La concentration des aérosols désigne la quantité de particules liquides ou solides en suspension dans un gaz, exprimée en masse par unité de volume ou en nombre de particules par unité de volume. Sa détermination repose sur plusieurs familles de méthodes : prélèvement d'aérosols sur filtre ou par impaction, mesure gravimétrique, techniques optiques, comptage de particules et spectrométrie. Le présent article expose successivement les principes physiques mis en jeu, les modes d'échantillonnage, les techniques de mesure, les critères de performance instrumentale, le référentiel normatif ISO et EN, ainsi que les paramètres complémentaires à maîtriser lors d'une campagne de mesure. Ces éléments guident le choix d'une méthode adaptée à l'air ambiant, à l'air intérieur ou aux ambiances de travail.
Principle & mechanism
La détermination de la concentration d'un aérosol repose sur deux mécanismes fondamentaux : la séparation des particules de la phase gazeuse, puis la quantification de la masse ou du nombre de particules recueillies. Dans les méthodes gravimétriques, un volume d'air connu est aspiré à travers un filtre ou une tête de prélèvement dimensionnée pour une fraction granulométrique donnée ; la masse recueillie, rapportée au volume prélevé, donne la concentration massique. Les méthodes optiques exploitent la diffusion de la lumière par les particules : un faisceau laser éclaire la zone de mesure et un photodétecteur enregisture l'intensité diffusée, proportionnelle à la taille et au nombre de particules. Les compteurs à condensation de vapeur font grossir les particules ultrafines par saturation en vapeur d'alcool, jusqu'à une taille détectable optiquement. Chaque principe impose des conditions de validité, notamment le débit de prélèvement, la plage granulométrique et la composition chimique attendue de l'aérosol.
Types
d'échantillons et prélèvement d'aérosols
Les échantillons concernés couvrent l'air ambiant extérieur, l'air intérieur des bâtiments, les ambiances professionnelles et les effluents canalisés. Le prélèvement s'effectue au moyen de têtes de sélection dimensionnelle : têtes de PM10 et de PM2,5 pour les fractions inhalables, cyclones ou impacteurs en cascade pour la séparation granulométrique, filtres en fibre de quartz ou en membranes pour la récupération ultérieure. La représentativité de l'échantillon dépend du respect de plusieurs règles opérationnelles : vitesse d'aspiration isocinétique dans les conduits, hauteur et orientation du point de mesure en air ambiant, durée de prélèvement ajustée à la charge attendue du filtre. Les filtres doivent être conditionnés en ambiance contrôlée avant et après prélèvement, puis pesés sur une balance analytique. Pour les mesures en nombre, l'instrument prélève en continu ; l'étanchéité du circuit, la longueur des tubulures et l'absence de sources de contamination interne conditionnent alors la fiabilité du résultat.
Méthodes
gravimétriques et optiques de mesure
La gravimétrie constitue la méthode de référence : le filtre est pesé avant et après échantillonnage, et la différence de masse divisée par le volume d'air total donne la concentration massique. Elle s'applique aux poussières sédimentables, aux fractions PM10 et PM2,5 et à la plupart des aérosols industriels, avec l'avantage de conserver l'échantillon pour des analyses chimiques complémentaires. Sa limite réside dans la durée d'intégration et dans la sensibilité liée à la balance. Les méthodes optiques continues, comme la photométrie par diffusion ou l'absorbance béta, délivrent une mesure en temps réel. Le photomètre néphélométrique convertit le signal diffusé en concentration à partir d'une calibration sur un matériau de référence ; sa réponse dépend toutefois de la granulométrie et de l'indice de réfraction des particules. Les analyseurs à atténuation béta croisent une mesure de masse déposée sur bande filtrante avec un signal radioactif de référence, ce qui réduit l'influence de la nature du dépôt. Le choix entre intégration et temps réel dépend de l'objectif : valeur moyenne réglementaire ou suivi des variations.
Méthodes
par comptage de particules et spectrométrie
Le comptage optique de particules mesure individuellement chaque particule traversant une cellule laser ; les impulsions lumineuses diffusées sont classées par taille, ce qui donne une distribution granulométrique en nombre. Le compteur à condensation étend la détection aux particules ultrafines, inférieures au seuil des compteurs optiques classiques. La spectrométrie de mobilité électrique sépare les particules chargées selon leur mobilité dans un champ électrique ; couplée à un compteur à condensation, elle caractérise les aérosols nanométriques. La microscopie électronique à balayage sur filtre permet, en laboratoire, de confirmer la morphologie et la composition élémentaire des particules par microanalyse. Enfin, la spectrométrie de masse en temps réel ionise directement l'aérosol pour accéder à sa composition chimique. Ces techniques répondent à des besoins distincts : contrôle d'empoussièrement de salles propres, caractérisation d'aérosols ultrafins ou investigation de la nature des particules prélevées.
Performance
: sensibilité, linéarité, répétabilité
L'évaluation d'une méthode de mesure d'aérosols s'appuie sur plusieurs indicateurs. La sensibilité correspond à la plus faible concentration détectable ; elle dépend du bruit de fond du détecteur, de la masse de blanks de filtre et du volume prélevé. La linéarité vérifie que la réponse reste proportionnelle à la concentration sur la plage d'usage ; elle se contrôle par des aérosols de calibration d'aérosol monodispersés ou polydispersés de référence. La répétabilité traduit la dispersion des mesures dans des conditions identiques ; elle s'exprime par l'écart-type relatif entre prélèvements simultanés. La justesse se vérifie par comparaison à la méthode gravimétrique de référence lors d'essais croisés en parallelèle. La dérive instrumentale, la reproductibilité inter-laboratoires et l'incertitude élargie complètent le bilan. Avant toute campagne, l'utilisateur doit exiger un certificat d'étalonnage, vérifier le débit au moyen d'un débitmètre étalon et effectuer des mesures de blanc. Ces précautions conditionnent la comparabilité des résultats dans le temps et entre sites.
Normes
ISO, EN et sélection instrumentale
Le référentiel normatif structure la mesure des aérosols. La série ISO 7708 définit les conventions de sélection granulométrique des fractions inhalables, thoracique et alvéolaire. La norme EN 12341 fixe la méthode gravimétrique de référence pour la determination des PM10 et PM2,5 dans l'air ambiant. Les normes EN 481 et EN 482 encadrent les exigences applicables aux appareils de mesure d'agents chimiques en milieu de travail. ISO 21501-4 spécifie l'étalonnage des compteurs de particules par diffusion de lumière, notamment pour les salles propres. La sélection instrumentale découle de la convergence entre l'objectif réglementaire, la fraction à mesurer, la plage de concentration attendue et la contrainte de terrain : gravimétrie pour une valeur moyenne opposable, photométre pour une surveillance continue, compteur de particules pour un contrôle en nombre, spectromètre de mobilité pour les aérosols ultrafins. Le budget, la maintenance et la disponibilité d'un étalonnage périodique doivent aussi être intégrés à la decision d'acquisition.
Applications
et paramètres complémentaires
Les applications couvrent la surveillance de la qualité de l'air, l'évaluation de l'exposition professionnelle, la qualification de salles propres et le contrôle d'émissions de sources fixes. Selon le contexte, la concentration en masse ne suffit pas : l'interprétation s'enrichit de paramètres complémentaires. La distribution granulométrique renseigne sur la pénétration respiratoire des particules. La composition chimique du dépôt — métaux, ions, carbone suie, composés organiques — oriente la recherche de sources et l'évaluation toxicologique. Les conditions météorologiques (température, humidité relative, vent) et les paramètres de ventilation du site doivent être consignés, car ils influencent la formation, la coagulation et la volatilisation de l'aérosol. L'humidité élevée provoque une croissance hygroscopique des particules, qui biaise les mesures optiques ; un sécheur ou une correction appropriée s'impose. La traçabilité des résultats exige la consignation du débit, de la durée, de la localisation et des incidents de prélèvement dans le rapport final.
FAQ
Quels
types d'échantillons et d'aérosols peuvent faire l'objet d'une détermination de concentration ?
La mesure s'applique à l'air ambiant, à l'air intérieur, aux ambiances de travail et aux effluents canalisés. Les fractions granulométriques courantes sont les poussières totales, les PM10, les PM2,5 et les fractions alvéolaires. Les aérosols ultrafins et nanométriques sont accessibles par comptage à condensation et spectrométrie de mobilité électrique.
Que contient le rapport de mesure de la concentration des aérosols et à quoi sert-il ?
Le rapport indique la concentration massique ou numérique, la fraction mesurée, le volume ou débit de prélèvement, les conditions de température et d'humidité, la méthode et la référence normative appliquées, ainsi que l'incertitude de mesure. Il sert à démontrer la conformité à une valeur limite d'exposition ou de qualité de l'air, et à documenter une évaluation de risque.
Comment
préparer une demande de mesure et quels points communiquer au laboratoire ?
Il convient de préciser l'objectif réglementaire ou sanitaire, la fraction granulométrique visée, la plage de concentration attendue, le type de site et les contraintes d'accès. La durée de prélèvement, le nombre de points de mesure et le besoin d'analyses chimiques complémentaires sur filtre doivent être discutés avant la campagne.