Brevet FR2851656A1 — publié le 20040827

Sélecteur de particules en suspension dans une atmosphère et dispositif d'échantillonnage pourvu d'un tel sélecteur. L'invention concerne l'échantillonnage de polluants atmosphériques. Plus particulièrement, l'invention porte sur un sélecteur de particules servant à sélectionner une fraction prédéterminée d'un aérosol à analyser pour la fournir à une coupelle d'échantillonnage, ainsi que sur un dispositif portatif d'échantillonnage de particules 10 pourvu d'un tel sélecteur. Il existe, dans l'état de la technique, différents types de dispositifs d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère. De tels dispositifs comportent une coupelle d'échantillonnage montée sur un boîtier pourvu de moyens 15 d'entraînement de la coupelle en rotation. La coupelle communique avec l'atmosphère ambiante à analyser par l'intermédiaire d'un sélecteur pour l'échantillonnage d'une fraction de l'aérosol à analyser, c'est-à-dire soit la fraction inhalable, soit la fraction thoracique, soit la fraction alvéolaire. On pourra à cet égard se référer au document FR-A-2 585 832. Le dispositif d'échantillonnage décrit dans ce document n'est adapté que pour l'analyse de la fraction alvéolaire d'un aérosol. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est fournir un sélecteur de particules capable de prélever la fraction inhalable d'un 25 aérosol, et de la restituer sensiblement intégralement à un étage collecteur. A cet effet, selon l'invention, il est proposé un sélecteur de particules pour dispositif portatif d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, pour l'échantillonnage de la fraction 30 inhalable d'aérosol de l'atmosphère. Il comporte un corps de sélecteur délimitant intérieurement un puits axial et un chapeau porté par le corps de sélecteur et délimitant avec celui-ci un passage calibré de sélection des particules débouchant dans le puits axial. Selon un mode de réalisation, le chapeau et le corps comportent des surfaces en regard planes et parallèles entre elles qui s'étendent perpendiculairement à l'axe général du puits axial. Avantageusement, ladite surface du chapeau comporte un bord 5 périphérique décalé de manière radialement externe par rapport au corps de sélecteur, ledit bord s'étendant en regard de l'entrée du passage pour délimiter avec le corps une chicane. Selon une autre caractéristique du sélecteur selon l'invention, le chapeau est monté sur le corps de sélecteur au moyen d'ergots disposés 10 au voisinage de la périphérie des surfaces en regard du chapeau et du corps. Selon une autre caractéristique du sélecteur, la zone de jonction entre la surface d'extrémité libre du corps de sélecteur et du puits est arrondie. De préférence, le corps est réalisé en matière plastique ou en acier inoxydable poli. La matière plastique est de préférence chargée de carbone. Selon l'invention, il est également proposé un dispositif d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, 20 comprenant un boîtier dans lequel sont placés des moyens moteurs, une coupelle d'échantillonnage montée sur le boîtier et destinée à être entraînée en rotation dans un carter par les moyens moteurs et un sélecteur de particules en suspension monté sur le carter et en communication avec la coupelle d'échantillonnage, caractérisé en ce 25 que le sélecteur est constitué par un sélecteur tel que défini ci-dessus. D'autres buts, caractéristique et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif d'échantillonnage conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe axiale de la coupelle du dispositif de la figure 1; - la figure 3 est une vue de dessus de la coupelle de la figure 2; et - la figure 4 est une vue en coupe axiale du sélecteur du dispositif d'échantillonnage de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté un dispositif d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, désigné par la référence numérique générale 10. Le dispositif d'échantillonnage représenté sur cette figure est destiné à échantillonner la fraction inhalable de l'aérosol, c'est-à-dire 10 d'une suspension de particules dans l'air, y compris des microorganismes tels que des bactéries, spores, etc...et leurs fragments, et les pollens et leurs fragments. Comme on le sait, la fraction inhalable d'un aérosol est définie par une courbe, généralement admise au niveau international, qui 15 indique la probabilité pour une particule de cet aérosol d'être retenue par la partie du système respiratoire concernée en fonction de la taille de cette particule, et donc d'y créer un trouble. Le but du dispositif d'échantillonnage 10 est donc de sélectionner les particules incriminées et de les restituer en vue d'une 20 analyse ultérieure, notamment quantitative. Le dispositif 10 visible sur la figure 1 est représenté dans une position supposée verticale et comporte un axe général de symétrie XX'. Il comporte un boîtier 12 sur lequel sont montés des moyens d'échantillonnage 14 constitués par une coupelle d'échantillonnage 16 25 enfermée dans un carter 18, ainsi qu'un sélecteur 20 destiné à la sélection des particules à analyser, en fonction de leur taille, en l'espèce la fraction inhalable. Le boîtier 12 comporte un moteur électrique M associé à une source d'énergie électrique d'alimentation 22 et à des circuits de 30 régulation 24. En fonction du matériau entrant dans la constitution de la coupelle 16, un palier 26 peut être interposé entre l'arbre du moteur 28 et le matériau constitutif de la coupelle 16. En se référant aux figures 2 et 3, la coupelle 16 comporte un corps de coupelle comprenant un fond 30 et un bord périphérique 32 généralement cylindrique dressé sensiblement verticalement à partir du bord périphérique du fond 30. L'extrémité supérieure du bord 32, c'est-à-dire l'extrémité tournée vers le sélecteur 20 est pourvue d'une couronne 34 munie d'un orifice central 36 circulaire centré sur l'axe X-X' général du dispositif 10. Ainsi, la couronne 34 obture partiellement la tranche d'extrémité libre de la coupelle 16 et délimite ainsi un passage pour un flux d'air 10 prélevé de l'atmosphère ambiant et véhiculant des particules sélectionnées. Comme on le voit sur la figure 3, la face supérieure de la couronne 34, c'est-à-dire la face tournée vers le sélecteur 20 est pourvue d'un certain nombre de canaux, tels que 38 s'étendant de 15 manière radialement externe et obtenus par rainurage de la couronne 34. Ces canaux 38 sont conformés de manière à obtenir, sur la face supérieure de la coupelle 16, un ventilateur centrifuge de manière à créer un flux d'air radial sur cette surface. Comme on le voit sur la figure 2, en raison de la rotation à haute vitesse de la coupelle 16, à 20 une vitesse de l'ordre de 7000 tr/mn, le flux de particules issu du sélecteur 20 est entraîné, dans la coupelle 16, selon une trajectoire majoritairement hélicodale, et, dans le plan de la figure 2, selon la trajectoire représentée par les flèches F. Ce mouvement est facilité par la présence d'une saillie 39 dans 25 le fond 30, centré sur l'axe X-X' et qui délimite une rampe 40 de guidage du flux d'air issu du passage 36 vers la paroi périphérique. Pour procéder au piégeage des particules, le volume interne de la coupelle 16 est empli d'un milieu liquide de piégeage 42. Différents types de liquide de piégeage peuvent être utilisés dans le cadre de la 30 présente invention, un microbiologiste sachant sélectionner un liquide de piégeage approprié pour retenir des particules prédéterminées. On notera cependant que de l'eau pure distillée peut convenir pour l'échantillonnage d'un aérosol biologique. Comme indiqué précédemment, la coupelle 16 est disposée dans un carter 18, lui-même monté sur le boîtier 12. Le carter 18 est pourvu d'un orifice supérieur 44, centré sur l'axe X- X', par lequel il communique avec le sélecteur 20 et par lequel le flux de particules sélectionnées est fourni à la coupelle 16. Une ou plusieurs fentes d'échappement, ménagées sur sa 5 paroi périphérique (non représentées), sont utilisées pour conduire l'air, déchargé de particules, vers l'extérieur du dispositif d'échantillonnage 10. Le sélecteur 20 comporte, quant à lui, un corps de sélecteur 46, par exemple réalisé en matière plastique chargée de graphite ou en 10 métal et un chapeau 48. Le chapeau 48 et le corps 46 délimitent entre eux un passage 50 calibré assurant la sélection des particules de l'aérosol à analyser. Le corps de sélecteur 46 a une forme générale cylindrique à section horizontale annulaire et délimite intérieurement un puits axial 15 52 qui s'étend du passage 50 jusqu'à l'orifice 44 du carter 18 des moyens d'échantillonnage 14. Les surfaces en regard 54 et 56 du corps de sélecteur 46 et du chapeau 48 sont généralement planes et s'étendent parallèlement entre elles, perpendiculairement à l'axe X-X' du dispositif 10, et donc perpendiculairement au puits 52. De 20 préférence, afin d'éviter tout dépôt de particules prélevées dans le puits 52, sur la face supérieure du corps 46 tournée vers le chapeau 48 et sur la surface 56 du chapeau 48, toutes les surfaces du corps de sélecteur 46 et du chapeau susceptibles d'être en contact avec les particules, à savoir le puits 52, sur la surface supérieure 54 et la 25 surface 56 du chapeau 48, sont réalisées en acier inoxydable poli ou en plastique non électrostatique. De même, la zone de jonction entre la surface d'extrémité libre du corps de sélecteur et du puits est arrondie. Comme on le voit sur la figure 4, le chapeau 48 présente une section inférieure de dimension supérieure à la section supérieure du 30 corps de sélecteur 46 de sorte que le chapeau s'étende, dans la zone du passage 50, en saillie radiale au-delà de la surface périphérique du corps de sélecteur. Dans la zone en saillie, le chapeau comporte un bord périphérique 58 qui s'étend en regard de l'entrée du passage de manière à délimiter avec celui-ci une chicane évitant toute entrée naturelle de particules dans le passage 50. On voit enfin sur la figure 4 que le chapeau 48 et le corps de sélecteur 46 sont solidarisés au moyen d'ergots 60, ces ergots étant 5 disposés au voisinage de la zone périphérique du chapeau 48 et du corps de sélecteur 46, c'est-à-dire dans une zone dans laquelle la vitesse radiale du flux de particules est moindre, de manière à limiter les pertes. En fonctionnement, comme indiqué précédemment, le moteur M 10 entraîne en rotation la coupelle 16 qui, grâce à l'utilisation des rainures ou canaux 38, crée un effet centrifuge d'aspiration pour l'atmosphère extérieure qui entre alors dans le dispositif par le passage 50 de sélection par aspiration omnidirectionnelle, qui en raison de l'écoulement créé ne permet que le passage des particules de la 15 fraction inhalable. L'aérosol ainsi prélevé est forcé à suivre un écoulement concentrique horizontal convergent vers le puits central 52, lequel débouche dans la coupelle rotative 16. A l'intérieur de la coupelle, en raison de sa rotation, comme représentés par les tirets, le liquide de piégeage s'étend dans un 20 volume à section annulaire délimité par la paroi périphérique 32 de la coupelle, une portion du fond 30 et une portion de la couronne 34. Dans cette coupelle, comme indiqué précédemment, l'aérosol est entraîné selon un mouvement majoritairement hélicodal et vient en contact tangent avec la surface du liquide 42. Le dépôt s'effectue de 25 manière à éviter ainsi tout choc mécanique ou tout choc d à des variations brusques de pression (chocs barométriques et thermiques), lesquels peuvent être traumatisants pour les microorganismes et porter atteinte à leur intégrité physique, à leur viabilité ou à leur capacité à se multiplier, le mouvement centrifuge des particules étant néanmoins 30 suffisant pour assurer leur dépôt sur le liquide 42. Après dépôt des particules, le flux d'air est forcé vers l'extérieur du dispositif. Comme indiqué précédemment, l'acheminement intérieur des particules aspirées dans le sélecteur a été prévu de manière à minimiser le dépôt des particules sur les parois internes du dispositif de sorte que la totalité des particules soit restituée au moyen d'échantillonnage. On notera également que dans le passage 50, le dépôt des particules par sédimentation est empêché grâce à 5 l'accélération radiale de l'écoulement d à une diminution progressive de la section d'aspiration dans ce passage 50. En outre, le nombre, le diamètre et l'emplacement des ergots 60 de maintien du chapeau 48 ont été choisis d'une part, pour assurer la tenue mécanique nécessaire à la rigidité et la robustesse du dispositif et, d'autre part, pour présenter 10 une obstruction minimale pour l'écoulement de manière à ne pas entraver l'accélération constante de l'écoulement dans le sens radial. Afin de faciliter le vidage de la coupelle, on réalise la face de la couronne 34 tournée vers le volume empli de liquide de piégeage sous une forme troncônique, c'est-à-dire convergeant vers l'orifice 15 central. Les dimensions du dispositif d'échantillonnage qui vient d'être décrit ainsi que ses caractéristiques aérauliques ont été choisies de manière à obtenir un prélèvement correct des particules. A titre d'exemple, pour la réalisation d'un dispositif aisément 20 portable, pour obtenir un débit d'ordre de 10 litres par minute, on choisira les dimensions du corps de la coupelle à 25 mm au niveau de l'orifice 36 pour une vitesse de rotation d'environ 7000 tours par minute. Pour obtenir au niveau du sélecteur une vitesse suffisante de 25 l'air en entrée du passage 50, le chapeau et le corps de sélecteur sont espacés d'une distance de l'ordre du millimètre, par exemple 1,4 mm, et le diamètre du corps du sélecteur est de l'ordre de 30 mm, par exemple comprise entre 30,4 et 30,6 mm. En ce qui concerne la vitesse du jet de l'orifice 44 vers la 30 coupelle rotative, pour assurer le passage de l'air à l'intérieur de la coupelle, pour une vitesse par exemple de l'ordre de 6 mètres par seconde on prévoira un diamètre de l'orifice de 6 mm. De manière générale, le dispositif est conçu de façon que sa sélectivité globale soit la plus représentative de celle des orifices nasaux et de l'orifice buccal. Comme indiqué précédemment, la coupelle représentée peut 5 également être associée à un sélecteur d'une autre nature. De même, le sélecteur peut être associé à une coupelle d'une autre nature. On notera que le milieu de collecte utilisé est un liquide et donc un milieu pouvant assurer les fonctions de collecte, de stabilisation ou conservation, et de restitution pour analyse. Il permet 10 donc d'éviter la déshydratation des particules, et de conserver leur viabilité, et permet également d'éviter la saturation du milieu. On pourra cependant utiliser un autre milieu adapté pour l'utilisation envisagée, par exemple une gélose, qui est également un milieu de culture. En outre, l'utilisation d'une coupelle pourvue d'une couronne entraînée en rotation à haute vitesse permet d'utiliser le dispositif d'échantillonnage dans toutes les positions. REVENDICATIONS 1. Sélecteur de particules pour dispositif d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, pour l'échantillonnage de la fraction inhalable d'aérosol de l'atmosphère, 5 caractérisé en qu'il comporte un corps de sélecteur (46) délimitant intérieurement un puits axial (52) et un chapeau (48) porté par le corps de sélecteur et délimitant avec celui-ci un passage calibré (50) de sélection des particules débouchant dans le puits axial. 2. Sélecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 10 chapeau et le corps comportent des surfaces en regard (54, 56) planes et parallèles entre elles qui s'étendent perpendiculairement à l'axe général du puits axial (52). 3. Sélecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite surface (56) du chapeau comporte un bord périphérique (58) 15 décalé de manière radialement externe par rapport au corps de sélecteur, ledit bord s'étendant en regard de l'entrée du passage (50) pour délimiter avec le corps une chicane. 4. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le chapeau est monté sur le corps de sélecteur au 20 moyen d'ergots (60) disposés au voisinage de la périphérie des surfaces en regard du chapeau et du corps. 5. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la zone de jonction entre la surface d'extrémité libre du corps de sélecteur et du puits est arrondie. 6. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps (46) est réalisé en acier inoxydable poli ou en matière plastique non électrostatique. 7. Sélecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière plastique est chargée de carbone. 8. Dispositif portatif d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, comprenant un boîtier (12) dans lequel sont placés des moyens moteurs (M), une coupelle d'échantillonnage (16) montée sur le boîtier et destinée à être entraînée en rotation dans un carter par les moyens moteurs et un sélecteur (20) de particules en suspension monté sur le carter et en communication avec la coupelle d'échantillonnage, caractérisé en ce que le sélecteur est constitué par un sélecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.