Méthode de prélèvement et de stockage des échantillons de l’aérosol

La stratégie mise en place consiste à collecter les particules d’aérosols suivant différentes tailles à l’aide d’impacteurs et de déterminer leur composition chimique, par classe de taille, mais aussi à mesurer certaines de leurs propriétés biologiques.

Le principe d’un impacteur repose sur une succession d’étages d’impaction définis chacun par un diamètre entraînant la séparation granulométrique des particules (Figure II.10). Perpendiculairement, à chaque étage, se trouve une surface plane sur laquelle les particules qui possèdent une inertie suffisante pour se dégager du flux d’air, vont s’impacter.

Figure II. 10:Schéma de principe d’un impacteur

Les autres, plus fines sont entraînées par le filet d’air qui contourne l’obstacle et parviennent jusqu’à l’étage suivant. Le seuil des plateaux est fonction du débit de l’air de la pompe (Quisefit et Gaudichet, 1998 ; Person et Tymen, 2005). Trois impacteurs équipés de 3 types de filtre (quartz, téflon, nuclepore) sont utilisés en parallèle pour permettre les différents types d’analyses ultérieures : notons qu’il s’agit de modèles d’impacteurs différents (Figure II.11). Le débit de pompage du flux dérivé diffère d’un impacteur à l’autre (DGI rouge 65 L/minute, DGI bleu 20 L/min et le mini dekati 29,1 L/min).

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Les porte-filtres utilisés sont généralement constitués de grilles de support en inox, de bagues porte filtre en PVC à joint, et de corps coniques en inox.

Ces porte-filtres utilisés ont la capacité de faire répartir la matière prélevée sur toute la surface exposée du filtre, ce qui entraîne une répartition homogène du dépôt d’aérosols facilitant la découpe de portions de filtre pour les différentes analyses. Les tuyaux de connexion internes des systèmes sont confectionnés en tuyaux Nalgène téflonnés ce qui permet de minimiser et d’éliminer de possibles contaminations.

Avant chaque échantillonnage, on effectue les chargements des systèmes sur sites avec le plus grand soin possible. Les déchargements sont effectués directement juste après échantillonage.

Figure II. 11: Station de prélèvement avec les trois impacteurs en parallèle

Le port de gants en vinyle, la rapidité d’exécution, l’utilisation systématique de pinces et de plans de travail protégés de feuilles d’aluminium neuves, font parties de quelques précautions importantes, prises lors de ces étapes, afin de minimiser les contaminations. Lors du déchargement, on place les filtres exposés et les blancs de terrain individuellement dans des boites de Pétri. Afin de prévenir des réactions chimiques et photochimiques, ces boites de pétri sont ensuite emballées individuellement dans une feuille d’aluminium puis stockées au

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réfrigérateur jusqu’à leur analyse. Notons enfin que les blancs sont des filtres ayant suivi le même traitement que les filtres exposés, mais avec un temps d’exposition nul.

Des campagnes de mesures intensives ont été réalisées sur chacun des sites, durant lesquelles, différents types de filtres sont utilisés en couplage, et en fonction de l’analyse et des mesures effectuées. Typiquement, pour permettre une caractérisation complète et fiable de la composition chimique des particules et de leur impact, trois prélèvements réalisés en parallèle ont été nécessaires avec trois impacteurs différents: une ligne de prélèvement est dédiée à l’analyse de la fraction carbonée, une deuxième ligne est dédiée aux mesures gravimétriques et à l’analyse des ions solubles, et les éléments traces, et une troisième à l’étude toxicologique (Figure II.12). Le premier s’effectue sur les filtres en quartz de type QMA, Whatman, (efficacité de collecte >99,999% pour les particules ultrafines). Ils représentent le meilleur compromis possible pour nos objectifs, destinés aux analyses des différentes fractions de l’aérosol carboné (carbone suie : EC, carbone organique : OC, et carbone organique hydrosoluble : WSOC). Afin réduire les teneurs en carbone sur le filtre vierge, les filtres de diamètre 47mm et 70mm sont brûlés pendant 48h à 480°C avant échantillonnage. Le second impacteur est dédié aux pesées de masse, aux analyses d’ions et aux métaux. Il est monté avec des filtres téflons ou polycarbonates qui ont des propriétés permettant de minimiser des artefacts pouvant être occasionnés lors des analyses des ions. Le troisième impacteur équipé de filtres Nuclépore est dédié aux études toxicologiques. Celles-ci seront à posteriori, effectuées in vitro sur des cellules épithéliales humaines avec mise en contact avec ces particules collectées sur des filtres de diamètres 47 et 70 mm en polycarbonate (Nuclepore, Whatman). Ce type de filtre de nature hydrophobe minimise les artefacts positifs liés à l’adsorption de gaz. De plus ils permettent un très bon détachement des particules lors de la sonication qui est nécessaire pour constituer les suspensions particulaires à appliquer sur les cellules.

La seule difficulté de collecte réside au niveau du choix des faces à exposer : il convient d’exposer la face brillante. Les filtres nuclepores sont pesés avant et après échantillonnage, puis conservés individuellement dans des boites de pétri.

Le collecteur de particules qui a été retenu pour nos expériences est un collecteur de particules DGI-1570 (Dekati Gravimetric Impactor), simple d’utilisation et permettant l’obtention d’un filtre homogène.

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Figure II. 12:Dispositif pour la collecte d’aérosols atmosphériques avec discrimination en taille et en

composition chimique.

On a utilisé 2 différents DGI reposant sur le même principe.

 Le DGI (Bleu) a 4 étages d’impaction avec des filtres de 47 mm de diamètre plus un

filtre absolu de 70 mm de diamètre. Sur les différents étages de cet impacteur sont posés les filtres nuclépores destinés à l’étude toxicologique. Ce modèle collecte les particules suivant 5 fractions de taille, soit 2,5 µm ; 1 µm; 0,5 µm; 0,2 µm; < 0,2 µm;

 Le DGI (Rouge) a 3 étages d’impaction avec des filtres de  : 47 mm plus un filtre

absolu de  : 70 mm). Dans nos expériences, cet impacteur a été monté avec des filtres en quartz. Les 4 fractions de taille collectées ici sont : 2,5µm ; 1 µm ; 0,2 µm et < 0,2 µm (Figure II.13) ;

 Le 3ème _{impacteur utilisé est le mini Dekati PM-2,5/PM-1/PM-0,1. C’est un impacteur}

à 3 ou 4 étages pour étudier l’aérosol suivant 3 ou 4 fractions de tailles différentes

suivant la configuration choisie (Figure II.15). Le premier étage PM2,5 collecte les

particules supérieures à 2,5 μm, l’étage PM1 collecte les particules plus petites que 2,5

μm mais plus grosses que 1 μm, et l’étage PM0,1 collecte les particules entre 0,1 µm et

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 Enfin, un étage dit de filtration permet de collecter toute la fraction de particules

inférieures à 1 μm (figure II.14).

Figure II. 14:Photographie de l’impacteur manuel Dekati à 3étages et son principe de collecte des

particules. Modèle : Impacteur PM-10 / PM-2.5 / PM-1 ou PM-2.5 / PM-1 / PM-0.1 Fabricant : DEKATI.

Figure II. 13: Photographies d’un collecteur de particules: impacteur DGI (à gauche), et de

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