Surveillance des particules - PM10

Le PM signifie matière particulaire (également connue sous le nom de pollution par les particules), un mélange de particules solides et de gouttelettes liquides présentes dans l'air. La poussière, la saleté, la suie et la fumée sont des exemples de grandes particules qui peuvent être vues à l'œil nu. À des fins de réglementation de la qualité de l'air, ces particules atmosphériques sont définies par leur diamètre.

Le PM10 ou Matière Particulaire Suspendue (MPS) décrit les particules inhalables ayant des diamètres généralement de 10 micromètres (10μm) et moins. Ces particules sont assez petites pour voyager par le nez et la gorge et entrer dans les poumons. Lorsqu'elles sont inhalées, elles peuvent nuire au cœur et aux poumons, causant des problèmes de santé majeurs. Le PM10 a tendance à se déposer car il est plus lourd. Une fois libéré, il reste dans l'air pendant des minutes ou des heures et parcourt aussi peu que 100 mètres à 50 kilomètres. Des exemples de telles particules grossières incluent la poussière de construction, le pollen et les moisissures. 

À première vue, la matière particulaire pourrait sembler assez simple à comprendre. Ce n'est que de la poussière et de petites particules flottant dans l'air, non ? Pas besoin de ressortir ces vieux manuels de chimie du lycée pour ça ! Mais la réalité est que la matière particulaire est beaucoup plus complexe qu'elle n'en a l'air. Ses impacts environnementaux et sanitaires sont significatifs, et c'est quelque chose auquel nous devrions tous prêter plus attention. 

Alors, qu'est-ce que la matière particulaire (PM10) exactement ? D'où vient-elle ? Cet article couvre des informations sur le PM10, ses sources dans l'air ambiant, les niveaux permis, l'impact sur la santé et l'environnement, les mesures correctives possibles, le besoin de moniteurs de PM10 et différentes méthodes de surveillance du PM10.

Quand nous pensons à la pollution de l'air, nous imaginons généralement les usines et les centrales électriques comme les principales sources. Bien qu'elles contribuent aux particules fines, il existe également de nombreuses autres sources. En fait, les particules peuvent provenir de sources primaires, comme les émissions, ou de sources secondaires, où les particules se forment par des réactions chimiques dans l'air. 

Les particules PM10 sont soit directement émises par une source (PM primaire), soit formées par les réactions chimiques de gaz tels que les oxydes de soufre (SOx), les oxydes d'azote (NOx), les composés organiques, etc. dans l'atmosphère (PM secondaire).

Les sources naturelles de particules sont la poussière transportée par le vent provenant de terres ouvertes, le pollen, les spores, les moisissures, la saleté, l'érosion du sol et les incendies de forêt. 

Les sources anthropiques de PM10 incluent :

• La combustion de combustibles fossiles tels que l'essence, le pétrole, le diesel ou le bois, 
• La combustion des déchets
• La poussière émise par les routes non pavées et pavées
• Le broyage et le concassage de roches
• Les activités de construction incontrôlées
• La poussière provenant des usines, de l'agriculture et des décharges
• Les émissions provenant de l'approvisionnement énergétique et des processus industriels
• La production de métaux et d'acier, ainsi que le rechargement de matériaux en vrac 
• L'usure des freins et des pneus des véhicules
• Les composés organiques issus des processus industriels et des gaz d'échappement des véhicules

Les concentrations de seuil décrivant la qualité de l'air en fonction des concentrations de PM10 pour différents pays sont données ci-dessous. En Inde, les niveaux quotidiens moyens de PM10 jusqu'à 100 μg/m3 sont considérés comme satisfaisants. Les Directives de l'OMS sur la qualité de l'air mises à jour (2021) recommandent une moyenne sur 24 heures de 45 µg/m3 et une moyenne annuelle de 15 µg/m3, révisée par rapport à la précédente directive de 2005 de 50 µg/m3 pour la moyenne sur 24 heures.

Tableau : Seuils de PM10 (μg/m3)  

    [Source : Indice national de qualité de l'air ambiant, CPCB (octobre 2014)]

Impact sur la santé :

Bien que ce soit la plus grande des deux catégories de PM, le PM10 reste relativement petit (moins d'un dixième de la largeur d'un cheveu humain !). Les particules de PM10 peuvent irriter les tissus du nez et de la gorge, provoquant des réactions allergiques. Une fois ces particules entrées dans vos poumons, le PM10 irrite le tissu pulmonaire et peut déclencher des crises d'asthme. D'autres conditions sont :

• AVC, hypertension artérielle et crise cardiaque
• Risque accru de cancer du poumon
• Développement pulmonaire réduit
• Bronchite
• Mort prématurée

Impact environnemental :

Les particules ont été trouvées dans de nombreuses études scientifiques pour réduire la visibilité tout en impactant négativement le climat, les écosystèmes et les matériaux. Le PM, principalement le PM2.5, affecte la visibilité en modifiant la façon dont la lumière est absorbée et dispersée dans l'atmosphère.

Concernant le changement climatique, des composants spécifiques du mélange de PM ambiant favorisent le réchauffement climatique (par exemple, le carbone noir). En revanche, d'autres ont un effet de refroidissement (par exemple, les nitrates et les sulfates), entraînant une capacité à la fois réchauffante et refroidissante du PM ambiant. 

De plus, le dépôt des particules en suspension dans l'air sur les plantes, le sol et les écosystèmes aquatiques a des effets nuisibles sur eux. Les métaux et les composés organiques réduisent la croissance et le rendement des plantes, tandis que le dépôt de PM dans les plans d'eau affecte sa qualité et sa clarté. 

La première étape est la surveillance des PM10 pour identifier les zones avec des niveaux de particules élevés. Vous pouvez utiliser des alertes de qualité de l'air pour vous protéger vous-même et les autres lorsque les PM atteignent des niveaux dangereux. En plus de cela, les mesures correctives suivantes peuvent être prises : 

• Regardez vos lectures locales de l'AQI.
• Limitez les activités de plein air et fermez les fenêtres et les ventilations pendant les périodes de forte pollution atmosphérique.
• Sautez l'exercice du matin si l'AQI dépasse sa limite.
• Portez un masque contre la pollution.
• Éliminez l'utilisation de la cheminée, du poêle à bois, des équipements de jardin ou de pelouse alimentés au gaz.  
• Investissez dans un système de surveillance de la qualité de l'air.
• Évitez les zones avec congestion de trafic, activités de construction ou routes non pavées. Respirer un air aussi pollué tous les jours entraîne également des effets sur la santé à long terme. 

Différentes principes de fonctionnement pour la surveillance des particules en suspension dans l'environnement ambiant sont Gravimétrique, TOEM, Atténuation Beta (BAM) et Diffusion Laser.  

Méthode Gravimétrique à Haut Volume - Les moniteurs de PM10 basés sur le principe gravimétrique prennent l'air ambiant pendant 24 heures à un débit constant à travers une entrée de taille sélective qui ne permet uniquement aux particules avec un diamètre aérodynamique de 10µm ou moins de passer. Les particules sont collectées sur un filtre pré-pesé conditionné à des conditions de température et d'humidité constantes. Après la période d'échantillonnage de 24 heures, le filtre est de nouveau conditionné sous les mêmes conditions de température et d'humidité et pesé à nouveau. La différence de poids correspond à la masse collectée sur le filtre, qui, avec le débit connu, la période d'échantillonnage et le volume total de l'air échantillonné, est utilisée pour calculer la concentration de PM10. 

Microbalance à Éléments Tapered (TEOM) - C'est un système propriétaire pour la surveillance des particules. Les moniteurs de PM10 basés sur TEOM déterminent la concentration de PM10 en pesant en continu les particules déposées sur le filtre attaché à un élément creux effilé qui oscille dans un champ électrique appliqué. La fréquence d'oscillation diminue avec l'accumulation de particules sur les filtres. Les contrôleurs de débit massique thermiques contrôlent constamment et mesurent le débit du moniteur de PM10, qui, avec la concentration de masse, la température et d'autres facteurs, est utilisée pour calculer les concentrations de PM10 en continu.

Moniteur d'Atténuation Beta (BAM) - La surveillance des PM10 basée sur le principe BAM mesure la densité de masse des particules en utilisant l'atténuation de la radiation beta. Les particules dans l'air ambiant aspirées dans le moniteur de PM10 sont déposées sur un filtre en papier et exposées à des rayons beta (c'est-à-dire des électrons avec des énergies dans la plage de 0,01 à 0,1 MeV), qui sont atténués en fonction de la masse particulaire. Le comptage beta diminue avec une augmentation de la masse de PM10, qui est enregistrée par le détecteur et convertie en concentration.

Diffusion Laser - Le moniteur de PM10, basé sur le principe physique de la diffusion de la lumière, également connu sous le nom de compteur de particules optiques (OPC), mesure les particules de poussière illuminées par une lumière laser à un angle de 90°. La lumière diffusée par chaque particule est collectée à environ 90° par un miroir et détectée par une photodiode. Ce signal est ensuite alimenté dans un classificateur de taille multi-canal, où un analyseur de hauteur d'impulsion est utilisé pour classer chaque impulsion proportionnellement à la taille de la particule. Les comptes dans le canal correspondant aux PM10 sont convertis en concentration de PM10.

[Source : https://www.researchgate.net/figure/Principle-of-optical-particle-counter]

Parmi tous les principes de surveillance des PM10 mentionnés ci-dessus, les moniteurs de PM basés sur la diffusion laser sont généralement préférés pour la surveillance de l'air ambiant car ils fournissent des mesures rapides et précises et sont peu coûteux par rapport aux autres.

Chez Oizom, nous proposons divers capteurs de Particules en suspension (PM), y compris PM1, PM2.5, PM10 et PM100, conçus pour un suivi précis de la qualité de l'air selon différentes tailles de particules.

Notre module de capteur de Particules en suspension est conçu pour mesurer avec précision les concentrations de PM1, PM2.5, PM10 et PM100 dans l'air ambiant, fournissant des données en temps réel sur les niveaux de particules atmosphériques. L'électronique avancée de support du capteur garantit compacité et fiabilité, en faisant une solution robuste pour le suivi continu de la qualité de l'air.

Ces capteurs fonctionnent sur la technologie de dispersion laser avec une entrée chauffée pour éliminer l'humidité et garantir des données précises sur la qualité de l'air. L'intégration d'un ventilateur robuste et de lasers avancés garantit des données précises et une durabilité, rendant ces capteurs idéaux pour des applications extérieures nécessitant des informations sur la qualité de l'air en temps réel.

Ces modules avancés de capteurs de particules en suspension sont utilisés dans nos systèmes de surveillance de la qualité de l'air en extérieur, tels que Polludrone et AQBot. De plus, ces modules sont un élément clé de notre moniteur de poussière ambiante spécialisé, Dustroid. Ces capteurs polyvalents sont utilisés dans une variété d'applications, y compris la surveillance nationale de la qualité de l'air, les évaluations d'impact sur la santé environnementale, la surveillance des chantiers de construction, l'exploitation minière, les villes intelligentes et les projets de recherche sur la qualité de l'air. En fournissant des données de concentration de particules en temps réel, les modules de capteurs PM d'Oizom soutiennent un large éventail de besoins de surveillance environnementale, garantissant des données fiables et précises sur la qualité de l'air pour diverses applications.

Nos capteurs de surveillance des particules sont calibrés avec des stations de référence, abritant BAM-1020 pour PM (Atténuation par rayon β) ce qui améliore considérablement la précision et la fiabilité des données de nos capteurs, garantissant des résultats de surveillance de la qualité de l'air de haute qualité.

1. Compact : La petite taille du capteur permet de l'installer n'importe où, grand ou petit, ce qui le rend utile dans les dispositifs.
2. Durable : Le capteur PM a une durée de vie prévue de 18 mois.
3. La mesure de la poussière par le principe de la diffusion laser surestime les niveaux de concentration de PM dans des conditions de haute humidité en condensation. La précision des données dans de telles conditions est maintenue par la déshumidification de l'échantillon d'air à l'aide d'une entrée chauffée. 
4. Elle réduit l'humidité relative de l'échantillon d'air de 30 à 40 %, éliminant son interférence dans la mesure des particules.
5. Les capteurs PM fonctionnent sur des principes de diffusion basés sur le laser et des algorithmes avancés. 

• Le PM10 est un mélange complexe de solides et d'aérosols de très petite taille qui peuvent facilement passer par le nez et la gorge et pénétrer dans les poumons.
• Les particules sont émises dans l'atmosphère par les gaz d'échappement des véhicules, les centrales électriques et les processus de combustion tels que la combustion de combustibles fossiles, les déchets, etc. Elles se forment également dans l'atmosphère par diverses réactions chimiques d'autres polluants atmosphériques tels que les NOx et les SOx. 
• Lorsqu'il est inhalé, il irrite les yeux, le nez, la gorge et les voies respiratoires et peut pénétrer dans les tissus, provoquant des maladies graves comme les crises cardiaques, le cancer du poumon, l'œdème, etc., entraînant une mort prématurée. , etc.  
• La surveillance du PM10 est un moyen efficace de détecter des concentrations élevées de particules et de prévenir des expositions à des niveaux élevés.
• La surveillance en temps réel du PM10 aide à déterminer la qualité de l'air et à formuler un plan d'action pour contrôler les niveaux élevés de pollution par les PM.