Brevet FR2821159A1 — publié le 20020823

DISPOSITIF D'ECHANTILLONNAGE PASSIF DE POLLUANTS DANS L'AIR Le présente invention concerne les dispositifs d'échantillonnage de polluants dans l'air. De tels dispositifs sont largement utilisés dans l'industrie pour le contrôle de la teneur de l'environnement en polluants et, sous forme portable, pour la détermination de l'exposition des travailleurs à des polluants gazeux, tels que N02, SOs, N0, ou à des polluants volatils, notamment les composés organiques volatils. L'invention concerne plus particulièrement les dispositifs d'échantillonnage dits "échantillonneurs passifs", qui ne comportent pas de pompe de circulation d'air et dont le fonctionnement est fondé uniquement sur la diffusion. Les échantillonneurs passifs existants se présentent généralement sous forme d'un badge plat et rond ou d'un tube contenant un agent de piégeage par voie physique ou chimique. Pour que le dispositif fournisse un résultat représentatif de la concentration réelle des polluants dans l'air ambiant, il faut que l'agent de piégeage ou le support poreux qui sépare cet agent de l'atmosphère ne soit pas en contact avec de l'air turbulent. Par ailleurs, la sensibilité du dispositif d'échantillonnage varie en fonction directe de l'aire d'échantillonnage sur laquelle s'effectue le piégeage des polluants. Dans les dispositifs classiques à tube ou paroi poreuse à travers laquelle s'effectue la diffusion, les composés gazeux diffusent suivant un trajet axial ou radial avant d'atteindre l'agent de piégeage. Dans la pratique, cela signifie que la surface de collecte de polluants est souvent relativement faible, notamment pour les tubes où elle dépasse rarement 5 cm2. La présente invention vise à fournir un dispositif d'échantillonnage passif présentant des caractéristiques améliorées, notamment en assurant un prélèvement à débit élevé et représentatif de la teneur en polluants de l'atmosphère. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif d'échantillonnage comprenant une cartouche poreuse en matériau chimiquement inerte, présentant une symétrie de révolution et imprégnée par un agent de piégeage, ainsi qu'un boîtier sensiblement cylindrique, coaxial à la cartouche, présentant à ses extrémités des ouvertures de passage d'air. Grâce à la présence du boîtier, la cartouche est exposée à de l'air stagnant. L'ouverture aux deux extrémités permet la diffusion des polluants et assure les échanges d'air entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier. De plus le boîtier protège la cartouche contre les intempéries et limite les mouvements de l'air à proximité de la cartouche. Dans un mode avantageux de réalisation, la pièce poreuse est munie à une extrémité d'un filetage qui reçoit un bouchon de fermeture muni d'une tige filetée qui se visse dans un trou taraudé d'une barre transversale amovible, retenue dans la partie terminale du boîtier et retenant la cartouche suivant l'axe du boîtier. La barre laisse subsister une brèche de passage d'air. Dans la pratique, une distance entre le couvercle et le boîtier entre 3 et 5 mm et un intervalle radial compris entre 25 mm et 35 mm entre la cartouche et le boîtier suffisent à permettre le renouvellement de l'air. La disposition ci-dessus permet d'atteindre des surfaces de collecte de l'ordre de 11 cm2 en conservant des dimensions acceptables pour des dispositifs portables. La cartouche poreuse est constituée en un matériau inerte, par exemple du polyéthylène à haute densité, et est imprégné par une solution de l'agent de piégeage. Il a été constaté que on peut obtenir des débits d'échantillonnage très élevé, pouvant atteindre 100 cm3 par minute pour une surface de collecte de 11 cm2, c'est-àdire trois fois plus environ que le débit obtenu avec les échantillonneurs les plus sensibles du commerce, à badge ou à tube à symétrie radiale. Grâce au débit d'échantillonnage élevé, le dispositif peut être utilisé pour effectuer des mesures sur des courtes durées d'échantillonnage, de l'ordre de l'heure, alors que la plupart des dispositifs passifs existants doivent être exposés plusieurs heures pour les plus sensibles (badge et tube à symétrie radiale) et plusieurs jours pour les moins sensibles (tube à diffusion). Le dispositif suivant l'invention est utilisable aussi bien pour le prélèvement de gaz que pour celui de produits volatils. L'étalonnage du dispositif peut s'effectuer par des procédés déjà connus. Par exemple, l'étalonnage peut être effectué en comparant les résultats obtenus à l'aide du dispositif d'échantillonnage à ceux obtenus par une méthode de référence permettant une mesure directe. On peut par exemple utiliser, pour l'échantillonnage de NO2, la méthode normalisée de chimiluminescence dans l'infrarouge. D'autres modes d'échantillonnage sont décrits dans la littérature. On pourra par exemple, pour ce qui est de NO2, se reporter à l'article "Personal sampler for Nitrogen Dioxide"dans Am. ind. Hyg. Assoc. J (37) Octobre 1975. Il a été constaté qu'un dispositif suivant l'invention ayant une surface de collecte de 11 cm2 permet de détecter une teneur en Nu) 2 de l'ordre de 50 ug par m3 après une exposition de une heure ou de 10 ug par m3 après une exposition de quatre heures. Le dispositif suivant l'invention peut notamment être utilisé comme dosimètre individuel. Il comporte dans ce cas un dispositif d'accrochage, tel qu'un clip à ressort, permettant de le fixer de façon amovible sur une plaque destinée à être accrochée à un vêtement, par exemple au moyen d'une pince. Dans cette dernière application, le dispositif recueille une quantité de polluants proportionnelle à la concentration ambiante intégrée sur le temps d'exposition. Les vitesses élevées de prélèvement de ce capteur permettent d'effectuer des mesures séquentielles d'exposition en temps réel dans chaque lieu de vie fréquenté par l'individu au cours d'une journée. Ces mesures, combinées aux temps passés dans chaque espace, permettent d'établir des profils journaliers d'exposition dont l'analyse fournit des informations sur les principaux déterminants de l'exposition et sur les situations et les population à risque. La composition de l'agent de piégeage qui recouvre et imprègne la cartouche poreuse varie selon le composé que l'on souhaite mesurer. Pour le prélèvement passif du Neu2, la cartouche poreuse est imprégnée par exemple d'une solution aqueuse de triéthanolamine. Pour l'échantillonnage del'ozone, on peut utiliser une solution à base de 1, 2-di (4-pyridyl) éthylène. Pour le prélèvement des aldéhydes, le support poreux peut être imprégné de 2, 4 dinitrophénilhydrazine. La mesure des quantités absorbées peut s'effectuer de façon classique, après séparation de la cartouche poreuse et du boîtier. Les composés absorbés à la surface de la cartouche sont extraits au moyen d'un solvant puis analysés par spectrophotométrie ou chromatographie. La forme allongée et les dimensions faibles de la cartouche permettent l'extraction dans un tube à essai, limitant le volume de solvant à utiliser. Les caractéristiques ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-jointe, qui se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1, où l'échelle n'est pas respectée pour plus de clarté, est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif d'échantillonnage ; - la figure 2 est une vue éclatée, en coupe partielle, d'une fraction du dispositif de la fig. 1 ; - la figure 3 est une vue de côté montrant le montage du dispositif sur une plaque d'appui afin de constituer un échantillonneur portable ; - la figure 4 est une vue de face du dispositif selon la figure 3 ; - la figure 5, similaire à la figure 1, montre une variante présentant un couvercle à rebords. Le dispositif dont la constitution générale est montrée en figure 1 comprend une cartouche constituée par une pièce poreuse 8 imprégnée par un agent de piégeage. La cartouche est réalisée en un matériau chimiquement inerte, par exemple en polyéthylène haute densité. Il est cependant possible d'utiliser également d'autres matériaux synthétiques, notamment du polytétrafluoréthylène, ou un adsorbant tel que le charbon actif. La pièce poreuse est munie à une extrémité d'un filetage qui reçoit un bouchon de fermeture 7 muni d'une tige filetée 13. Cette tige se visse dans un trou taraudé d'une barre transversale 2. La barre est retenue dans la partie terminale d'un boîtier 1. Dans le cas illustré, la barre 2 est retenue dans deux évidements 14 ménagés dans la paroi interne du boîtier. La barre peut ainsi être introduite dans le boîtier, puis immobilisée en la faisant tourner. Lorsqu'elle est en place ; elle est sensiblement de niveau avec l'arête supérieur de la paroi latérale du boîtier. La cartouche poreuse est ainsi maintenue verticalement et centrée dans le boîtier 1. La barre transversale 2 est amovible et permet donc de placer une cartouche dans le boîtier, puis de retirer la cartouche après exposition, pour stockage à l'abri de l'air ambiant, puis mesure. Une seconde barre transversale 3 est fixée à la partie inférieure du boîtier. Cette seconde barre 3 peut être fixée de façon permanente. Chaque extrémité du boîtier porte un couvercle 4 ou 5. Ces couvercles sont en général circulaires. Dans le cas illustré en figures 1 et 2, ils sont plats et ils prennent appui sur la barre 2 ou 3 par l'intermédiaire d'une saillie centrale 6. Du fait de la présence de cette saillie, il subsiste un intervalle e entre chaque couvercle et la barre correspondante et ! ou l'arête supérieure du boîtier. Dans la pratique, cet intervalle e sera d'environ 4 mm. L'air peut donc s'échanger entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier par les intervalles e et les brèches qui subsistent entre les barres et la périphérie interne du boîtier. Dans le cas illustré sur la figure 2, le couvercle 4 est vissé directement sur la tige filetée 13. Dans une variante de réalisation, la plaque 2 porte une tige filetée de fixation du couvercle. La plaque inférieure 3 présente une tige filetée sur laquelle se visse le couvercle 5. Le prolongement 6 peut être remplacé par une simple cale. Un dispositif conforme aux figures 1 et 2 peut être monté sur un support quelconque. Dans le cas illustré en figures 3 et 4, le boîtier est fixé de façon amovible sur une plaque d'appui 10, par exemple par l'intermédiaire d'un clip élastique 9, fixé de façon permanente à la plaque. La plaque 10 porte elle-même une pince 11 ou un cordon permettant à l'utilisateur de placer le dispositif sur ses vêtements. Il est souhaitable d'utiliser un clip 9 qui maintient l'échantillonneur éloigné de la plaque d'appui d'au moins 1 cm. Cet éloignement et la présence d'une plaque de largeur suffisante évitent tout contact du boîtier avec les vêtements et permet à l'air de se renouveler. Dans la pratique, on peut réaliser un ensemble portable (dispositif d'échantillonnage et plaque d'appui) dont le poids ne dépasse pas 130 g avec une hauteur de 14 cm et une largeur de 8 cm, la cartouche ayant une longueur de 3,5 cm et un diamètre de 9 mm environ. Des formes de couvercle autres que celles de la figure 1 peuvent être adoptées, notamment pour freiner les déplacements d'air. Par exemple la figure 5 montre des couvercle 4 et 5 munis d'un rebord circulaire 12 tourné vers le boîtier. Ces rebords ont avantageusement une longueur supérieure, généralement de quelques mm, à l'intervalle e. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'échantillonnage comprenant une cartouche présentant une pièce poreuse (8) ayant une symétrie de révolution et imprégnée par un agent de piégeage, ainsi qu'un boîtier (1) sensiblement cylindrique, coaxial à la cartouche, présentant à ses extrémités des ouvertures de passage d'air. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce poreuse est munie à une extrémité d'un filetage qui reçoit un bouchon de fermeture (7) muni d'une tige filetée (13) qui se visse dans un trou taraudé d'une barre transversale (2) amovible, retenue dans la partie terminale du boîtier (1) et laissant subsister une brèche de passage d'air. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la barre (2) est retenue dans deux évidements (14) ménagés dans la paroi interne du boîtier. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'une seconde barre transversale (3) est fixée à la partie inférieure du boîtier. 5. Dispositif suivant la revendication 2,3 ou 4, caractérisé en ce que chaque extrémité du boîtier porte un couvercle (4 ou 5) prenant appui sur la barre (2 ou 3) correspondante par l'intermédiaire d'une saillie centrale (6). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que chaque couvercle est séparé de la barre correspondante par un intervalle e d'environ 5 mm. 7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque extrémité du boîtier porte un couvercle (4 ou 5) séparé de l'extrémité du boîtier par un intervalle. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les couvercles sont plats ou munis de rebords dirigés vers le boîtier. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, une plaque d'appui (10) munie d'un clip élastique (9) d'accrochage du boîtier. 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la plaque porte des moyens d'accrochage sur un vêtement.