Présentation
Auteur(s)
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André RENOUX : Professeur des universités - Laboratoire de physique des aérosols et de transfert des contaminations (Lpatc) - Université Paris-XII-Faculté des sciences et technologie
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Denis BOULAUD : Directeur de recherches à l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) - Professeur à l’Institut national des sciences et techniques nucléaires
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans cette seconde partie, nous traitons d’abord de la coagulation des aérosols qui, lorsque leur nombre est suffisant, agit sur leur concentration et leur granulométrie. Puis nous étudions leurs propriétés électriques, mises en application dans les sélecteurs électrostatiques permettant d’obtenir leur granulométrie. Nous abordons ensuite leurs propriétés optiques qui, pour les particules de dimensions supérieures à 0,1 µm, permettent, également (compteurs optiques de particules), d’accéder à leur répartition dimensionnelle. L’adhérence et le réentraînement des particules font l’objet d’une étude particulière. C’est, en effet, un domaine qui voit se développer un certain nombre de recherches appliquées (usines de retraitement des combustibles nucléaires, bioaérosols dans les habitations, les environnements industriels et hospitaliers, nettoyage des gaines de ventilation). Nous terminons enfin cet aperçu des propriétés physiques des aérosols par l’étude de la condensation et de l’évaporation des aérosols liquides, dont les résultats sont mis en application dans les compteurs de noyaux de condensation qui permettent de détecter jusqu’aux nanoparticules.
Le lecteur se reportera à l’article [AF 3 612] : Physique des aérosols. Partie 1 pour l’étude des propriétés mécaniques des aérosols.
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6. Condensation/évaporation des aérosols liquides
Dans la nature, le processus le plus important de formation des aérosols est la condensation de la vapeur sous forme de très petites particules liquides. Le processus opposé de la condensation est l’évaporation. C’est, par exemple, lui qui permet la production de noyaux, tels les noyaux de NaCl dans l’atmosphère, provenant de gouttelettes qui se sont évaporées. En métrologie des aérosols, il faut tenir compte de ces phénomènes qui peuvent fausser les résultats.
Depuis les premières observations de Coulier (1875) et Aitken (1888), on sait que, dans l’air humide, il est impossible d’obtenir la condensation de la vapeur sans la présence de très fines particules. Si l’air reste très pur, seul le taux de sursaturation très élevé permet d’obtenir des gouttes, la présence d’ions permettant d’en obtenir à des saturations plus faibles (C.T.R. Wilson, 1897).
6.1 Quelques définitions
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Nucléation
Dans tous les cas, la formation d’un aérosol liquide nécessite la présence d’une surface :
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lorsque la condensation d’une vapeur s’effectue uniquement sur les « clusters » formés de molécules identiques à celles de la vapeur, on dit qu’il y a nucléation homogène ;
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lorsque la condensation s’effectue sur des noyaux de nature différente, on a une nucléation hétérogène.
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Pression partielle
La pression partielle est la pression que le gaz ou la vapeur aurait s’il occupait la totalité du volume renfermant le mélange qui le contient. La loi de Dalton indique que la somme des pressions partielles de tous les composants est égale à la pression totale du mélange.
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Pression de vapeur saturante
La pression de vapeur saturante est la pression P s nécessaire pour maintenir la vapeur en équilibre de masse avec la vapeur condensée (liquide ou solide) à une température donnée.
Si la pression partielle d’une vapeur est égale à sa pression de vapeur saturante, l’évaporation sur la surface d’un liquide est identique à la condensation sur cette surface.
Pour de la vapeur d’eau, on peut utiliser la formule empirique, valable entre 0 C et 60 C :
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Condensation/évaporation des aérosols liquides
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRICARD (J.) - Physique des aérosols - . 600 p., Rapport CEA R 4831 (1977).
-
(2) - RENOUX (A.), BOULAUD (D.) - Les aérosols ; Physique et métrologie - . 300 p., Lavoisier (1998).
-
(3) - FUCHS (N.A.) - Mechanics of aérosols - . 400 p., Pergamon, Oxford (1964).
-
(4) - PERRIN (M.L.) - Étude de la dynamique d’aérosols fins produits artificiellement. Application à l’atmosphère - . 140 p., Thèse Paris VI. Rapport CEA R 5062 (1980).
-
(5) - BARBE LE BORGNE (M.) - Étude expérimentale et théorique de la coagulation des aérosols liquides - . 220 p., Thèse d’État, Paris XII (Lpatc) (1987).
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(6) - HIDY (G.M.), BROCK (J.R.) - The dynamics of aerocolloïdal systems - . 400 p., Pergamon Press, Oxford (1970).
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