Comportement thermique et hygroscopique du NaCl recouvert de

Les deux composés étudiés séparément présentent donc des caractères hygroscopiques bien différents. Cela est très important pour pouvoir mesurer l'impact du recouvrement de la paraffine sur un noyau de NaCl très hydrophile. Nous avons mesuré le changement de taille induit par la recondensation des vapeurs de paraffine sur les noyaux de NaCl. Les noyaux de NaCl sélectionnés en taille par le premier DMA à 100nm puis 50nm ont été mesurés après la recondensation de paraffine par le SMPS à 125nm et 75nm, respectivement. On remarque ainsi que selon la taille du noyau, l'épaisseur du coating puisse varier (entre 20 et 30nm selon la taille initiale des particules de NaCl). Cela semble logique puisque nous avons déjà dit que les grosses particules ont tendance à grossir plus vite que les petites particules car elles offrent une plus grande surface de condensation et des tensions de surfaces plus faibles. La variation en diamètre pour ces particules de 100nm et 50nm est donc d'environ 25% et 50%, respectivement. Le recouvrement devrait

donc être plus efficace pour les particules de 50nm. Or, la croissance hygroscopique des particules en mélange interne dépend à la fois des fractions respectives des différents composés et des propriétés hygroscopiques respectives de ces composés. Nous avons vu que les propriétés hygroscopiques des différents composés (NaCl et paraffine) étaient différentes, il reste à savoir si le recouvrement des particules d'aérosol est assez efficace pour « masquer » les propriétés hygroscopiques du noyau de sel.

Afin de pouvoir suivre l'évolution des mêmes populations d'aérosol, il convient de prendre en compte l'épaisseur de ce recouvrement. C'est pourquoi une fois le recouvrement réalisé, nous avons changé le diamètre initial sélectionné dans le premier DMA du VHTDMA. En effet, les particules sélectionnées à 100nm et 50nm dans le banc de génération ont vu leur taille grandir suite à la recondensation des vapeurs de paraffine (entre 20 et 30nm). Le VHTDMA a donc mesuré les propriétés thermiques et hygroscopiques des particules de 130nm (100 + 30) et 70nm (50+20), respectivement.

Le Tableau 5 présente les résultats des mesures en volatilité pour des particules de NaCl recouvertes de paraffine. En mode VTDMA (Four du VTDMA à 230°C), on évapore la couche superficielle constituée de paraffine. On observe que la taille des particules après la volatilisation (52nm et 98nm) est celle des noyaux d’origine, ce qui nous montre qu’il ne reste plus que les noyaux réfractaires de NaCl. Cela prouve que le recouvrement de paraffine a été évaporé efficacement, et qu’il n’y a pas de re-condensation de la paraffine après la sortie du four. Ces résultats confirment ceux fournis par le SMPS, à savoir la présence d’un recouvrement d’une épaisseur variable selon le diamètre initial des particules de NaCl (≈18nm pour les particules de 70nm et ≈32nm pour les particules de 130 nm).

D0=70nm GF à D0=70nm D0=130nm ^{GF à}

D0=130nm Volatilisation

à ≈230°C ^{≈52nm ≈0.74 ≈98nm ≈0.75}

Tableau 5 : Résultats des mesures en volatilité sur des noyaux de NaCl recouverts de paraffine.

NaCl hydrophile et de retirer cette paraffine par évaporation. Cela nous permet de valider le système de thermo-désorption utilisé dans le VHTDMA et de confirmer les résultats de Villani et al. (2008). Nous allons pouvoir maintenant observer le comportement hygroscopique de ces aérosols.

Le Tableau 6 présente les résultats des mesures en hygroscopicité pour des noyaux de NaCl recouverts de paraffine à D0=70nm et 130nm, respectivement. Nous pouvons observer que la condensation de vapeur de paraffine à la surface des noyaux de NaCl a un impact sur le caractère hygroscopique des particules. En effet, les modes mesurés sont de l’ordre d’environ 125 et 244nm. Les facteurs de grossissement de ces particules (≈ 1.79 pour les particules de diamètre initial 70nm et ≈ 1.85 pour les particules de diamètre initial 130nm) sont inférieurs aux valeurs théoriques observées pour des molécules de NaCl pur (2.3 et 2.35 pour des diamètres initiaux de 70nm et 130nm, respectivement, et à 90% d'humidité relative).

D0=70nm _D0=70nm ^{GF à} D0=130nm _D0=130nm ^{GF à} Humidification

à ≈90% RH ^{≈125±2nm ≈1.79±0.03 ≈244±3nm ≈1.85±0.02}

Tableau 6 : Résultats des mesures en hygroscopicité sur des noyaux de NaCl recouverts de paraffine.

Dans le cas de notre système, le recouvrement par condensation devait permettre de recouvrir de manière efficace la particule originale de NaCl car avec une telle épaisseur (entre 20 et 30nm), nous nous attendions à un recouvrement total. Cependant, bien que le recouvrement semble plus efficace sur les particules de 50nm (taux volumique de paraffine plus important), ce dernier ne semble pas suffisant pour recouvrir de manière homogène toute la surface du noyau de NaCl. Si cela était le cas, le facteur de grossissement serait plus petit et tendrait vers 1, soit l’hygroscopicité de la paraffine pure. Les valeurs élevées (1.79 et 1.85) mesurées nous indiquent que la paraffine a un impact sur l'hygroscopicité du NaCl car on ne retrouve pas les valeurs classiques du NaCl pur (GF=2.3 et 2.35, respectivement) mais le recouvrement n’est pas complet car le caractère très hygroscopique du noyau de NaCl est encore visible. Cela peut venir du fait que les noyaux de NaCl générés lors de la nébulisation ne possèdent pas une forme sphérique sur

laquelle la paraffine peut se répartir de manière homogène mais plutôt une forme cubique. Il est probable que la paraffine se condense sur les faces des cristaux de NaCl, laissant les arêtes et les coins plus libres, permettant ainsi au caractère hygroscopique du noyau de NaCl d'apparaître.

Ces résultats sont confirmés par l’utilisation de la loi ZSR (Zdanovskii–Stokes– Robinson) que nous avons décrite dans le paragraphe 1.4 et qui, rappelons le, permet de calculer le facteur de grossissement théorique d’une particule composée de matériaux différents en fonction de leurs fractions volumiques et de leurs facteurs de grossissement respectifs. En appliquant la formule GF_global =3 (ε_aGF_a³ +ε_bGF_b³)à l’aide des résultats obtenus, nous obtenons des facteurs de grossissement théoriques de 1.80 pour des particules de NaCl de 52nm de diamètre recouvertes d’un coating de paraffine de 17nm à une humidité d’environ 90% et de 1.83 pour des particules de NaCl de 98nm de diamètre recouvertes d’un coating de 32nm d’épaisseur, toujours à 90% d’humidité, d’humidité, ce qui est très proche des valeurs mesurées de 1.79 et 1.88 pour 70 nm et 130 nm, respectivement.

3.1.2.4. Comportement hygroscopique du noyau réfractaire de NaCl