillon- nage. On peut aussi considérer les caractéristiques d'échan- tillonnage de la bouche et du nez humains lors de la respi- ration. Comme le corps humain ne constitue pas un appareil parfait d'échantillonnage mais possède des rendements diffé- rents d'aspiration en fonction de la dimension aérodynamique des particules (bien que ce rendement soit relativement indé- pendant de la vitesse du courant d'air), un appareil d'échan- tillonnage de poussière totale qui possède des caractéristi- ques de collecte pratiquement identiques à la courbe d'aspi- ration publié par Vincent et Armbruster, Ann. occup. Hyg. 24:245-248 (1981), sur toute une gamme de vitesses et d'orien- tations du courant d'air, constituerait un dispositif parti- cu]ièrement utile pour la détermination des risques présentés par les poussières pour les êtres humains. L'invention concerne un appareil d'échantillonnage de la poussière totale qui donne des caractéristiques de collecte très proches de la courbe de Vincent et Armbruster et qui a une tête d'échantillonnage comprenant un corps dé- limitant une ouverture, un ensemble amovible de filtration ayant une entrée munie d'une lèvre dépassant par l'ouver- ture, l'ensemble de filtration ayant un filtre qui peut col- lecter toutes les particules d'un gaz qui y circule et ayant une sortie de gaz coopérant de façon étanche avec un dispo- sitif d'aspiration de gaz, la tête d'échantillonnage coopé- rant avec un dispositif d'entraînement qui la fait tourner de façon continue. La vitesse de rotation n'est pas primor- diale, pourvu qu'un nombre relativement grand de rotations soit assuré dans le temps total d'échantillonnage, et elle peut être par exemple de 1 à 60 tr/min. L'appareillage d'échantillonnage selon l'invention peut être disposé statiquement, à un endroit voulu, par exem- ple à un lieu de travail, et, bien qu'il soit particulière- ment utile dans les mines souterraines de charbon, il a de très nombreuses applications potentielles pour l'échantillon- nage des poussières dans les milieux de travail, par exemple dans les industries nucléaires ou du plomb, comme seul sys- tème d'échantillonnage ou en plus des appareils personnels d'échantillonnage. Bien que le mode de réalisation décrit plus précisément dans la suite soit destiné à être utilisé dans des atmosphères ambiantes externes, d'autres modes de réalisation peuvent être réalisés afin que le débit qui cir- cule dans l'appareil soit accru, et pour que l'appareil ne puisse poser de problème dû aux précipitations, aux insectes, etc. L'appareil d'échantillonnage comporte avantageusement un corps entourant le dispositif d'aspiration de gaz et le dispositif d'entraînement, la tête rotative d'échantillonnage étant montée à sa partie supérieure. Une tête avantageuse d'échantillonnage est cylindrique et a une petite ouverture allongée placée horizontalement vers le milieu de la surface externe du cylindre. L'ensemble amovible de filtration est avantageusement monté à l'intérieur de la tête et il est maintenu en coopération, par exemple par un dispositif de rappel, avec un joint formé sur un tube de sortie qui est emmanché par frottement sur un tube d'échantillonnage rac- cordé au dispositif d'aspiration par un joint convenable et qui a un arrangement à pignon circonférentiel entraîné à une faible vitesse constante par un moteur. L'ensemble amovible de filtration est avantageuse- ment un ensemble qui peut être rendu étanche afin que toute la poussière qui pénètre soit piégée puis finalement pesée. Losque seul le filtre doit être pesé, la poussière qui adhère aux parois internes de l'ensemble est négligée et la pous- sière collectée risque d'être altérée accidentellement. Le filtre luimême n'a pas de caractéristiques particulières pourvu qu'il puisse collecter toutes les particules de pous- sière dans l'application particulière d'échantillonnage; des filtres qui conviennent sont disponibles dans le commerce. Un dispositif avantageux d'aspiration est une pompe à diaphragme, convenablement entraînée par un moteur élec- trique alimenté par une batterie d'accumulateursqui alimente aussi le dispositif d'entraînement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective éclatée d'une tête d'échantillonnage comprenant un filtre, dans un mode de réa- lisation de l'invention; la figure 2 est une perspective schématique du mode de réalisation considéré, sans la tête représentée sur la figure 1; et la figure 3 est un graphique indiquant les résultats obtenus au cours d'essais de l'appareil d'échantillonnage des figures 1 et 2, par rapport à la courbe de Vincent et Armbruster, les cercles noirs correspondant à une vitesse de 1 m/s et les triangles blancs à une vitesse de 3 m/s, le diamètre aérodynamique des particules étant porté en ab- cisse. La tête d'échantillonnage représentée sur la figure 1 a une enveloppe en deux parties 1, 2, ayant chacune une fente partielle 3. Un ensemble 4 de filtration comprenant une partie supérieure 5, qui a une entrée allongée 6 munie d'une lèvre, permet l'entrée d'un courant de gaz. La par:, inférieure 7 de l'ensemble de filtration porte un papier- filtre 8, appuyé sur un joint annulaire 9 et supporté par une grille 10 d'acier inoxydable, et elle a un orifice de sortie 11. Les parties supérieure et inférieure de l'ensem- ble de filtration sont emmanchées à force et retenues par frottement, la partie supérieure venant au contact du papier- filtre, dans l'orifice inférieur. La partie d'enveloppe 1 a deux trous (non représentés) destinés au passage de bou- lons 12 qui sont utilisés pour le démontage de la tête et pour l'extraction de l'ensemble de filtration. Un capuchon 13 rappelé par un ressort, monté dans la partie 1, repousse la face inférieure de l'ensemble de filtration dans un joint torique 14 de caoutchouc synthétique, et forme ainsi une connexion étanche entre l'intérieur de l'ensemble de filtra- tion et une tuyauterie de sortie 15, à partir de la tête. A l'état monté, l'entrée 6 munie d'une lèvre dépasse légère- ment de la surface externe de l'enveloppe de la tête. Les dimensions de la tête paraissent contribuer au rendement pour la modélisation des caractéristiques d'inha- lation de la bouche et du nez humains, et on les donne donc pour le mode de réalisation représenté sur les dessins. Le diamètre de la tête est de 50 mm, et la longueur de la partie cylindrique est de 52 mm. La fente d'entrée a une largeur de 3 mm et une longueur de 15 mm, et les lèvres de l'entrée dépassent à une distance de 2 mm de l'enveloppe. Cependant, d'autres combinaisons de dimensions peuvent être déterminées expérimentalement afin que les caractéristiques obtenues soient égales ou supérieures à celles de ce mode de réali- sation. Néanmoins, ce mode de réalisation a une dimension commode et efficace. La figure 2 représente le reste de l'appareil d'échan- tillonnage, et elle comporte une base 16 sur laquelle est montée une pompe à diaphragme 17 à simple effet entraînée par un moteur électrique 18. Le côté d'aspiration de la pompe est relié par un tube souple 19 de matière plastique à une chambre 20 sous pression destinée à régulariser le débit. La chambre sous pression est elle-même reliée à un tube 21 de polytétrafluoréthylène qui est rappelé par un ressort 22 contre l'extrémité évasée d'un tube rotatif 23 d'aspira- tion. Ce tube 23 a un pignon externe 24 entraîné par un roue dentée 25 montée sur l'arbre d'un moteur électrique 26. Celui- ci fait tourner la tête d'échantillonnage à une vitesse cons- tante de 1,5 tr/min lorsque le tube de sortie 15 de la tête est emmanché dans le tube d'aspiration 23, avec frottement. La pompe 17 assure un débit dans le filtre de 3 1/min, et l'action de la pompe est contrôlée par un débitmètre 27 de gaz relié au refoulement de la pompe, celle-ci étant comman- dée par un régulateur de tension (non représenté). L'énergie nécessaire à la pompe et au moteur d'entraînement en rota- tion est fournie par une alimentation à batterie d'accumula- teurs 28. L'ensemble de filtration contenant un papier-filtre 9 est pesé, monté dans la tête d'échantillonnage et celle-ci est alors montée dans le tube d'aspiration et mise à un em- placement convenable. Par exemple, l'appareil d'échantillon- nage peut être supsendu pratiquement à la hauteur de la tête au lieu de travail. Les moteurs de la pompe et,]'entraî- nement en rotation sont mis en route et le fonctionnement de la pompe est vérifié par observation du débitmètre. Après un temps voulu, avantageusement de la durée d'un poste de travail, l'appareil d'échantillonnage est arrêté et, à un moment et à un lieu convenables, la tête est démontée, l'en- semble de filtration est retiré et il est repesé dans son ensemble. L'ensemble de filtration peut de préférence se stabiliser pendant une nuit avant la pesée initiale et avant la nouvelle pesée, en atmosphère contrôlée, par exemple dans une salle des balances. La figure 3 représente les résultats obtenus pour le rendement A d'aspiration en fonction du diamètre aérod.y- namique particulaire, lors de l'utilisation de l'appareil d'échantillonnage à des vitesses de 1 et 3 m/s, par rapport à la courbe de Vincent et Armbruster, les traits interrompus représentant l'étalement des résultats considérés pai ?;:nt et Armbruster, en fonction de la variation de la vitesse du courant d'air. Les résultats obtenus avec l'appareil d'échantillonnage donnent une bonne reproductibilité et res- semblent beaucoup à ceux qui sont obtenus avec des modèles de tête humaine. Lors d'une utilisation dans les mines souterraines de charbon, les parties exposées de l'appareil d'échantil- lonnage au moins sont formées d'un métal convenable tel que l'acier ou le laiton, et on doit prendre les mesures de sé- curité qui s'appliquent aux circuits électriques utilisés. REVENDICATIONS 1. Appareil portatif d'échantillonnage de poussière totale, comprenant un filtre, caractérisé en ce qu'il com- porte une tête d'échantillonnage (1, 2) qui contient un fil- tre (8) capable de collecter toutes les particules de pous- sière d'un échantillon de gaz qui y circule, la tête d'échan- tillonnage ayant une entrée (6) en saillie munie d'une lèvre, assurant la connexion au filtre, et une sortie de gaz (11) reliée au filtre et raccordée à un dispositif (17) d'aspira- tion de gaz, et l'appareil comporte un dispositif d'entraî- nement (26) coopérant avec la tête d'échantillonnage (1, 2) et destiné à entraîner constamment celle-ci en rotation. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre (8) est monté dans un ensemble de filtra- tion (4,5) qui peut être retiré de la tête d'échantillonnage. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble de filtration (4, 5) est un ensemble étanche contenant un filtre remplaçable (8) et l'entrée munie d'une lèvre (6) fait partie de l'ensemble de filtration. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la tête d'échantillon- nage est montée à la partie supérieure d'un corps qui con- tient le dispositif d'aspiration de gaz (17) et le dispositif d'entraînement (26). 5. Procédé de détermination de la poussière totale, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre de l'appa- reil d'échantillonnage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend la pesée préalable d'un ensemble de filtration (4, 5) contenant un filtre (8) et son montage dans une tête d'échantillonnage (1, 2), l'échantillonnage d'une atmosphère par l'appareil d'échantillonnage par aspi- ration de l'atmosphère à travers le filtre, lorsque la tête d'échantillonnage tourne constamment, puis, à la fin du temps d'échantillonnage, une nouvelle pesée de l'ensemble de fil- tration (4, 5).