Brevet FR3047312A1 — publié le 20170804

Appareil d'étalonnage d'un analyseur de particules La présente invention concerne, de manière générale, les appareils de mesure et de surveillance de la qualité de l'air et concerne plus particulièrement l'étalonnage de tels appareils de mesure. Divers types d'appareils de mesure et de surveillance de la qualité de l'air sont à ce jour utilisés. On connaît, par exemple, les appareils de type gravimétrique qui sont fondés sur un prélèvement de particules dans l'air suivi d'une pesée des particules prélevées. On connaît également les appareils de type TEOM (pour « Tapered Element Oscillating Microbalance », en anglais), qui sont largement utilisés au sein des Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA), qui ont pour mission de mesurer les concentrations des polluants dans l'air ambiant. Parmi ces polluants, se trouvent les particules dont il convient de mesurer les concentrations massiques, conformément à la directive européenne 2008/50/CE. Les appareils de mesure de type TEOM, et plus particulièrement les appareils connus sous l'appellation TEOM-FDMS, sont des analyseurs automatiques de particules comprenant une microbalance à variation de fréquence. Ils sont à cet égard capables de mesurer en continu les concentrations massiques de particules en suspension dans l'air en µg/m3, ce qui les rend préférables aux appareils de type gravimétrique qui nécessitent des pesées postérieures aux prélèvements. A l'heure actuelle, les appareils de mesure TEOM sont étalonnés à l'aide de cales étalons raccordées au système international. Ces cales, ayant des masses de l'ordre de 80-100 mg, permettent de vérifier la constante d'étalonnage de la microbalance des appareils TEOM. Le contrôle de la linéarité de la microbalance est effectué grâce à trois cales étalons ayant des différences de masse de l'ordre de la dizaine de mg. En considérant un débit volumique des TEOM-FDMS 3047312 2 de 3 litres/minute, la valeur limite pour les particules PMI() c'est-à-dire les particules en suspension ayant des diamètres inférieurs à 10 !am (50 µg/m3 en moyenne journalière) représente une masse particulaire d'environ 2 1..tg pour une durée de prélèvement de 15 min. 5 La différence de masse des cales étalons n'est alors pas représentative des masses particulaires atmosphériques prélevées sur un quart d'heure. De plus, l'utilisation de ces cales ne permet pas de prendre en compte un éventuel dysfonctionnement du système de prélèvement en amont de la mesure de la masse et du système de filtration intrinsèque 10 à la microbalance. Pour pallier cet inconvénient, il a été proposé d'utiliser des appareils d'étalonnage capables de générer un aérosol à partir d'une solution d'étalonnage avec des concentrations particulaires connues et stables dans le temps. 15 Ces appareils d'étalonnage génèrent l'aérosol en utilisant un nébuliseur et une source de gaz comprimé utilisant par exemple un compresseur d'air ou un réseau de distribution d'air comprimé. Un traitement du gaz comprimé est alors nécessaire. On conçoit dès lors que l'étalonnage des analyseurs de 20 particules ne peut être réalisé in situ, à proximité du lieu d'analyse, mais doit au contraire être effectué dans des laboratoires distants. Le but de l'invention est donc de pallier cet inconvénient et de proposer un appareil d'étalonnage d'un analyseur de particules facilitant l'étalonnage en rendant possible de réaliser l'étalonnage de 25 l'analyseur de particules in situ, à proximité du lieu d'analyse. L'invention a donc pour objet un appareil d'étalonnage d'un analyseur de particules servant à la mesure de la concentration massique de particules en suspension dans l'atmosphère, comprenant un nébuliseur comportant un réservoir destiné à contenir une solution 30 d'étalonnage, une buse, une source d'air comprimé destinée à créer un aérosol à partir de la solution d'étalonnage et un moyen de séchage de l'aérosol. 3047312 3 La source de gaz comprimé est constituée par un ensemble d'au moins une bouteille de gaz comprimé, l'appareil d'étalonnage constituant un ensemble portatif. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'appareil 5 d'étalonnage comprend en outre une vanne multivoies comprenant une première voie raccordée à la sortie du moyen de séchage, une deuxième voie venant se raccorder à l'analyseur de particules et une troisième voie débouchant vers l'atmosphère. L'appareil d'étalonnage peut en outre comprendre un filtre à 10 air raccordé à une quatrième voie de la vanne multivoies. Avantageusement, le réservoir contenant la solution est réalisé en polymère thermoplastique, notamment en HDPE. Dans un mode de réalisation, l'appareil d'étalonnage comprend en outre un condenseur raccordé entre le nébuliseur et le moyen de 15 séchage. Avantageusement, l'ensemble des éléments constitutifs de l'appareil d'étalonnage est monté dans une valise portative. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement 20 à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est un schéma synoptique illustrant l'architecture générale d'un appareil d'étalonnage conforme à l'invention ; et -la figure 2 montre un exemple de réalisation de l'appareil 25 d'étalonnage de la figure 1. On a représenté sur la figure 1 un appareil d'étalonnage d'un analyseur selon l'invention, désigné par la référence numérique générale 1. Cet appareil est destiné à permettre l'étalonnage d'un analyseur 30 de particules de type TEOM-FDMS avec une gamme de masses inférieure à celle des cales étalons utilisées classiquement pour l'étalonnage de tels analyseurs. Comme on le voit sur les figures, l'appareil d'étalonnage 1 constitue un dispositif d'étalonnage autonome et portatif afin de 3047312 4 permettre aux Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA) de mettre en oeuvre l'étalonnage dans les stations de mesure, c'est-à-dire in situ, afin d'étalonner les analyseurs de particules. L' appareil d' étalonnage comporte essentiellement un 5 nébuliseur réalisé sous la forme d'un réservoir 2 contenant une solution d'étalonnage ainsi qu'une ou plusieurs bouteilles 3 de gaz comprimé raccordées à une buse 4 montée sur le réservoir 2 afin de générer un aérosol polydispersé à partir de la nébulisation de la solution d'étalonnage contenue dans le réservoir 2. 10 Par exemple, la solution d'étalonnage est une solution de chlorure de potassium KC1. Par ailleurs, on utilisera de préférence un polymère thermoplastique pour la réalisation du réservoir 2 afin d'améliorer la résistance aux chocs, avantageusement du HDPE. En aval de la buse 4, l'appareil 1 comporte un moyen de 15 séchage 5 de l'aérosol qui reçoit l'aérosol issu de la buse 4 du nébuliseur pour assurer son séchage et délivrer en sortie des cristaux de chlorure de potassium. On notera que le moyen de séchage peut être réalisé à partir de tout moyen approprié pour l'utilisation envisagée. 20 On utilisera, par exemple, un tube 6 grillagé dans lequel circule l'aérosol de chlorure de potassium et entouré de silica-gel 7 assurant le piégeage de la phase liquide de l'aérosol de chlorure de potassium. En aval, l'appareil 1 est doté d'une vanne multivoies 8, ici une vanne à 4 voies assurant le couplage de l'appareil d'étalonnage avec 25 un analyseur de particules et conduisant les particules séchées de KC1 vers l'analyseur de particules, selon les phases de fonctionnement de l'analyseur. On voit en effet qu'une première voie V1 de la vanne à quatre voies est raccordée à la sortie du moyen de séchage 5, une voie V2 de 30 la vanne 8 est raccordée à un analyseur de type TEOM-FDMS, une troisième voie V3 est raccordée à un filtre à air 12 de type filtre HEPA, tandis qu'une quatrième voie V4 débouche vers l'extérieur. Comme on le voit, la deuxième voie V2 est raccordée à l'analyseur TEOM-FDMS par l'intermédiaire d'une conduite dotée 3047312 5 d'une dérivation 9 assurant la mise à la pression atmosphérique du flux de particules de KC1 délivré en sortie du moyen de séchage 5. On notera qu'avant le début d'une phase d'étalonnage, la vanne 8 à 4 voies est en position Pl. Dans cette configuration, l'aérosol issu 5 du moyen de séchage 5 est envoyé vers l'évacuation E pour être évacué vers l'extérieur et l'analyseur TEOM est raccordé au filtre HEPA 12. En d'autres termes, l'air ambiant filtré par le filtre 12 est dirigé vers l'analyseur. Pour lancer une phase d'étalonnage, la vanne 8 à 4 voies est 10 basculée en position P2. L'aérosol issu du moyen de séchage 5 est envoyé vers l'analyseur TEOM. Un aérosol ayant une concentration massique particulaire maîtrisée est alors prélevé par l'analyseur en vue de son étalonnage. Comme on le conçoit, l'appareil d'étalonnage qui vient d'être 15 décrit constitue un appareil autonome qui ne nécessite aucun réseau d'air sous pression ou aucun compresseur pour le fonctionnement du nébuliseur. On notera à cet égard que les bouteilles 3 sous pression sont remplies d'un air propre de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir 20 un système de purification d'air dédié. En outre, dans la mesure où l'air comprimé est issu des bouteilles 3, aucune alimentation électrique de l'extérieur n'est nécessaire, rendant l'appareil autonome. Comme on le voit sur la figure 2, l'appareil peut ainsi être 25 réalisé sous la forme d'une valise 11 autonome en positionnant les principaux éléments constitutifs de l'appareil d'étalonnage sur des supports venant se monter sur un couvercle 11a et sur un fond llb de la valise 11. Par exemple, on pourra positionner la buse 4 et le filtre HEPA 30 12 sur le couvercle et les bouteilles 3, le moyen de séchage 5 et la vanne 8 à 4 voies dans le fond de la valise. On pourra enfin, dans un mode de réalisation, prévoir un condenseur 13 optionnel entre le moyen de séchage 5 et la buse 4 portée par le réservoir 2 du nébuliseur afin d'évacuer une part 3047312 6 substantielle de la phase liquide de l'aérosol issu du nébuliseur, avant séchage. REVENDICATIONS1. Appareil d'étalonnage d'un analyseur de particules servant à la mesure de la concentration massique de particules en suspension dans l'atmosphère, comprenant un nébuliseur comportant un réservoir (2) destiné à contenir une solution d'étalonnage, une buse (4), une source (3) d'air comprimé destinée à créer un aérosol à partir de la solution d'étalonnage et un moyen de séchage (5) de l'aérosol, caractérisé en ce que la source de gaz comprimé est constituée par un ensemble d'au moins une bouteille (3) de gaz comprimé et en ce qu'il constitue un ensemble portatif. 2. Appareil selon la revendication 1, comprenant en outre une vanne multivoies (8) comprenant une première voie (V1) raccordée à la sortie du moyen de séchage (5), une deuxième voie (V2) venant se raccorder à l'analyseur de particules et une troisième voie (V4) débouchant vers l'atmosphère. 3. Appareil selon la revendication 2, comprenant en outre un filtre à air (12) raccordé à une quatrième voie (V3) de la vanne multivoies (8). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le réservoir est réalisé en polymère thermoplastique, notamment en HDPE. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un condenseur (13) raccordé entre le nébuliseur et le moyen de séchage (5). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'ensemble des éléments constitutifs de l'appareil d'étalonnage sont montés dans une valise (11) portative.