Context
Les particules de suie sont générées par les systèmes de combustion lorsque cette dernière est incomplète (industriel, transport, incendies). Il s’agit de nanoparticules dont la morphologie est complexe (fractale) et pour lesquelles la composition et les propriétés radiatives sont variables et mal connues. Ces particules ont un impact sur la santé humaine et sur le changement climatique. Les préoccupations concernant les effets de la suie rejetée dans l’environnement ont conduit à la mise en œuvre de réglementations de plus en plus strictes en matière d’émissions, alors même que les mécanismes impliqués dans leurs impacts sur la santé ou sur le réchauffement climatique ne sont pas encore totalement compris.
De plus, en raison de leur contribution importante dans les procédés thermiques faisant appel à leur fort pouvoir rayonnant, les émissions des particules de suie doivent être contrôlées et réduites. Par conséquent, la caractérisation détaillée de la suie dans les flammes ou une fois émises dans l’atmosphère est cruciale, en particulier pour la validation de modèles précis de production de suie (taille, fraction volumique, morphologie, composition) pour leur intégration dans les codes CFD.
Techniques de mesures développées au CORIA pour la caractérisation des particules de suie.
Le CORIA développe différentes techniques de mesures afin de determiner les propriétés de taille, forme, composition, concentration (en nombre ou en volume) des particules de suie. On retrouve parmi ces développements :
- La diffusion angulaire est spectrale de la lumière (taille et forme),
- Déconvolution d’Abel de signaux de diffusion ou d’émission thermique de flammes : PySAT-Abel
- L’extinction spectrale / turbidimétrie (propriétés optiques),
- L’incandescence induite par laser (fraction volumique, diamètre des spéhrules primaires).
Ces techniques sont mises en oeuvre dans des flammes mais aussi pour des particules dispersées en phase aérosol (par example pour l’étude de leur vieillissement atmosphérique).
Outre les développement de techniques optiques, le CORIA a une expertise en mesure plus conventionnelle des aérosols de nanoparticules :
- Granulométrie SMPS,
- Analyse de clichés de microscopie électronique (EDM-SBS),
- Analyse de la densité effective,
- Mesures gravimétriques.
Les applications
Ces développements métrologiques sont mis en oeuvre dans différents projets afin de répondre à des problématiques différentes:
- Compréhension des mécanismes de formation des particules (amélioration des modèles)
- Réduction des émissions (automobiles, aéronautique),
- Propriétés radiatives (impact climatique, amélioration des diagnostiques optiques)
- Impact toxicologique (voir illustration ci-contre présentant le banc d’exposition de cellules pulmonaires aux particules de suies : projet Pufbio financé par l’ANSES).
Thèse en cours sur ce sujet : Maxime Bouvier, Ana Teresa Juarez Facio, Maxime Joret.
Projets associés : SOPRANO (Europe), Projet de soutien France-Chile j Ecos/ANID C19E01, Pufbio (ANSES), projet Région (SONOLINO).