FR2969289A1 - Selecteur de particules a aspiration pluridirectionnelle et dispositif d'echantillonnage de particules pourvu d'un tel selecteur - Google Patents

Abstract

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, comportant un corps de sélecteur (12) portant un premier plateau (15) délimitant intérieurement un puits axial (17) et un deuxième plateau (13) délimitant avec celui-ci une fente annulaire (19) de sélection des particules débouchant dans le puits axial (17). Le deuxième plateau (13) est monté sur le corps de sélecteur (12) au moyen d'une entretoise (18) disposée entre le deuxième plateau (13) et le premier plateau (15), l'entretoise (18) ayant une forme de secteur de disque dont le sommet est tourné vers le puits axial (17).

Description

B10-3445FR 1 Sélecteur de particules à aspiration pluridirectionnelle et dispositif d'échantillonnage de particules pourvu d'un tel sélecteur L'invention a pour domaine technique l'échantillonnage de polluants atmosphériques. L'échantillonnage de polluants atmosphériques consiste à prélever dans l'atmosphère des particules solides ou liquides présentes sous forme d'aérosol, et à retenir ces particules pour une analyse ultérieure. On connaît déjà, des documents FR2851656 et FR 2 851 657, des capteurs individuels portables servant à mettre en oeuvre un tel échantillonnage. Les capteurs de ce type comprennent une coupelle d'échantillonnage entraînée en rotation et dans laquelle sont piégées les particules polluantes et un sélecteur, fixe par rapport à la coupelle, destiné à la sélection des particules à retenir dans la coupelle. Le sélecteur assumant la sélection de particules comprend une fente annulaire formée entre deux plateaux circulaires maintenus entre eux par des ergots.

Toutefois, les ergots décrits dans les documents FR2851656 et FR 2 851 657, permettant le maintien des plateaux entre eux, perturbent l'écoulement vers la coupelle et l'accélération de l'aérosol, qui doit être maintenue constante. Une conséquence est alors un changement incontrôlé de la vitesse d'écoulement au voisinage des ergots et la création d'une turbulence. Une autre conséquence est un dépôt aérodynamique des particules sur les plateaux, créant ainsi une perte de la matière aspirée susceptible de fausser les résultats des analyses. Il existe donc un besoin pour une solution d'assemblage des plateaux qui permette d'éviter de tels inconvénients. L'invention propose ainsi un 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, comportant un corps de sélecteur portant un premier plateau en communication avec un puits axial et un deuxième plateau délimitant avec celui-ci une fente annulaire de sélection des particules débouchant dans le puits axial.

Le deuxième plateau est monté sur le corps de sélecteur au moyen d'une entretoise disposée entre le deuxième plateau et le premier plateau, l'entretoise ayant une forme de secteur de disque dont le sommet est tourné vers le puits axial. On élimine ainsi considérablement les perturbations dans l'écoulement. L'entretoise peut couvrir un angle compris entre 60° et 120°. Plus particulièrement, l'entretoise peut couvrir un angle sensiblement proche de 90°. L'entretoise présente une épaisseur égale à la hauteur prévue de la fente annulaire. Le deuxième plateau et le premier plateau peuvent comporter des surfaces en regard planes et parallèles entre elles qui s'étendent perpendiculairement à l'axe général du puits axial. Les surfaces en regard planes et parallèles du deuxième plateau et du premier plateau peuvent être aiguisées sur leur circonférence vers l'extérieur de la fente annulaire. On assure ainsi une efficacité d'aspiration comparable à celle d'un dispositif à parois minces, sans rebond de particules sur l'épaisseur du deuxième plateau et du premier plateau.

Le corps de sélecteur, le premier plateau et le deuxième plateau peuvent être réalisés en matière plastique non électrostatique ou en métal poli, notamment en acier inoxydable poli. Le corps de sélecteur et le premier plateau peuvent être réalisés dans un premier matériau, le deuxième plateau pouvant être réalisé dans un deuxième matériau différent du premier matériau, le premier matériau et le deuxième matériau pouvant être choisis parmi les matières plastiques non électrostatiques ou les métaux polis, notamment l'acier inoxydable poli.

I1 est également proposé un dispositif portable d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, comprenant un diffuseur, un porte-cassette, une cassette, un flasque d'extrémité et un sélecteur de particules en suspension monté sur le diffuseur et en communication avec la cassette, caractérisé en ce que le sélecteur de particules est constitué par un sélecteur de particules tel que défini ci-dessus. Le dispositif portable peut comprendre un support fixé sur le porte-cassette permettant d'attacher l'appareil sur un opérateur, ledit support s'étendant au dessus du sélecteur de particules. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un dispositif portable d'échantillonnage selon l'invention; et - la figure 2 illustre, à plus grande échelle le sélecteur de particules du dispositif de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté une vue en perspective d'un dispositif d'échantillonnage selon l'invention, désigné par la référence numérique générale 1. Ce dispositif est destiné à échantillonner la fraction inhalable d'un aérosol, c'est-à-dire d'une suspension de particules dans l'air, y compris des microorganismes tels que des bactéries, des 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 indique la probabilité pour une particule de cet aérosol de pénétrer et éventuellement 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 1 est donc de sélectionner et de collecter les particules incriminées et de les restituer en vue d'une analyse ultérieure, notamment quantitative.

La figure 1 illustre un premier exemple de réalisation d'un dispositif d'échantillonnage basé sur l'utilisation d'un filtre disposé dans une cassette et dans lequel une pompe est utilisée pour aspirer l'air ambiant et déposer les particules à prélever sur le filtre.

Le dispositif 1 visible sur la figure 1 comporte ainsi un sélecteur 10 monté sur un échantillonneur 2. Cet échantillonneur est destiné à collecter la fraction inhalable d'un aérosol sur un filtre utilisable ultérieurement dans le cadre d'analyses physico-chimiques. I1 comporte un diffuseur 9, solidaire d'un porte-cassette 6 dans lequel vient se loger une cassette 6a porte-filtre, et d'un flasque d'extrémité 6b. Un raccord 6c permet le branchement d'une pompe d'aspiration (non représentée). Le diffuseur 9 est de forme évasée, de préférence tronconique, présentant un petit diamètre apte à coopérer avec le sélecteur, et un grand diamètre apte à coopérer avec le porte-cassette 6. I1 assure un ralentissement de la vitesse du flux d'aspiration provenant du sélecteur afin d'homogénéiser le dépôt sur le filtre. La cassette 6a est réalisée en deux parties et comporte une première bague inférieure sur laquelle vient se positionner un porte filtre et une deuxième bague supérieure venant coiffer la première bague. Le filtre repose sur le porte filtre. Le porte filtre peut être réalisé à partir de tout matériau approprié, par exemple en carton poreux ou sous la forme d'une grille. Le porte-cassette 6 comporte un corps creux dans lequel vient se loger la cassette 6a en position par rapport au flasque d'extrémité 6b et au diffuseur 9. A cet effet, la cassette 6a repose sur un joint plat déposé entre le flasque d'extrémité 6b et la surface libre de la bague inférieure. La cassette 6a est par ailleurs maintenue en place par un autre joint plat situé entre le diffuseur 9 et la partie libre de la bague supérieure. La combinaison des joints et des forces d'appui permet d'éviter que l'aspiration de la pompe externe ne soit rompue. Le porte-cassette 6 est par ailleurs pourvu d'un certain nombre de lumières, telles que 7, servant à alléger le dispositif d'échantillonnage 1 et au contrôle visuel de la cassette 6a. Les lumières 7 permettent notamment d'inspecter la quantité de matière présente sur le filtre. Un support 3 peut également être monté sur l'échantillonneur 2. Le support 3 comporte une première zone horizontale 3a servant au montage sur l'échantillonneur 2, et une deuxième zone verticale 3b servant au support de l'ensemble du dispositif en étant dotée, par exemple, d'orifices, tels que 4, servant à la fixation du dispositif 1 par exemple sur une sangle ou sur un badge, pour permettre le transport du dispositif 1 en bandoulière ou pour sa fixation sur tout élément de support approprié. Comme on le voit, l'échantillonneur 2 est ici maintenu suspendu sur la surface supérieure 5, par boulonnage dans des lumières, telles que 8, en forme d'arc de cercle, autorisant un réglage de l'orientation de l'échantillonneur 2. Une partie substantielle de l'organe de prélèvement et, en particulier, la zone du diffuseur 9 incorporant le sélecteur 10 s'étend en saillie au-delà de la surface supérieure du porte-cassette 6, tandis que la zone 3b servant au support de l'ensemble du dispositif 1 s'étend largement au dessus du sélecteur 10.

En se référant maintenant à la figure 2, qui illustre en détail le sélecteur 10, on voit que ce sélecteur de particules 10 comprend un corps de sélecteur 12 et un deuxième plateau 13. Le corps 12 comprend essentiellement un habillage cylindrique 14 surmonté par un premier plateau 15 en forme de disque comprenant un orifice central 16, formant une extrémité d'un puits axial 17 colinéaire à l'habillage H. Le deuxième plateau 13 a également une forme de disque. Le deuxième plateau 13 et le premier plateau 15 sont fixés l'un à l'autre au moyen d'une entretoise 18. Une fente annulaire 19 est ainsi formée dans l'espace délimité par le premier plateau 15 et le deuxième plateau 13, la fente annulaire 19 étant en communication avec le puits axial 17. Un phénomène d'aspiration est créé, au fond du puits axial 17, lorsque la pompe d'aspiration est en marche. L'aérosol environnant est aspiré alors de manière pluridirectionnelle dans le plan horizontal entre les deux plateaux et est amené dans le sens radial vers le puits axial 17 de reprise de l'écoulement. Le mouvement radial assure une accélération de l'aérosol entre les plateaux. L'accélération obéit à une fonction de puissance de type hyperbolique y=f(x-l), et la vitesse instantanée v inversement proportionnelle au diamètre r peut s'exprimer par l'équation suivante :

v=k/r

avec k : une constante de proportionnalité.

Pour une fente circulaire, la constante de proportionnalité k peut s'exprimer sous la forme de l'équation suivante : k= Q (Eq. 1) 2rr-h

avec Q le débit d'aspiration,

h la hauteur de la fente et

le nombre de Ludolf.

Cette accélération empêche la sédimentation des particules entre les plateaux et assure ainsi un transit des particules sans perte depuis la périphérie de la fente annulaire 19 jusqu'au puits axial 17.

Afin d'éviter de perturber l'écoulement entre les deux plateaux (13 et 15), l'entretoise 18 est réalisée sous la forme d'un secteur de disque couvrant un angle a sensiblement proche de 90°, choisi dans un intervalle entre 60° et 120° environ. Ce secteur épouse les contours des plateaux 13 et 15 et le contour de l'orifice 16. Son épaisseur est égale à la hauteur prévue de la fente 19.

Comme on le voit sur la figure 2, l'entretoise 18 a en effet une base 18a de forme convexe correspondant à la forme périphérique des plateaux 13 et 15, un sommet 18b tronqué de manière à former une surface concave s'étendant dans le prolongement du puits axial 17 et deux bords latéraux 18c et 18d convergeant vers le sommet 18b.

Dans ces conditions, l'expression de la constante de proportionnalité k est modifiée de la façon suivante : k= Q (Eq. 2) (2n-a).h avec a l'angle correspondant au secteur de disque 18 exprimé en radian. I1 ressort ainsi de l'équation 2 que la constante k est majorée d'un terme dépendant de l'angle a du secteur de disque inséré.

L'entretoise 18 peut être indépendant et être inséré entre les deux plateaux 13 et 15, l'ensemble étant solidarisé par différents moyens de fixation tel que des soudures, un collage ou de la visserie. L'entretoise 18 peut être solidaire d'un des plateaux, l'autre plateau étant alors fixé par les moyens cités ci-dessus. Enfin, les plateaux et l'entretoise 18 peuvent être d'une seule pièce, par exemple forgée, moulée, usinée ou découpée. L'entretoise 18 permet ainsi de maintenir la distance entre les deux plateaux 13 et 15 et permet de conférer une certaine rigidité à l'ensemble. La rigidité de l'ensemble est également assurée par l'épaisseur des plateaux 13 et 15. Les plateaux 13 et 15 sont aiguisés sur leur circonférence vers l'extérieur de la fente de sorte à minimiser l'incidence de l'épaisseur sur les propriétés aérodynamiques. L'aiguisage permet d'assurer une efficacité d'aspiration comparable à celle d'un dispositif à parois minces, sans rebond de particules sur son épaisseur. La fente 19 ainsi restreinte par l'entretoise 18 conserve toutefois une aspiration pluridirectionnelle et ne présente aucun obstacle intérieur à l'écoulement, évitant ainsi la formation de turbulences et le dépôt de particules sur les plateaux 13 et 15.

Lorsque le sélecteur est installé sur l'organe de prélèvement 2, le sélecteur de particules voit son puits axial être le siège d'une dépression sous l'action d'une pompe auxiliaire. Les aérosols captés par le sélecteur de particules 10 sont alors collectées dans un piège placé dans le porte filtre en vue d'une analyse ultérieure. Le dispositif portable d'échantillonnage étant destiné à être porté par un opérateur humain, par exemple en bandoulière, le sélecteur de particules 10 peut se trouver à proximité de l'utilisateur. Pour éviter une contamination des aérosols prélevés par des rejets des vêtements de l'opérateur, on propose de disposer l'entretoise 18 du sélecteur de particules 10 vers l'opérateur, de sorte que la section de la fente annulaire 19 qui n'est plus le siège d'une aspiration soit tournée vers l'opérateur. Le sélecteur de particules ainsi adapté sur un dispositif portable d'échantillonnage est protégé d'une contamination des aérosols prélevés. Ceci constitue un avantage par rapport à une aspiration omnidirectionnelle. On notera que le sélecteur de particules 10, et plus particulièrement la fente annulaire 19, demeurent des éléments fragiles. Une chute accidentelle du dispositif peut avoir comme conséquence une modification de l'écartement des plateaux 13 et 15, et donc une modification de l'écoulement. Pour éviter une telle situation, le support 3 servant à attacher le dispositif sur l'opérateur est conçu de telle manière qu'il s'étende largement au dessus du sélecteur de particules. Le support peut alors absorber tout impact accidentel dû à une chute, protégeant ainsi la fente annulaire. Ce support 3, qui s'appuie sur l'opérateur, est suffisamment large pour limiter également les émissions de poussières à partir des vêtements de l'opérateur vers le sélecteur de particules.

Selon un autre mode de réalisation non illustré, l'échantillonneur 2 comporte une coupelle d'échantillonnage enfermée dans un porte coupelle et reliée mécaniquement à un moteur associé à une source d'énergie électrique d'alimentation et à des circuits de régulation, également enfermés dans l'échantillonneur 2, et adaptés pour entraîner en rotation la coupelle d'échantillonnage et créer ainsi l'aspiration d'air. L'échantillonneur 2 comporte encore un sélecteur de particules 10 monté de manière fixe sur le porte coupelle par l'intermédiaire du diffuseur 9, afin de sélectionner les particules, notamment en fonction de leur taille, à piéger dans la coupelle. On notera que, comme cela est classique, la coupelle d'échantillonnage peut être pourvue d'un piège à particules ou d'un corps délimitant un logement de piégeage des particules, ce corps pouvant comporter un rebord supérieur doté d'un passage axial pour le passage d'un flux d'air. Le rebord supérieur peut en outre avantageusement être pourvu d'un ensemble de canaux délimitant des ailettes formant, sur la face supérieure de la coupelle, un ventilateur centrifuge apte à créer un flux d'air radial sur cette surface lorsque la coupelle est entraînée en rotation par le moteur. L'aspiration est générée par la rotation de la coupelle. La coupelle joue également le rôle de filtre en collectant les particules incriminées. Un tel mode de réalisation bénéficie également des améliorations d'écoulement issues de l'utilisation du sélecteur de particules décrit plus en haut en relation avec la figure 2.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. 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, comportant un corps de sélecteur (12) portant un premier plateau (15) en communication avec un puits axial (17) et un deuxième plateau (13) délimitant avec le premier plateau (15) une fente annulaire (19) de sélection des particules débouchant dans le puits axial (17), caractérisé par le fait que le deuxième plateau (13) est monté sur le corps de sélecteur (12) au moyen d'une entretoise (18) disposée entre le deuxième plateau (13) et le premier plateau (15) , l'entretoise (18) ayant une forme de secteur de disque dont le sommet est tourné vers le puits axial (17).
2. 2. Sélecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entretoise (18) couvre un angle compris entre 60° et 120°.
3. 3. Sélecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'entretoise (18) couvre un angle sensiblement proche de 90°.
4. 4. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entretoise (18) présente une épaisseur égale à la hauteur prévue de la fente annulaire (19).
5. 5. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième plateau (13) et le premier plateau (15) comportent des surfaces en regard planes et parallèles entre elles qui s'étendent perpendiculairement à l'axe général du puits axial (17).
6. 6. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces en regard planes et parallèles du deuxième plateau (13) et du premier plateau (15) sont aiguisées sur leur circonférence vers l'extérieur de la fente annulaire (19).
7. 7. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps de sélecteur (12), lepremier plateau (15) et le deuxième plateau (13) sont réalisés en matière plastique non électrostatique ou en métal poli, notamment en acier inoxydable poli.
8. 8. Sélecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps de sélecteur (12) et le premier plateau (15) sont réalisés dans un premier matériau, le deuxième plateau (13) étant réalisé dans un deuxième matériau différent du premier matériau, le premier matériau et le deuxième matériau étant choisis parmi les matières plastiques non électrostatiques ou les métaux polis, notamment l'acier inoxydable poli.
9. 9. Dispositif portable d'échantillonnage de particules en suspension dans une atmosphère, comprenant un diffuseur (9), un porte-cassette (6), une cassette (6a), un flasque d'extrémité (6b) et un sélecteur de particules (10) en suspension monté sur le diffuseur (9) et en communication avec la cassette (6a), caractérisé en ce que le sélecteur de particules (10) est constitué par un sélecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
10. 10. Dispositif portable selon la revendication 9, comprenant un support (3) fixé sur le porte-cassette (6) permettant d'attacher l'appareil sur un opérateur, ledit support (3) s'étendant au dessus du sélecteur de particules (10).