Nanométrologie - Définition

Caractérisation des aérosols de NP

Aucun matériel ne permet de mesurer conjointement tous les paramètres importants, mais des déductions sont possibles, et des couples de mesures peuvent être obtenues par différents moyens, tous encore à améliorer, notamment pour des mesures en continu et en temps réel ;

la mesure de la masse et de la distribution granulométrique

• la mesure en laboratoire d'échantillons de chaque étage d'un filtre est possible, mais prend du temps.
• Des impacteurs en cascade (de type Berner ou à micro-orifices) permettent une analyse gravimétrique des étages plus fins que 100 nm lors d’évaluation individuelle.
• le TEOM (microbalance à élément oscillant précédée d’un sélecteur granulométrique) mesure la concentration massique d'un nanoaérosol.
• L'ELPI (Electrical Low Pressure Impactor ou impacteur électrique à basse pression) détecte différentiellement les particules selon leur taille, en temps réel, pour la concentration active en surface avec distribution granulométrique de l’aérosol. Si la charge et la masse volumique des particules sont connues ou modélisées, la concentration massique peut être déduite.
• le SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer ou Spectromètre de mobilité électrique) détecte les NP selon leur taille et permet une distribution granulométrique de l’aérosol en temps réel de la concentration en nombre. Si l'on connait la forme et de la densité des NP, on peut déduire la concentration estimée en masse.

Mesure du nombre et de la distribution granulométrique des NP

• le CNC (compteur de noyaux de condensation) a été adapté, via un sélecteur granulométrique, aux domaines nanométriques. Il mesure la concentration en nombre de particules et en temps réel à l’intérieur des limites de détection du diamètre des particules. Un modèle (P-Trak) inclut une présélection avec une limite supérieure de 1000 nm.
• le SMPS détecte la concentration en nombre, en temps réel et selon le diamètre de mobilité (lié à la taille)
• Microscopie électronique. Elle reste une source d’information (en mesure différée) sur la distribution granulométrique et sur la concentration en nombre des particules constituantes de l’aérosol.
• l'ELPI donne en temps réel en fonction de la taille et de la concentration active en surface, une distribution granulométrique de l’aérosol. Si on connaît la charge et la masse volumique des particules, le nombre de particules peut être estimé. Les échantillons peuvent en outre être analysés au laboratoire.

Mesure de la surface spécifique et de la distribution granulométrique

• Des Chargeurs par diffusion (améliorés par un pré-séparateur adapté aux NP) mesurent en temps réel la surface active de l’aérosol
• L’ELPI détecte en temps réel le diamètre aérodynamique, fonction de la taille et de la concentration active en surface.
• Le microscope électronique (dont à transmission) peut offrir des données sur la surface des particules par rapport à leur taille, intéressantes pour certaines formes de particules.
• Le SMPS offre en temps réel des données sur le diamètre de mobilité et la taille, permettant d'évaluer la concentration en nombre, voire à certaines conditions la surface spécifique.
• Le branchement en parallèle d'un SMPS et d'un ELPI permet via la mesure de différences de diamètre aérodynamiques et de mobilité, de déduire la dimension fractale des particules, puis d’estimer leur surface.

Prospective, perspectives

Des mesures via des biointégrateurs ou par divers procédés biotechnologiques sont théoriquement possibles, mais non mises au point et permettant difficilement à ce jour une mesure en continu et en temps réel.