Brevet FR2651577A1 — publié le 19910308

i LTa présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour mesurer la concentration dans l'atmosphère de poussières en suspension, entraînées par le vent à partir d'aires de stockage de tas de matériaux pulvérulents. On sait que les réenvols de poussières de tas de matériaux pulvérulents tels que du charbon ou du minerai entrainent, non seulement une pollution importante de l'environnement, mais aussi des pertes considérables et par conséquent très onéreuses, des matériaux en cause. Pour limiter les réenvols des poussières sous l'effet du vent, on a proposé d'arroser d'eau les tas de matériaux pulvérulents. Malheureusement, lorsque le vent souffle, il est pratiquement impos- sible d'arroser efficacement, et c'est précisément à ce moment que les matériaux desséchés s'envolent en quantités impressionnantes, de sorte que cette méthode s'est révélée pratiquement inefficace. En fait, afin de déterminer de quelle manière il serait possible de limiter considérablement les réenvols de poussières, il est nécessaire de pouvoir évaluer avec une précision suffisante les quantités de matières perdues sous l'action du vent. On a déjà proposé à cet effet diverses techniques de mesures, qui cependant se sont révélées trop complexes vis-à-vis des objectifs à atteindre, à savoir essentiellement, chiffrer le facteur d'émission des tas pour différentes conditions météorologiques et différentes conditions d'arrosage. Le procédé suivant l'invention est caracté- risé en ce que, dans un plan sensiblement perpendi- culaire au vent dominant et à une distance et une altitude appropriées par rapport au tas de matériau pulvérulent, on mesure la vitesse du vent, on prélève un volume échantillon de l'air au moyen d'un capteur d'une unité d'aspiration dont on asservit le débit d'aspiration à la vitesse mesurée du vent afin de réaliser un prélèvement isocinétique, et on recueille les poussières prélevées sur des moyens de filtrage et de stockage du capteur. De préférence, on effectue la mesure de la concentration de poussières à plusieurs altitudes différentes, par exemple à 5 mètres, 10 mètres et 15 mètres en fonction de la hauteur du tas de matériau. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention comprend une chaîne de prélèvement équipée d'un moyen de mesure de la vitesse du vent, d'un moyen capteur d'un volume échantillon de l'air disposé au voisinage immédiat du moyen de mesure de la vitesse du vent, d'une unité d'aspiration reliée au capteur, et pourvue de moyens d'asservissement du débit de captation à la vitesse du vent mesurée par ledit moyen demesure, le moyen capteur comportant un organe de prélèvement de l'air et un filtre permettant de filtrer et de stocker les poussières du volume échantillon d'air prélevé. Suivant une caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un mât de longueur variable et réglable, pourvu d'au moins une chaîne de prélèvement, par exemple de trois, pouvant être positionnées à des hauteurs différentes. Le mât peut être télescopique et forme avec ses chaînes de prélèvement un équipage mobile monté sur un chariot. Le filtre comporte un maillage adapté à la granulométrie des poussières, dont la pesée à la fin d'un prélèvement permet de mesurer la concentration nua-;aqdmc)D ' 5E-e 9) 3p iiq7e'd 'E sga;assncod;ap sloAugela soDp uo cq-paqua-uo-D -L-- -Ta9xi-s;Dm -xod Wuua- adap s.quiod s;ap qzq:u- Ilna9AInd nei:x9tI m;ap sE-. un,p snssap ap inI r:.liulgqDs aiA aun saD t a[nj ': eT -C b3a VIl;ap 0ú 4o[rc[q;D nip qnI-rdousi [9'4 - euI aI lns equoul q9 -unAnod 1%oddns uos ap '4a sagDrssnod ap xnia-dem a[quiisua un,p g'ZL E' el -.>:aodd'e-:Ed alpu-e'lb5r aljaqMD9 -E alIgi; e'd aA r4Dadsjtad ua anA aun q sa E anb5 rj 'eq UCo-Y:4U:AU_', I uolias i:nsEam SZ ap 'a:%uiam[AgIgd ap saurt>q;3 sana rsn [d.-]euaiduxo a'l. 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Les figures 5a et 6a sont des exemples numériques de cartographie des concentrations en poussières respectivement dans le plan de mesure et des flux de poussières traversant la fenêtre balayée dans ce plan de mesure, pour une vitesse moyenne du vent donnée. Les Figures 5b et 6b sont des cartographies similaires à celles des Fig. 5a et 6a pour une vitesse moyenne du vent différente. La figure 7 est un diagramme résultant des Fig.5a à 6b, illustrant la quantification des réenvols de tas de matériau pulvérulent avant et après arrosage de ces derniers. La chaine de prélèvement schématiquement représentée à la Fig.1 comprend un moyen de mesure de la vitesse du vent, constitué par exemple par un anémomètre 1, la direction du vent étant indiquée par la flèche v, et un moyen capteur 2 d'un volume échan- tillon de l'air chargé de poussières en suspension, disposé au voisinage immédiat de l'anémomètre 1. Le capteur 2 comprend une buse 3 pourvue d'un bec 3a d'entrée d'air qui débouche sur un filtre séparateur 4, permettant de filtrer et de stocker les poussières du volume échantillon prélevé. Le filtre 4 comporte un maillage adapté à la granulométrie des poussières. La chaine de prélèvement comprend ensuite une unité d'aspiration 5 constituée par une pompe appropriée, qui communique avec la canalisation de sortie 6 du capteur 2 ainsi qu'avec un débitmètre 7 constitué par exemple d'une turbine, qui débouche sur une tubulure 8 de sortie d'air. La chaine comprend par ailleurs des moyens d'asservissement du débit de captation dans le capteur L;al)à94-ffqlP 9l sullp elnoja al -Lnb; aduiod VI SUwp 9 aqTnpuod 'e xed aquLa srnd Jaq-iqf np;TqnqTqsuoD aBVljlm np gIeD V aana L:;3dns qse;a=-Lagmolnu-Elb Vl -uop saaaTssnod sal TD--TnIeD ans %uesodGp ua 9, 9 [1; aI aSaAal '[E asnq El Ebp TÉE Deq al ad enq-, suoD O0 qu;amaAalgad ap auebizo UOS aVd IZ Zin;aqdP al supp a aqua uoisuadsns us s 'aa-Lssnod ap agbavilEqD a'LT,"L * uuA rns asl 4se-3 aqFaD;p 3aa-4p qugA inb -qu@emA -alBldap a3u IPTÀ;D el a p qu;uamuuo rqDuog a-J *'zumulA91gd 5z aI sga dp asad iia oAnod ap u'[l 'e anaqdeD al suep a Eq FAOue Ga;, CULDUI ap a,4UOUI 4LS;D f aJq E FJ a'I, 'U'"1eTqD VI ap a fqmasua, 1 ap anb cqemoqni,Lavaie, 1 qLutpuemmoD lePuLTs un -qama la- Tulap eD E1k uo-Lq4Da-seald ap;au-e.:o,-L suep o aaDDoqs ina[VA e[ 1e [ewb qsa [ruqoq qFqgp a enbsio,1 *S -edmod VI:Led;aa-Ldr--:4Lqyp al- as-LB-LO-equq 4s-l-4- 'g0:CE) Idmqxl@X àd '- an;E)qdvD el suVp aaUUOIL-'4 -ueT4D9 V 9Durwaaqgpgad aTu,p amnloA un ans a15ba -qsz uoiqD;-alges;.id -ep iu-bUio10: 6 ang4ea-dmoD aEl qeZ -L znaq-LyA al qaqua sesodzaquY quos t anuosesúns[e-oq un qa uL uolu-lgsgad ap quebao un 'u'L.ua '6 un;a-4edmoD aI Iwd sTmsuea -UOS Tnl Tnb sazp2o sap UOTrDUOJ ua q-}Lb I*,L;:)j;EnbVI Fns 5 ladmod VIe- aaldo nB qaed aun,p 9ayia qsa ZL inaqePraeA un 0 6 inaqeaT-dmoD n-e as-Lmuic:ea enbl-Làz)a)La, UOT-P-LeI.OJUT aun ua S admod el ap q Lrqap np aansa -elt qU-Lss-L[a)AUOD aUTfiao un quamaDIsli puiadmoD ia-[ua)p -D 8 a-qqurwqaqp n-e *q du vent, tandis que le déAbitmètre 7 transmet au compa- rateur 9 le signal électrique correspondant au débit d'air aspiré dans la pompe 5. Le comparateur 9 recueille les signaux électriques du convertisseur 11 et du débitmètre 7, les compare et donne au variateur 12 l'ordre de régler le débit de la pompe 5 sur la vitesse du vent transmise par le convertisseur 11. La pompe 5 est choisie de manière à pouvoir répondre très rapidement aux variations de débit imposées par le variateur 12, et exécute l'ordre d'asservissement de ce dernier pour égaliser la vitesse de captation de l'air dans le capteur 2 avec la vitesse du vent enregistrée par l'anémomètre 1. Lorsque le volume d'air entrant dans le capteur 2, enregistré par le totalisateur 14 atteint le volume d'échantillonnage mis en mémoire dans l'organe de présélection 13, ce dernier arrête automatiquement la chaîne. Le filtre 4 peut alors être extrait du capteur 2 pour pesée et quantification de la concen- tration des poussières dans l'échantillon analysé. L'asservissement de l'unité d'aspiration 5, 2 à la vitesse du vent mesurée par l'anémomètre 1 permet d'exécuter un prélèvement isocinétique, c'est- à-dire tel que la vitesse de prélèvement de l'échan- tillon, ou vitesse d'aspiration, soit équivalente à la vitesse du vent. Un prélèvement isocinétique présente des avantages importants par rapport à un prélèvement non isocinétique. En effet, lorsque la vitesse d'aspiration dans le capteur ou la sonde est supé- rieure à la vitesse dans la veine gazeuse, il se produit un rétrecissement dans la section gazeuse D9L 'qgl ePL -uaua^A9GTd ap Gu'LTq- o anbPqD 3,auasa2d9z UOU aasaTujoo aun,p uaLoui n-e ejdmqx;)a -ed 'aSL 'qSI 1egL -4uepuodseizroD UOàUOzq np,aTuiaqxa,l B 'eliqrAomB a.aruum ap Jaaxr; q9 -rznd 0ú D9L lqgL 'eg9L qugmAal9gd ap guT-MD gnbqD DgI -4q qSk SUOJUOZq sap GATSSGDDns uOTqaZ9,a,l qaMaad vs uoàuoaq el ans 9auom 6Z I- [neaà un -4a IaW[equOzoql no aIRDA UOTqTSOd Ua Gaq9U aI anod GL qVm al aaInDsBq az ap 5z q-4Zma-d SZ;ab-LA;-B ep -[-Ln9i:4 uni -DS W 2qg 1-'eSL suo;5uazu STO-Iq Bs gL anbTdoDsalegq qm un 'IeB-UOZTaOq axe un,p :no-qn- '1nD-L-qe 4sa alianbT- ap LZ, eaquaD 4uequom un ans 9z aanoDnas eun 9aod II 'auasidaa uou anaqDeaq un v ZZ abI} un,p nAinod qe 6L 'L sanoa sep ans oz aquoi LZ ssseMqD un aqaodmOD LL I O[ueD 9'I VbT - 1Sel ap -la anb sall 'D9 'qgL 'e9k quemaAg[rad ap saureMD sana-Lsnld saaiuom u uos lenbl ans çL anb-rdooselag ]rm un quBqod LL qoXrqBD un,p uo-4s-'Llgeaa ap amo; aun Z'6r F[ qq 9uas;gd;aB uo aansui -el ap UOT4-4UI _-rsaans aun Duop *a 'saInDiad SadsolbU UO uoTII! -u-eqDa,l ap qu!amslqoTaUe un qTnsuos Il 'sepanol salnDTqJxed ap aB-UBABp a-duD UO *a 'qfrBaIls quauiA OL -_I9ad el a-d eesseae9ui asnaz-eb euleA el ap Uo-L:jDaS el 'G4Tnpuoo -l suup zPb np ello p 9jnqFraq9ur *sa -saG29ssnod sap elBea9puod aznsem eL ap uoTqLmr1sa-snos aun DUop -a ',aabd UOll'uL2U all suep selnD-o'la-d sas D ua quamassizAnuddB un alnsGz ua Il 'apuos -el n Daq np 'n-;Dxl uasdZ-L- 4UeUane-L ap eq-4ri-n:tT'c T-TDMdTa9d BI v sagnqTs sapanol snEd Duop qq sessofi snld SalnO'rI-u-ad sal -;a ' 4uemunaaljad al aTd eess;ag-4u-L L nlp a:-n,p:- lad p sa-Egm 01 aP EP esDu:-sp sap 'g seR np sa-[4'.aml 0E aP IP aau-s[rp aun. an-T.s a Les Fig.5a à 6d donnent des exemples numé- riques de deux campagnes de mesure de concentrations de poussières pour des vitesses moyennes du vent différentes. Les résultats ont été obtenus dans des conditions de vent stationnaire en amont des tas, pour la campagne dont les résultats sont donnés aux Fig.5a et 6a, qui illustrent respectivement la cartographie des concentrations en poussières dans le plan de mesure, en mg/m3, et la cartographie des flux de poussières traversant une fenêtre de 20m x 15m, en mg/m2 sec. La vitesse moyenne du vent pendant les mesures des Fig.5a et 6a était de 15m/s, soit 54Km/h. Par contre, les vents mesurés au cours de la seconde campagne, illustrée aux Fig.5b et 6b, n'étaient pas stationnaires. Dans ce cas la vitesse du vent considérée était d'une valeur moyenne de 71Km/h (19m/s), avec des rafales atteignant 100Km/h. Les flux de poussières traversant le plan d'échantillonnage, représentés aux Fig.6a et 6b, ont été obtenus à partir des vitesses de vent relevées en chaque point de mesure Pi, P2.... Après aspersion des tas de matériaux pulvérulents (charbon) par un produit polymérisable approprié formant une croûte ou un film sur la surface du tas, de nouvelles quantifications des réenvols de poussières ont été effectuées, et leurs résultats, exposés dans le tableau ci- dessous, sont illustrés sur le diagramme de la Fig.7. Dans le tableau ci- dessous, la première ligne correspond aux cartographies des Fig.5a et 6a, et la seconde ligne aux cartographies des Fig.5b et 6b. Date Vitesse du vent Humidité de la croLûte Distance au Las Flux calculé (m/s) () (m) (kg/h) 22.11.88 14,6 4,5 60 346 7.12.88 19,7 3,5 300 1372 Le diagramme de la Fig.7 montre en ordonnées les flux de poussiè res en Kg/h en fonction de la vitesse du vent (en Km/h). Certains points de mesure correspondent à des prélèvements sans aspersion, et les autres correspondent à des prélèvements après aspersion des tas, comme explicité par les mentions portées sur ce diagramme. On voit que les envols de poussières sont considérablement réduits après aspersion. En faisant l'hypothèse de tels épisodes durant toute une journée, l'émission de matériaux pulvérulents, au travers de la fenêtre de référence, serait, après arrosage des tas, respectivement de 8 tonnes par jour pour un vent de 5OKm/h, et de 32 tonnes par jour pour un vent de 7OKm/h pour un seul tas. Ainsi, pour une vitesse de vent de l'ordre de Km/h, le facteur d'émission d'un tas de charbon diminue après arrosage d'un facteur 3 à 8. De même, on a pu relever que pour un vent de l'ordre de 7OKm/h, le facteur d'émission d'un tas traité par arrosage est du même ordre de grandeur que celui d'un tas non traité, soumis à un vent de 5OKm/h. REVEND I CATIONS 1. Procédé pour mesurer la concentration dans l'atmosphère de poussières en suspension entraînées par le vent à partir d'aires de stockage de tas (24, 25) de matériaux pulvérulents, caractérisé en ce que, dans un plan (P) sensiblement perpendiculaire au vent dominant (V) et à une distance (dl) et une altitude appropriées par rapport au tas de matériau pulvérulent, on mesure la vitesse du vent, on prélève un volume d'échantillon de l'air au moyen d'un capteur (2) d'une unité d'aspiration (2, 5) dont on asservit le débit d'aspiration à la vitesse mesurée du vent afin de réaliser un prélèvement isocinétique, et on recueille les poussières prélevées sur des moyens (4) de filtrage et de stockage du capteur (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la mesure de la concentration de poussières à plusieurs altitudes différentes. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une chaine de prélèvement équipée d'un moyen de mesure (1) de la vitesse (V) du vent, d'un moyen capteur (2) d'un volume échantillon de l'air disposé au voisinage immédiat du moyen de mesure de la vitesse du vent, une unité d'aspiration (5) reliée au capteur (2) et pourvue de moyens (9, 12) d'asservissement du débit de captation à la vitesse du vent mesurée par ledit moyen de mesure (1), le moyen capteur (2) comportant un organe de prélèvement (3) de l'air et un filtre (4) permettant de filtrer et de stocker les poussières du volume échantillon d'air prélevé. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un mât (15) de longueur variable et réglable, pourvu d'au moins une chaîne précitée, par exemple de trois, pouvant être positionnées à des hauteurs correspondantes. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mât (15) est télescopique, porte une chaîne de prélèvement (16a, 16b, 16c) à l'extrémité de chacun de ses tronçons (15a, 15b, 15c), et forme avec son ou ses chaines un équipage mobile monté sur un chariot (17). 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que des moyens d'asservisse- ment (9, 12) sont associés à chaque unité d'aspiration (5). 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le fi.ltre (4) comporte un maillage adapté à la granulométrie des poussières.