Surveillance des particules - PM2.5

PM désigne les particules en suspension (également connues 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 visibles à l'œil nu. Aux fins de réglementation de la qualité de l'air, ces particules atmosphériques sont définies par leur diamètre.

PM2.5, ou particules en suspension ayant un diamètre de 2,5 microns, est collectivement connu sous le nom de (PM2.5) Matières Particulaires Respiratoires Suspendues (MPRS). Il est considéré comme un polluant de l'air critique et est réglementé par des organismes gouvernementaux dans le monde entier. Ces particules fines sont plus de 100 fois plus fines qu'un cheveu humain (trop petites pour être détectées par l'œil humain). Elles peuvent facilement pénétrer profondément dans les poumons et même entrer dans la circulation sanguine. Les particules PM2.5 sont l'un des six polluants atmosphériques réglementaires pour lesquels il existe des normes nationales de qualité de l'air afin de limiter leurs niveaux dans l'air extérieur.

PM2.5 dans l'atmosphère se compose de composés organiques toxiques et aussi de métaux lourds libérés par diverses sources. Une fois libérées, elles restent dans l'air pendant longtemps, c'est-à-dire des jours ou des semaines, et peuvent parcourir des centaines de kilomètres. 

À première vue, les particules en suspension peuvent sembler assez simples à comprendre. Ce n'est que de la poussière et des petites particules flottant dans l'air, n'est-ce pas ? Pas besoin de déterrer ces vieux livres de chimie de lycée pour ça ! Mais la réalité est que les particules en suspension sont beaucoup plus complexes qu'elles n'apparaissent. Leurs impacts environnementaux et sanitaires sont significatifs, et c'est quelque chose auquel nous devrions tous prêter plus attention. 

Alors, qu'est-ce que c'est exactement les particules en suspension (PM2.5) ? D'où viennent-elles ? Cet article couvre des informations sur le PM2.5, ses sources dans l'air ambiant, les niveaux permis, l'impact sur la santé et l'environnement, les mesures correctives possibles, la nécessité de moniteurs PM2.5 et les différentes méthodes de surveillance du PM2.5.

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

La matière particulaire PM2.5 est soit émise directement d'une source (PM primaire), soit formée 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 matière particulaire PM2.5 sont les aérosols marins, l'érosion des sols, les éruptions volcaniques et les incendies de forêt. 

Les sources anthropiques de PM2.5 incluent :

• La combustion de combustibles fossiles tels que l'essence, le pétrole, le diesel, le charbon ou le bois, etc. 
• Les processus agricoles
• La cuisson et la fumée de cigarette. 
• Les émissions des gaz d'échappement des véhicules à moteur, spécifiquement ceux alimentés au diesel.
• Les émissions des centrales électriques et des processus de combustion industriels.

Les concentrations de seuil décrivant la qualité de l'air en fonction des concentrations de PM2,5 pour différents pays sont données ci-dessous. En Inde, les niveaux moyens quotidiens de PM2,5 allant jusqu'à 60 μg/m3 sont considérés comme satisfaisants. Les lignes directrices actualisées sur la qualité de l'air par l'Organisation mondiale de la santé (2021) recommandent une moyenne sur 24 heures de 15 μg/m3.

Tableau : Seuils de PM2,5 (μg/m3)

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

Impact sur la santé :

Les particules en suspension sont constituées de solides ou de gouttelettes liquides microscopiques suffisamment petits pour être inhalés et provoquer de sérieux problèmes de santé. Certaines particules de moins de 10 micromètres de diamètre peuvent pénétrer profondément dans vos poumons et même entrer dans votre circulation sanguine. Les particules ayant un diamètre inférieur à 2,5 micromètres, souvent appelées particules fines, représentent le plus grand danger pour la santé. 

Les expositions à court terme au PM2.5 (jusqu'à 24 heures) ont été liées à des décès prématurés, à une augmentation des admissions à l'hôpital pour des maladies cardiaques ou pulmonaires, à des bronchites aiguës et chroniques, à des crises d'asthme, à des visites aux urgences, à des symptômes respiratoires et à des jours d'activité restreinte. Ces impacts négatifs sur la santé ont été principalement observés chez les nouveau-nés, les enfants et les personnes âgées ayant des troubles cardiaques ou pulmonaires sous-jacents. 

Une exposition à la pollution par le PM2.5 sur une longue période (c'est-à-dire des mois ou des années) peut provoquer des problèmes respiratoires permanents tels que l'asthme, la bronchite chronique et les maladies cardiaques et entraîner une croissance réduite de la fonction pulmonaire chez les enfants. Elle peut également entraîner des décès prématurés, en particulier pour les personnes souffrant de maladies pulmonaires ou cardiaques chroniques. 

Impact environnemental :

Les particules en suspension ont été trouvées dans de nombreuses études scientifiques pour réduire la visibilité tout en ayant également un impact négatif sur le climat, les écosystèmes et les matériaux. Le PM, principalement le PM2.5, affecte la visibilité en altérant la manière dont la lumière est absorbée et diffusée dans l'atmosphère. 

Concernant le changement climatique, certains composants 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, le nitrate et le sulfate), ce qui fait que le PM ambiant a à la fois des capacités de réchauffement et de refroidissement. 

De plus, le dépôt de particules transportées par l'air sur les plantes, le sol et les écosystèmes aquatiques a des effets néfastes 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 du PM2.5 pour identifier les zones avec des niveaux de particules élevés. Vous pouvez utiliser des alertes sur la qualité de l'air pour vous protéger et protéger les autres lorsque le PM atteint des niveaux dangereux. En plus de cela, les mesures correctives suivantes peuvent être prises : 

• Regardez les relevés de l'AQI local.
• Limitez les activités de plein air et fermez les fenêtres et les évents pendant les périodes de forte pollution de l'air.
• Sautez l'exercice matinal si l'AQI dépasse sa limite.
• Portez un masque anti-pollution.
• Éliminez l'utilisation de la cheminée, du poêle à bois, de l'équipement de jardin ou de pelouse à essence.  
• Investissez dans un système de surveillance de la qualité de l'air.
• Mangez nutritif : Manger une pomme ne combattra pas la pollution, mais des aliments riches en antioxydants comme les baies, les noix, les légumes verts et les huiles de poisson peuvent aider à lutter contre le stress oxydatif causé par l'inhalation de PM2.5, réduisant son impact sur nos corps.
• Évitez les zones avec congestion de circulation, 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. 

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

Méthode Gravimétrique à haut volume - Les moniteurs de PM2.5 basés sur le principe gravimétrique prennent l'air ambiant pendant 24 heures à un débit constant à travers une entrée sélective par taille qui ne permet le passage que des particules ayant un diamètre aérodynamique de 2,5µm ou moins. 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 à nouveau conditionné sous les mêmes conditions température-humidité et re-pesé. 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 PM2.5. 

Microbalance à Élément Tapered Oscillant (TEOM) - C'est un système propriétaire pour la surveillance des particules. Le moniteur de PM2.5 basé sur TEOM détermine la concentration de PM2.5 en pesant en continu les particules déposées sur le filtre fixé à un élément creux en forme de cône qui oscille dans un champ électrique appliqué. La fréquence d'oscillation diminue avec l'accumulation de particules sur les filtres. Les régulateurs de débit massique thermique contrôlent et mesurent constamment le débit du moniteur de PM2.5, qui, avec la concentration massique, la température et d'autres facteurs, est utilisé pour calculer en continu les concentrations de PM2.5.

Moniteur d'Atténuation Beta (BAM) - La surveillance de PM2.5 basée sur le principe BAM mesure la densité de masse des particules à l'aide de l'atténuation des radiations beta. Les particules dans l'air ambiant aspirées dans le moniteur de PM2.5 sont déposées sur un filtre à bande 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 nombre beta diminue avec une augmentation de la masse de PM2.5, ce qui est enregistré par le détecteur et converti en concentration.

Diffusion Laser - Le moniteur de PM2.5, 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 éclairées par la 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 en proportion de la taille de la particule. Les comptes dans le canal correspondant à PM2.5 sont convertis en une concentration de PM2.5.

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

Chez Oizom, nous proposons divers capteurs de particules (PM), y compris PM1, PM2.5, PM10 et PM100, conçus pour surveiller avec précision la qualité de l'air à travers différentes tailles de particules.

Notre module de capteur de particules 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 matière particulaire atmosphérique. L'électronique de support avancée du capteur garantit compacité et fiabilité, ce qui en fait une solution robuste pour une surveillance continue de la qualité de l'air.

Ces capteurs fonctionnent grâce à 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 de haute performance et de lasers avancés assure 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 sont utilisés dans nos systèmes de surveillance de la qualité de l'air extérieur, tels que Polludrone, Pollusense et AQBot. De plus, ces modules sont un élément clé de notre moniteur spécialisé de poussière ambiante Dustroid. Ces capteurs polyvalents sont utilisés dans une variété d'applications, y compris la surveillance nationale de la qualité de l'air, les évaluations de l'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 capteur PM d'Oizom soutiennent un large éventail de besoins en surveillance environnementale, garantissant des données de qualité de l'air précises et fiables pour diverses applications.

Nos capteurs de surveillance des particules sont calibrés avec des stations de référence, abritant un moniteur d'atténuation beta, BAM-1020, 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 : Nos capteurs sont petits et faciles à installer, parfaits pour une utilisation dans n'importe quel espace, les rendant idéaux pour le suivi de la qualité de l'air portable. Les capteurs PM2.5 sont pré-calibrés et peuvent être rapidement remplacés en quelques minutes en retirant et en remplaçant l'ancien capteur par un nouveau.
2. Durable : Le capteur PM a une durée de vie prévue de 18 mois.
3. La mesure de la poussière par le principe de diffusion laser surestime les niveaux de concentration de PM dans des conditions de condensation à forte humidité. L'exactitude des données dans de telles conditions est maintenue par déshumidification de l'échantillon d'air à l'aide d'une entrée chauffée. 
4. Il 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 PM2.5 est un mélange complexe de solides microscopiques et d'aérosols qui peuvent facilement passer par le nez et la gorge, pénétrer profondément dans les poumons et entrer dans la circulation sanguine, atteignant d'autres organes du corps. 
• Les particules fines 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, de déchets, etc. Elles se forment également dans l'atmosphère par diverses réactions chimiques d'autres polluants de l'air tels que les NOx et les SOx. 
• Lorsqu'elles sont inhalées, elles irritent les yeux, le nez, la gorge et les voies respiratoires et peuvent pénétrer dans les tissus, causant des maladies graves comme les crises cardiaques, le cancer du poumon, l'œdème, etc., menant à une mort prématurée. 
• La surveillance du PM2.5 est un moyen efficace de détecter des concentrations élevées de particules et de prévenir les expositions à des niveaux élevés.
• La surveillance en temps réel des particules dans l'air 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.