Sonde/Contrôleur Particules Fines P4000-NG

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La P4000-NG remplace la P4000 à partir de novembre 2020

Les Matières particulaires, également connues comme « Particulate matter » ou PM, est un mélange complexe de particules extrêmement petites et de gouttelettes liquides. La pollution particulaire est constituée d’un certain nombre de composants, y compris des acides (par exemple les nitrates et les sulfates), des produits chimiques organiques, des métaux, et des particules de sol ou de la poussière.

La pollution aux particules serait à l’origine de 65 000 morts prématurées par an en France et de nombreuses maladies (asthme, allergies, maladies respiratoires et cardio-vasculaires, cancer du poumon). La pollution est la deuxième cause de mortalité la plus répandue en France devant l’alcool et les accidents de route. L’augmentation des morts pourrait s’accentuer avec la crise sanitaire. En effet avec le Covid-19, le taux de mortalité devrait subir une augmentation de 80% en Europe en 2020 selon l’OMS. Une interrogation se pose aujourd’hui concernant la pollution d’air en 2021.

 

Concernant les PM, les plus grossières (supérieures à 2.5 micromètres) retombent assez vite, leur durée de séjour dans l’air est de l’ordre de 1 jour, tandis que les plus fines peuvent rester jusqu’à 1 semaine en suspension et parcourir des milliers de kilomètres. Une fois déposées, les particules peuvent ensuite être remises en suspension sous l’action du vent ou en zone urbaine, sous l’action du trafic routier.

Principe de détection

La sonde P4000-NG utilise la technologie de la diffraction laser (Light Scattering).

Le principe est le suivant : quand un faisceau laser traverse de l’air pur, le faisceau est invisible. Lorsque le faisceau est visible, c’est parce que le faisceau se diffracte sur des particules tout au long de son chemin. Si on regarde le faisceau de côté, plus le faisceau est visible, plus la densité des particules est importante.

Un tel capteur de particules utilise une source proche de l’infrarouge (diode laser). Le capteur est une photo diode à avalanche avec amplificateur. L’infrarouge est utilisé pour éviter toute interférence avec la lumière du jour.

La densité de la poussière dépend principalement du flux d’air. L’orientation du laser et du capteur garantit qu’aucune poussière ne se dépose sur les composants optiques lorsque la source d’air est éteinte.
(À noter qu’un ventilateur actionné quelques secondes toutes les minutes permet de contrôler le flux d’air nécessaire au comptage et à la discrimination par taille des particules). Chaque particule passant par l’avant du faisceau laser diffracte une partie du faisceau vers la photodiode, et le flux d’air est constant, et la largeur d’impulsion mesurée permet de trier les particules par taille.
Une moyenne mobile du nombre de particules de la catégorie est effectuée en 60 secondes. Bien que des particules plus grosses existent dans l’environnement intérieur (en particulier les fibres de tissu), elles ne sont pas nocives pour la santé, de sorte que les particules supérieures à 10 microns ne sont pas comptées.
Les PM (Particle Matter) se réfèrent au poids total des particules par volume d’air. C’est un vestige du temps où la technologie disponible était incapable de détecter des particules individuelles.
Pour chaque taille de particule, on attribue une masse typique pour exprimer le résultat en une unité normalisée soit en µg/m³;.
Les équipements de surveillance modernes comme la P4000-NG, comptent les particules individuelles dans trois classes de tailles qui sont en corrélation avec les PM10, les PM2.5 et les PM1.
L’hypothèse pour le calcul de masse est que les particules sont sphériques ce qui n’est pas toujours le cas.

Valeurs standards

La taille des particules est directement liée à leur dangerosité potentielle vis-à-vis de la santé. Les organismes environnementaux sont préoccupés par les particules qui ont un diamètre inférieur ou égale 10 micromètres parce que ce sont les particules qui passent généralement par le biais de la gorge et du nez et pénètrent dans les poumons. Une fois inhalées, ces particules peuvent affecter le cœur et les poumons et causer des effets graves sur la santé.

Les particules sont classées en quatre catégories:

PM 10, particules grossières inhalables telles que celles trouvées près des routes et des industries poussiéreuses, elles sont inférieures à 10 micromètres de diamètre et incluent les particules fines, très fines et ultrafines.

PM 2.5, particules fines telles que celles contenues dans la fumée et la brume, sont inférieures ou égales à 2,5 micromètres de diamètre. Ces particules peuvent être émises directement à partir de sources telles que les incendies de forêt, ou elles peuvent se former lorsque des gaz, émis par des centrales électriques, des industries et des automobiles réagissent dans l’air. Les moteurs diésel en sont la source principale. Incluent les particules très fines et ultrafines.

PM 1, particules très fines (les plus dangereuses pour la santé) sont inférieure ou égales à 1 micromètre de diamètre. Elles ne sont pratiquement éliminées que par les précipitations et ont le temps de s’accumuler dans l’air. Incluent les particules ultrafines.

PM 0.1, particules ultrafines dont le diamètre est inférieur à 0,1 micromètre, appelées également « nanoparticules » Leur durée de séjour est très courte, de l’ordre de quelques minutes à quelques heures.

Les PM2.5 et les PM1 peuvent descendre dans la partie la plus profonde (alvéolaire) des poumons lorsque les échanges gazeux se produisent entre l’air et le sang. Ce sont les particules les plus dangereuses parce que la partie alvéolaire des poumons n’a pas de moyens efficaces de les éliminer et si les particules sont solubles dans l’eau, elles peuvent passer dans le flux sanguin en quelques minutes. Si elles ne sont pas solubles dans l’eau, elles restent dans la partie alvéolaire des poumons pendant une longue période. Les éléments solubles peuvent être des HAP (Hydrocarbure Aromatique Polycyclique) ou des résidus de benzène classés comme cancérogène.

Standards

 Europ (2010) OMSUSA
PM10 (<10µm)
Limite journalière P50*50µg/m³ (moins de 35 fois/an)50µg/m³150µg/m³
Limite annuelle30µg/m³20µg/m³Annulé en 2006
PM2.5 (<2.5µm)
Limite journalière P50*25µg/m³
Limite journalière P98*35µg/m³
Limite annuelle25µg/m³ en 2010 ;
20µg/m³ en 2020
10µg/m³15µg/m³

*: La valeur ne doit pas dépasser 50% (98%) du temps.

Performances

Sortie numérique RS485 Modbus (ou EnOcean ou LoRa par module optionnels). Voir document sur les protocole pour détails;

Module 0-10V et contact secs PV GV optionnel (sortie 0-10V sur mesure ou commande PI paramétrable par outil écran)

Contrôle de remédiation paramétrable par outil écran (via Modbus, 0-10V et ou EnOcean)

Densités de PM1, PM2.5 et PM10 exprimées en µg/m3 (et en quantité par m3 en Modbus);

Une mesure toute les minutes pour une durée de vie de 10 ans;

Module LEDs optionnel (3 couleurs), changement de couleur selon les seuils définis via l’outil écran ;

Alimentation 12 à 32V DC ou 12 à 24V AC;

Compatible avec la sonde E4000-NG en tant qu'esclave Modbus

Adresses, type (RTU/ ASCII) et vitesse du Modbus sélectionnables par outil écran

Maintenance

Sans maintenance

Durée de vie 10 ans

Exemples de particules fines

Particules polluant l’air intérieur (type suies et fumées de diesel), laissées sur un plafond autour d’une bouche de climatisation.

Ici c’est une souffleuse portative qui, sous prétexte de nettoyage disperse dans l’atmosphère d’un centre-ville peuplé la poussière, y compris des particules de fientes d’oiseaux et d’excréments de chiens.

Les travaux publics sont une des nombreuses sources de particules en suspension (ici aggravée par l’utilisation d’air comprimé pour nettoyer le substrat).

Envol tourbillonnaire de poussières de plomb toxique (source de saturnisme), Usine Métaleurop-Nord, peu avant sa fermeture.