Analyse de particules dans les gaz et les liquides
Résumé
Bon nombre de polluants sont présents sous forme particulaire dans l’environnement ou en milieu industriel. Dans l’air comme dans les eaux, des particules micrométriques ou sub-micrométriques jouent un rôle dans leur transport, qu’il s’agisse par exemple de métaux lourds ou d’objets nanostructurés tels les nanoparticules, leurs agrégats et leurs agglomérats. Pour doser les concentrations de ces pollluants, les techniques de mesure chimique élémentaire couramment utilisées nécessitent le déplacement de personnels sur site, des prélèvements, une préparation en laboratoire puis enfin l’analyse. Il existe à l’heure actuelle peu d’instruments permettant de détecter, sur site, in-situ et en temps réel, l’émission de particules et de mesurer les concentrations émises selon leur nature chimique élémentaire. La technique LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) ou spectroscopie de plasma induit par laser semble adaptée à une telle problématique. A l’INERIS, elle a été ainsi appliquée à l’analyse des particules dans l’air pour le contrôle de procédés, la surveillance des ambiances de travail et le suivi de l’émission de métaux lourds sous forme particulaire en fonderie. Dans tous ces cas, les particules ont été introduite dans une cellule d’analyse dans laquelle des impulsions laser de longueur d’onde 1064 nm de durée 5 ns ont été focalisées. Le plasma formé vaporise les particules et permet des mesures semi quantitative et quantitative sur les particules. Ainsi, il est possible de détecter en temps réel des pelotes de nanotubes de carbone et de suivre la concentration en masse de cuivre dans les conduits d’évacuation d’une fonderie. Des expériences préliminaires utilisant une cellule plasma radiofréquence permettant de piéger les particules en lévitation a été utilisé dans le but d’améliorer les limites de détection. Enfin, plus récemment, nos efforts se sont portés sur la détermination de la stoechiométrie de particules composites sans étalonnage en ajustant des spectres simulés sur des spectres expérimentaux en faisant l’hypothèse de l’équilibre thermodynamique local. La technique LIBS a également été appliquée à l’analyse des particules dans les liquides. Tout d’abord, un montage LIBS a été couplé avec un jet liquide. Les travaux réalisés ont consisté à étudier l’optimisation du rapport signal sur bruit et du volume liquide évaporé en fonction de la longueur d’onde laser et de la fluence utilisée. Les résultats ont montré que l’utilisation du rayonnement UV permettait d’obtenir les meilleurs résultats. En plus de l’analyse par jet liquide, un autre mode d’échantillonnage des particules, consistant à les aérosoliser, a été testé et les deux modes comparés. Cette comparaison a mis en évidence les potentialités respectives de ces deux modes.