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ND 2228 - 199 - 05 HST INRS - Hygiène et sécurité du travail - Cahiers de notes documentaires - 2 e trimestre 2005 - 199 / 37 Depuis peu, les particules ultra-fines (nanoparticules) sont considérées comme des facteurs de risque potentiel pour la santé au travail et correspondent à de forts enjeux de prévention. S’il est trop tôt, à bien des égards, pour donner des réponses définitives, il est nécessaire de faire un point sur les connaissances et les perspectives pour la recherche. Faisant suite à l’article ND 2227 [1] qui traitait des caractéristiques essentielles des particules ultra- fines, des interactions et des effets potentiels sur la santé, cet article s’attache à décrire : les sources des particules ultra-fines en atmosphère de travail dans le domaine des technologies conventionnelles et des nanotechnologies ; – la problématique de la caractérisation de l’exposition professionnelle en termes de stratégie, d’instrumentation et de méthodes. PARTICULES ULTRA-FINES ET SANTÉ AU TRAVAIL 2 - SOURCES ET CARACTÉRISATION DE L’EXPOSITION h Olivier WITSCHGER, Jean-François FABRIÈS INRS, Département Métrologie des polluants 3 Ultrafine particle 3 Nanoparticle 3 Ultrafine aerosol 3 Nanotechnology 3 Occupational exposure 3 Metrology INTRODUCTION L’article précédent [1] montre que les particules ultra-fines diffèrent des particules « conventionnelles » en de nombreux points, et que la question des effets potentiels sur la santé est d’une grande complexité. Bien qu’il subsiste des zones d’ombres, un certain nombre d’indicateurs signalent que les particules ultra-fines peuvent être incriminées dans diverses pathologies respiratoires, cardiovasculaires ou du système immu- nitaire. Dans la très grande majorité des nombreuses publications traitant de la question des particules ultra-fines, le risque est assimilé au danger omettant ainsi le volet « exposition ». Une bonne connaissance des expositions est un élément essentiel à la mise en place d’actions de prévention pertinentes. Cet article présente l’analyse réalisée sur le volet « exposition » et décrit les sources possibles de particules ultra- fines en atmosphère de travail et les moyens de caractérisation de l’exposition professionnelle. Sur les lieux de travail, les particules ultra-fines peuvent être émises dans l’atmosphère (formant ainsi un aérosol ultra-fin) par différentes sources qui 3 Particule ultra-fine 3 Nanoparticule 3 Aérosol ultra-fin 3 Nanotechnologie 3 Exposition professionnelle 3 Métrologie ULTRAFINE PARTICLES AND OCCUPATIONAL HEALTH 2 - SOURCES AND EXPOSURE CHARACTERISATION Ultrafine particles (nanoparticles) have been considered potential occupational health risk factors only recently and they represent serious prevention issues. Whilst it is too early, in many respects, to provide final solutions, both knowledge and prospects in this field require review, especially in research and study terms. Following on from paper ND 2227 [1], which dealt with the ultrafine particle essential characteristics, interactions and potential health effects, this paper adresses: – the sources of ultrafine aerosol in work place atmospheres in the conventional technology and nanotechnology fields; the occupational ultrafine aerosol exposure characterisation and assessment.

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ND 2228 - 199 - 05HST

INRS - Hygiène et sécurité du travail - Cahiers de notes documentaires - 2e trimestre 2005 - 199 / 37

Depuis peu, les particules ultra-fines (nanoparticules) sont considérées comme des facteurs de risquepotentiel pour la santé au travail et correspondent à de forts enjeux de prévention. S’il est trop tôt, àbien des égards, pour donner des réponses définitives, il est nécessaire de faire un point sur lesconnaissances et les perspectives pour la recherche.Faisant suite à l’article ND 2227 [1] qui traitait des caractéristiques essentielles des particules ultra-fines, des interactions et des effets potentiels sur la santé, cet article s’attache à décrire :– les sources des particules ultra-fines en atmosphère de travail dans le domaine des technologiesconventionnelles et des nanotechnologies ;– la problématique de la caractérisation de l’exposition professionnelle en termes de stratégie,d’instrumentation et de méthodes.

PARTICULES ULTRA-FINES ET SANTÉAU TRAVAIL2 - SOURCES ET CARACTÉRISATION DE L’EXPOSITION

h Olivier WITSCHGER, Jean-François FABRIÈSINRS, Département Métrologie des polluants

3 Ultrafine particle3 Nanoparticle3 Ultrafine aerosol3 Nanotechnology3 Occupational exposure3 Metrology

INTRODUCTION

L’article précédent [1] montre queles particules ultra-fines diffèrent desparticules « conventionnelles » en denombreux points, et que la question deseffets potentiels sur la santé est d’unegrande complexité. Bien qu’il subsistedes zones d’ombres, un certain nombred’indicateurs signalent que les particulesultra-fines peuvent être incriminéesdans diverses pathologies respiratoires,cardiovasculaires ou du système immu-nitaire.

Dans la très grande majorité desnombreuses publications traitant de la

question des particules ultra-fines, lerisque est assimilé au danger omettantainsi le volet « exposition ». Une bonneconnaissance des expositions est unélément essentiel à la mise en placed’actions de prévention pertinentes.

Cet article présente l’analyse réaliséesur le volet « exposition » et décrit lessources possibles de particules ultra-fines en atmosphère de travail et lesmoyens de caractérisation de l’expositionprofessionnelle.

Sur les lieux de travail, les particulesultra-fines peuvent être émises dansl’atmosphère (formant ainsi un aérosolultra-fin) par différentes sources qui

3 Particule ultra-fine3 Nanoparticule3 Aérosol ultra-fin3 Nanotechnologie3 Exposition professionnelle3 Métrologie

ULTRAFINE PARTICLES AND OCCUPATIONAL HEALTH2 - SOURCES AND EXPOSURE CHARACTERISATION

Ultrafine particles (nanoparticles) have beenconsidered potential occupational health riskfactors only recently and they representserious prevention issues. Whilst it is too early,in many respects, to provide final solutions,both knowledge and prospects in this fieldrequire review, especially in research andstudy terms.

Following on from paper ND 2227 [1], whichdealt with the ultrafine particle essentialcharacteristics, interactions and potentialhealth effects, this paper adresses:

– the sources of ultrafine aerosol in workplace atmospheres in the conventionaltechnology and nanotechnology fields;

– the occupational ultrafine aerosol exposurecharacterisation and assessment.

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dépendent du type d’activité et duprocédé mis en jeu. Dans les techno-logies conventionnelles, ce sont princi-palement les procédés « chauds » et lesémissions des moteurs qui conduisent àla formation et à la dispersion d’aérosolsultra-fins [2], même si l’on ne peut pasexclure ceux émis par le biais d’uneaction mécanique. C’est aussi vers lesnouvelles technologies, et notamment ledomaine émergé des nanotechnologies,que la question des risques pour la santéau travail se pose, en particulier avecl’essor des nanomatériaux [3].

Les nanomatériaux sont des maté-riaux composés en tout ou partie denano-objets qui confèrent à ces maté-riaux des propriétés (ou des combinai-sons de propriétés) améliorées ounouvelles. Ces propriétés physiques,chimiques voire biologiques observéesdécoulent spécifiquement de la dimen-sion nanométrique lorsque les effets desurface deviennent non négligeablesdevant les effets de volume [4, 5].

Les nanotechnologies, et plus parti-culièrement les nanomatériaux, sontune réalité dans plusieurs secteursindustriels (chimie, pharmacie, métal-lurgie, bâtiment, cosmétique, auto-mobile, transport...) et leurs productionet utilisation ne feront qu’augmenterdans les années à venir [6]. La problé-matique des risques potentiellementinduits par l'élaboration et l'utilisationde ces nouveaux matériaux aux enjeuxéconomiques considérables mérite uneanalyse approfondie et rigoureuse [7].

La question de la mesure des aéro-sols ultra-fins en atmosphère de travailen vue d’une estimation des expositionsprofessionnelles est récente et l’onrecense encore très peu d’équipes inter-nationales de recherche travaillant surce sujet. La caractérisation des particulesultra-fines nécessite une instrumenta-tion propre et des méthodes qui diffèrentde celles utilisées habituellement enhygiène du travail ou dans le domaineenvironnemental. Elles répondent auxnombreuses spécificités, dont il convientde tenir compte, relatives au diamètre leplus pertinent des particules, à la gammede concentration, à la gamme de tailledes particules, à l’évolution temporelle, àl’accessibilité, à la stratégie et aux autrescaractéristiques physico-chimiques.Certaines de ces spécificités font que lesméthodes qui répondent aux exigencesdes mesures en atmosphères de travailne sont pas adaptées pour des mesuresréalisées dans le cadre d’une probléma-tique environnementale et inversement.

fait que la distribution en taille s’étendsur plusieurs ordres de grandeur, lesparticules ultra-fines dominent entière-ment le mode comptage, contribuentsignificativement au mode surface maisbeaucoup moins au volume (ou de façonidentique à la masse).

À l’intérieur des habitations, lesparticules ultra-fines proviennent pourpartie de l’extérieur via les fuites [13, 14]et pour partie de différentes activitéscomme la cuisine [15, 16]. Mais la sourcela plus génératrice en particules ultra-fines reste la fumée de tabac [17].

LES TECHNOLOGIES CONVENTIONNELLES

Comme pour l’environnement, laprésence des aérosols ultra-fins dansl’atmosphère de travail est associée à lanucléation et à la condensation. On peutciter les procédés chauds comme ceuxemployés lors de d’élaboration et dutraitement des métaux et alliages [18], lamétallisation, le soudage [19, 20, 21, 22],le brasage [23], l’utilisation des lasers quicouvre un domaine de plus en plus vastedans l’industrie [24, 25]… Tous cesprocédés conduisent à l’émission engrand nombre de particules d’oxydesmétalliques ou de métaux caractériséespar une fraction submicronique majori-taire, de grandes surfaces spécifiques etdans beaucoup de cas de faible solubilité[26]. La combustion donne égalementnaissance au travers des réactions denucléation/condensation à des particulesultra-fines en grand nombre [27]. Si lagranulométrie des particules primaires agénéralement un diamètre modal qui estinférieur à 50 nm et qui dépend peu desconditions d’émission, la distributiongranulométrique finale est liée à l’occur-rence ou non de mécanismes tels que lacoagulation [2].

La dégradation thermique de poly-mères ou de plastiques peut égalementconduire à la formation de particulesultra-fines en grand nombre [28]. On peutciter de manière plus anecdotique cetteétude finlandaise, mais qui pourrait aussiconcerner une population française nonnégligeable durant la période hivernale,sur la formation de particules ultra-fineslors d’opération de fartage des skis [29].

Les fumées de moteurs diesel sontun mélange complexe de polluants enphases vapeur et particulaire. Si l’ons’intéresse depuis de nombreuses annéesà ce type d’émissions, ce n’est que très

Actuellement, il n’existe quasiment pasde retours d’expériences et donc peu depublications sur l’application de tech-niques ou de méthodes dans le domainede la santé au travail.

Un des points clés de la mesure desaérosols ultra-fins concerne la métriqueavec laquelle l’exposition doit être carac-térisée pour être pertinente vis-à-vis deseffets sur la santé. Les résultats desétudes épidémiologiques et de toxico-logie présentés dans la première partiesuggèrent que sur les trois métriquesd’exposition - masse, surface et nombredes particules - celle de « surface »semble la plus appropriée. Mais, àl’heure actuelle, il n’existe pas d’instru-mentation ou de méthodes stabiliséespour répondre à cette demande.

SOURCES DE PARTICULESULTRA-FINES ENATMOSPHÈRE DE TRAVAIL

Le mécanisme ubiquitaire de forma-tion des particules ultra-fines dans l’airest issu de la phase gazeuse (conversiongaz-particule). Les particules ultra-finessont une composante de l’aérosol atmo-sphérique. Elles sont donc présentespartout : dans l’atmosphère générale, enzone urbaine, dans l’air intérieur deslocaux d’habitation des lieux de travail.Leur présence dans l’environnement estdue, pour l’essentiel, aux phénomènesde nucléation et de condensation de gazet vapeurs, aux émissions industrielleset aux émissions des moteurs. Leniveau de concentration en particulesultra-fines dans l'atmosphère est del'ordre de 103 à 105 particules/cm3 [8].Les concentrations sont généralementplus importantes à proximité des grandsaxes routiers [9] ou dans les tunnels [10]du fait des émissions des voitures et descamions.

En règle générale, la variabilité del’aérosol atmosphérique (concentrationet granulométrie) dépend des sourcesde pollution régionale, du transportaérien des aérosols et d’autres processusmétéorologiques comme la structurelocale de la couche limite, les radiationssolaires, les précipitations [11].

À titre d’illustration la Figure 1montre la distribution granulométriquecaractéristique de l’aérosol en zoneurbaine [12]. Ce graphe illustre bien le

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récemment que celles-ci commencentà être caractérisées en termes de fractionultra-fine. Une étude menée enAngleterre décrit l’exposition profession-nelle aux fumées produites par leschariots élévateurs dans des dépôts etrévèle la présence de particules ultra-fines en nombre important [30]. Parailleurs, une étude toxicologique in vitroindique le rôle prédominant de lafraction ultra-fine des fumées dieseldans la réponse inflammatoire et l’alté-ration de l’ADN [31].

Dans les technologies convention-nelles, on pense souvent que les procédésmécaniques comme le meulage ou leponçage ne dispersent que des aérosolsde taille micronique par abrasion ouattrition. Une étude récente conduite auNIOSH sur l’opération de meulage àmain révèle que des particules ultra-fines se forment et qu’elles constituentune fraction non négligeable de l’aérosoltotal généré. Ces particules se formentpar combustion ou volatilisation decertains substrats [32].

La métrologie et les méthodesemployées habituellement en hygiène

spéciation) peuvent influencer la bio-disponibilité du béryllium [35].Néanmoins, la connaissance n’est pasencore suffisante pour remplacer demanière certaine la métrique actuelle.

Il faut donc être prudent et ne pascroire que parce qu’une technologie abeaucoup été étudiée dans le passé, ellene peut pas être à l’origine d’une fractionnon négligeable d’aérosols ultra-fins. Lenombre d’employés potentiellementexposés aux aérosols ultra-fins dans lessecteurs industriels conventionnels peutêtre très important. Aitken et coll. [36]estiment qu’en Angleterre environ unmillion d’employés sont potentiellementexposés aux particules ultra-fines via desprocédés tels que le soudage, l’élaborationou le traitement des métaux et alliages.

NANOTECHNOLOGIESET NANOMATÉRIAUX

Les nanotechnologies étudient etdéveloppent les techniques de fabrica-tion, de manipulation et d'utilisationde la matière à une échelle proche decelle des molécules pour produire denouveaux matériaux utilisables dans lemonde réel [37].

En jouant sur la taille et sanschanger la nature de la substance, despropriétés fondamentales considéréescomme constantes pour un matériau(conductivité électrique, couleur, dureté,point de fusion…) peuvent évoluer,donnant naissance à de nouvellesfonctions [38]. Mais les nanotechno-logies sont également intéressantes parla combinaison des nouvelles fonctionsqu’aucun autre moyen ne permetd’apporter aujourd’hui : transparence etabsorption UV, rigidité et faibledensité… [39].

Les nanotechnologies présententdes enjeux économiques considérablespuisqu’ils devraient atteindre1 000 milliards d’euros par an avant2015 avec des applications commercia-lisées qui vont des marchés grand publicaux domaines de la sûreté, de la sécuritéet de la défense [40]. La fabrication et lamise en œuvre des nanomatériauxdevraient générer la plus grande part dece marché puisque leur impact écono-mique global est estimé à environ 1/3 dutotal. Les secteurs industriels concernéspar les fonctionnalités offertes par lesnanomatériaux sont nombreux commel’automobile et les transports, la chimie,l’hygiène et la cosmétique, le bâtiment,

du travail pour les aérosols ne sont pasadaptées et ne permettent donc pas dedétecter ou de caractériser de manièrecorrecte l’aérosol ultra-fin.

Rappelons que le paradigme dans ledomaine de l’évaluation du risqueprofessionnel ou environnemental lié àl’inhalation des poussières et autresfumées est la masse. Mais l’hypothèse« particule ultra-fine » et l’utilisationd’une autre métrique font déjà l’objetd’une attention particulière danscertaines situations. C’est le cas dubéryllium. L’exposition aux particules debéryllium semble toujours être la caused’intoxications chroniques chez certai-nes personnes malgré la réductionsignificative des niveaux de concentra-tion en masse et la faible valeur limited’exposition [33]. Une première étude arévélé que, dans les zones où le risqueétait élevé alors que les niveaux deconcentration en masse étaient faibles,l’aérosol était caractérisé par une forteproportion de particules ultra-fines [34].Une deuxième étude réalisée par leNIOSH montre que les propriétésphysico-chimiques des aérosols debéryllium (surface, nombre, taille et

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Diamètre de particule dp (micromètre)

∆X

/(XO

∆lo

g(dp

))

Distribution en nombre (X = N)

Distribution en surface (X = S)

Distributionen volume(X = V)

Distributions granulométriques moyennes caractéristiques de l’aérosolatmosphérique en environnement urbain suivant les trois modes dereprésentation en nombre, surface et volume.Calculs effectués d’après Hinds [12].Average particle size distribution for the urban atmospheric aerosol in an urban environmentaccording to three representation methods, namely number, area and volume.Calculations performed according to Hinds [12].

FIGURE 3

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la plasturgie, l’électronique, l’industriedes fibres textiles, l’agro-alimentaire, lesport. [41] et deux millions d’employésdevraient être directement concernésd’ici à 10 ans [42]. Une étude conduiteen Angleterre indique qu’environ2 500 personnes qui travaillent à l’heureactuelle dans les secteurs de la rechercheou dans des entreprises nouvellementcréées sont potentiellement exposéesaux nouvelles nanoparticules [35].

Les nanomatériaux sont des maté-riaux composés en tout ou partie denano-objets qui confèrent à ces maté-riaux des propriétés (ou des combinai-sons de propriétés) améliorées ou nou-velles [43]. Parmi les nano-objets on dis-tingue généralement :1 les nanoparticules (dont aucune destrois dimensions n’est supérieure à100 nm) ;1 les nanotubes, nanofibres, nano-batonnets (dont une des dimensions estsupérieure à 100 nm) ;1 les nanofilms (dont deux desdimensions sont supérieures à 100 nm).

Par ailleurs, les nanomatériaux sonthabituellement regroupés en troisfamilles :1 les matériaux nano-chargés. Pources matériaux, les nano-objets sontincorporés dans la matrice pour luiapporter une nouvelle fonctionnalité oumodifier des propriétés. Les nano-objetspeuvent être incorporés lors de la phased’élaboration du matériaux ou bien parla suite à l’issue d’un mélange. C’est decette façon que l’on fabrique les produitscosmétiques, les peintures, les bétons,les encres, les pneus ;1 les matériaux nano-structurés ensurface, c’est à dire recouverts d’un oude plusieurs nano-films superposésformant ainsi un revêtement biencontrôlé qui permet de doter la surfacede propriétés déterminées ou defonctionnalités nouvelles (par exemplel’effet lotus pour les verres), ou bien lesmatériaux recouverts de nanoparticules ;1 les matériaux nano-structurés envolume qui sont des matériaux dont lastructure nanométrique est liée à l’hété-rogénéité de composition, la porosité…Un matériau peut, par exemple, devenirmoins fragile parce que les fractures nese propagent pas de la même façon dufait de la nano-structuration (par rapportà un matériau dont la structure seraitmicrométrique).

Les procédés d’élaboration desnanomatériaux sont classés en trois

groupes industriels produisent etcommercialisent des nanoparticules(noir de carbone, silices, alumines,dioxyde de titane…) pour diversesapplications.

Il semble que la très grande majoritédes procédés de fabrication emploientdes systèmes clos (pot, réacteur...), etqu’un opérateur n’est exposé que s’il seproduit un évènement accidentel ouen cas de fuite. Cela demanderait à êtreconfirmé par une étude bilan dans lesdifférents secteurs concernés. Dansl’état actuel des connaissances, on peutsupposer que c’est pendant des opéra-tions de transfert, de conditionnementet d’utilisation (dans l’industrie cliente)qu’une exposition semble la plus proba-ble [36].

Lorsqu’une nanopoudre est mise enoeuvre, des particules sont mises ensuspension dans l’air, transférées dansl’environnement proche d’un opérateur.La dispersion dans l’air en champproche est fonction essentiellement dumode d’agitation, de l’énergie transmisemais aussi de la nature même de lapoudre. À l’heure actuelle, on ne saitquasiment rien des caractéristiques del’aérosol ultra-fin (distribution granulo-métrique, forme des particules, concen-tration etc.) qui serait mis en suspensionen pareille situation à partir des nano-poudres.

À priori, les nanoparticules inclusesdans une matrice solide ne sont émisesdans l’air que si celle-ci est soumise àune énergie (thermique ou mécanique)suffisante, lors d’une découpe, d’unponçage, d’un nettoyage au laser d’unmatériau nanostructuré. De même, lessuspensions liquides plus ou moinsvisqueuses de nanoparticules ne peuventcontribuer de façon directe à une expo-sition par inhalation sauf si lors d’uneopération ou d’un incident il y a forma-tion d’un spray de fines gouttelettesdans lesquelles seraient incluses desnanoparticules. Il y a là aussi un champd’investigation qu’il conviendraitd’aborder par des études spécifiques àl’aide de techniques de mesures adaptéesà ces différentes situations.

À notre connaissance et à ce jour, ilne semble pas y avoir d’étude publiéeayant évalué les caractéristiques phy-siques de l’aérosol ultra-fin émis dansune atmosphère de travail où seraitfabriquées, mises en forme ou manipu-lées de nouvelles nanoparticules ou des

grandes catégories :1 procédés chimiques : chemical vapordeposition, réaction en milieu liquide,sol-gel… ;1 procédés physiques : évaporation/condensation, ablation laser, déchargeplasma… ;1 procédés mécaniques : mécano-synthèse, consolidation et densification.

De la même façon que pour lesmatériaux en général, les nanomatériauxont des applications transversales puis-qu’ils constituent des matières premières.Le domaine du champ d’application desnanomatériaux et des industries concer-nées est donc très vaste puisqu’ilspermettent entre autres d’améliorer lespropriétés [4, 38] :1 mécaniques (outillage, aéronautique,céramique, plastique…)1 optiques (écrans et verres anti-reflets…)1 de mouillage (vitres auto-nettoyantes,surfaces super hydrophobes, textiles…)1 thermiques (isolants, matériauxrésistants…)1 magnétiques (aimants, imagerieRMN…)1 chimiques (catalyse, batteries,capteurs…)1 biochimiques (implants, cosmé-tiques…)

La stabilisation de la croissance entaille est une étape clé lors la fabricationdes nanoparticules. Du fait de leurgrande réactivité, les nanoparticules onttendance à former très rapidement desagglomérats ou agrégats ce qui peutmodifier considérablement la propriété– ou la combinaison de propriétés –recherchée. Cette stabilisation s’effectuesuivant différentes approches commel’inclusion dans une matrice ou ladispersion dans un liquide [38]. Ainsi,les nanoparticules peuvent être inclusesdans une matrice solide, un gel, unesuspension mais également former unepoudre nano-structurée égalementdénommée nanopoudre.

La mécanosynthèse permet d’obtenirpar broyage à haute énergie des nano-poudres de particules métalliques ou desoxydes [44]. De telles poudres sontégalement obtenues par pyrolyse laser[38]. Certaines nanopoudres plusanciennes comme les silices précipitéessont incorporées dans les pneus pourpermettre une amélioration de la tenuede route et de la résistance au roulement[39]. Ainsi, depuis des années de grands

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nanopoudres. La seule étude publiéedans le domaine des nanomatériauxconcerne les nanotubes de carbone [45].Réalisée par le NIOSH, elle comportaitdeux phases : des mesures en atmo-sphères de travail dans différents sitesde fabrication de nanotubes de carbone– dont la NASA et la Rice University – etdes mesures en laboratoire à l’aide d’unsystème d’agitation propre. Ces derniè-res ont permis de montrer, qu’au-delàd’un certain degré d’agitation un aéro-sol ultra-fin pouvait être généré. Lesmesures sur site quant à elles n’ontmontré que des niveaux de concentra-tion très faibles. Toutefois, l’expositioncutanée était significative. Cette étude nenous fournit que peu d’indications surles caractéristiques de l’aérosol généréen pareille situation. Par contre, elledonne quelques éléments d’informationsur la stratégie à mettre en œuvre lorsdes mesures.

Une étude allemande a été récem-ment publiée dans le domaine des maté-riaux pulvérulents élaborés, commercia-lisés depuis quelques années déjà etcaractérisés par des surfaces spécifiquestrès élevées (qlq. 102 m2/g). Elle concernel’industrie du noir de carbone et révèleque l’aérosol durant les activités deconditionnement en sacs se caractérisepar un mode autour de 1 µm. La fractionultra-fine qui a été détectée lors de cettecampagne de mesure a été attribuée auxseules émissions des véhicules et à desunités de chauffage au gaz employéesdans les usines [46]. Toutefois, ces seulsrésultats ne peuvent permettent deconclure à une non-exposition dans cetype d’industrie. La réalisation de cam-pagnes de mesures sur site industrielrestent nécessaires.

Ce n’est que lorsque nous auronsplus de connaissance sur les caractéris-tiques des aérosols ultra-fins émis enatmosphère de travail et que nous pour-rons les coupler à celles sur les effetspotentiels (toxicologie, épidémiologie)que la vraie nature du risque lié à cesnano-objets pourra être précisée [47].

cas des aérosols ultra-fins car :1 les techniques d’échantillonnage etde mesure des aérosols ultra-fins dispo-nibles dans le commerce ne sont pascompatibles ni avec la réalisation demesures individuelles ni avec des mesu-res de longue durée, sur la durée d’unposte de travail par exemple ;1 l’approche par fraction peut conduireà des situations où l’exposition est sous-estimée.

Du fait des modes de formation desaérosols ultra-fins, il est probable que,dans la plupart des situations, les événe-ments à l’origine de l’émission de parti-cules ultra-fines dans l’air soient fugitifsou instables. Cela induit une variabilitéplus ou moins importante dans l’espaceet dans le temps, des concentrations oude la granulométrie. Dans certains envi-ronnements, des conditions d’émissionsmultiples couplées à des mouvementsd’air naturels ou forcés par une ventila-tion peuvent être également rencontrés.Elles peuvent renforcer la variabilitéspatio-temporelle de l’aérosol. De plusles opérateurs sont souvent mobiles, cequi complique le découpage temporel deleur activité en séjours à point fixe. C’estpourquoi des données obtenues à pointfixe sur les caractéristiques de l’aérosolultra-fin ne peuvent être directementtransposées en données d’exposition. Lastratégie de mesure est un point clé de lacaractérisation des aérosols ultra-fins enatmosphère de travail [51].

Le Tableau I résume les élémentsprincipaux à considérer avant et durantune campagne de mesures. Un premierpoint est la sélection du (ou des)point(s) où vont être réalisées lesmesures. Il est indispensable d’identi-fier la source émettrice de particulesultra-fines que l’on cherche à caractéri-ser. Dans le cas où l’environnement detravail comporte plusieurs sourcesd’émission, il convient d’évaluer l’inter-férence possible entre ces sources etcelle visée par l’étude. La contributionéventuelle des sources parasites exté-rieures (particules ultra-fines émises àl’extérieur et pénétrant dans le local,émission de véhicules...) à l’aérosoldans l’atmosphère de travail doit êtreévaluée. L’aérosol « bruit de fond »,c’est-à-dire en l’absence totale de parti-cules liées à l’activité étudiée, doit êtremesuré. Outre les observations qu’ilfaudra veiller à enregistrer, des outilsde détection comme les compteurs departicules ultra-fines peuvent s’avérerutiles en veillant à bien connaître les

CARACTÉRISATION DE L’EXPOSITIONPROFESSIONNELLE AUXAÉROSOLS ULTRA-FINS

Les particules dispersées dans l’air(aérosols) sont plus difficiles à étudierque les gaz et les vapeurs. En effet, ellessont très variables en taille (plusieursordres de grandeurs), en concentrationet composition chimique, en formespouvant être très différentes et en étatsde charge résultant de leur mode de for-mation. On peut considérer un aérosolcomme un état complexe de la matièrequi se situerait entre le gaz ou la vapeuret le matériau brut [48].

ÉLÉMENTS DE STRATÉGIE

Pour évaluer l’exposition par inha-lation, il est essentiel de privilégier unecaractérisation des particules disperséesdans l’air, c’est-à-dire sur la phase aérosol.Par ailleurs, cela implique autant quepossible d’utiliser des méthodes demesures individuelles, au niveau des voiesrespiratoires supérieures [49]. Enfin,l’évaluation des risques pour la santéimplique généralement l’échantillonnaged’une fraction spécifique de l’aérosol(inhalable, thoracique et alvéolaire) définiesuivant la norme NF EN 481 [50].

Comme rappelé précédemment, lesétudes épidémiologiques et toxicolo-giques suggèrent que sur les troismétriques d’exposition – masse, surfaceet nombre des particules – celle de« surface » est la plus pertinente, sanstoutefois privilégier cette métriqueunique. Dans l’attente de plus amplesconnaissances, il est aussi nécessaire deconsidérer les autres métriques (masseet nombre). Par ailleurs, d’autres para-mètres sont pertinents comme la granu-lométrie de l’aérosol, la morphologie, ladensité, l’état de charge et la composi-tion chimique des particules.

Certains de ces paramètres ne sontpas faciles à mesurer directement et nepeuvent être estimés qu’à partir d’autresparamètres. C’est, par exemple, le cas dela densité des particules ou de la dimen-sion fractale qui caractérise la morpho-logie des agglomérats.

Ainsi, l’approche actuelle d’évalua-tion de l’exposition pour les aérosolsen général ne semble plus adaptée au

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limites de détection propres à chaqueappareil.

Un deuxième point concerne l’aérau-lique qui pilote le transfert des particulesultra-fines dans l’air. La connaissance del’aéraulique va permettre de comprendreles différences, qui pourraient êtremesurées dans l’espace et dans le temps.La visualisation des écoulements est unoutil intéressant, cependant l’utilisationde techniques comme les générateurs defumées sont à proscrire puisqu’il sonteux-mêmes des émetteurs de particulesultra-fines… Les vecteurs vitesse de l’air(direction et amplitude) peuvent êtredéterminés à l’aide d’anémomètres.Pour des locaux à grands volumes destechniques plus lourdes comme letraçage gazeux sont mises en œuvre. Cesdernières ne donnent toutefois qu’uneinformation globale du transfert entredeux points ou bien du taux de renou-vellement de l’air sans informationprécise sur les vitesses d’air ni sur lesdirections que peuvent prendre les écou-lements.

MÉTROLOGIE DES PARTICULESULTRA-FINES

Depuis quelques années, le dévelop-pement de la métrologie des particulesultra-fines est principalement guidépar les études sur l’aérosol atmo-sphérique [52, 53], par celles sur lesémissions moteurs (industrie automo-bile et environnement) et, dans unemoindre mesure pour le moment, parles études dans le domaine en fortecroissance des nanotechnologies. Il enrésulte un nombre relativement impor-

nage. Ils sont, soit internes à la tech-nique, soit externes si la mesure estdéportée en un point particulier parl’intermédiaire d’un tube de prélève-ment. Compte tenu des dimensions desparticules formant les aérosols ultra-fins, les effets sont principalementconfinés au phénomène de transport ausein des différents tubes et autresraccords par diffusion ou effets électro-statiques [26]. Différents moyens decalcul existent pour réaliser ces évalua-tions [54].

Le Tableau II résume pour chacunedes métriques (nombre, surface et masse)les techniques et méthodes disponibles àce jour, ou en développement qui pourraitêtre utilisées pour des mesure en atmo-sphère de travail.

La description faite de ces différentestechniques et méthodes ne prétend pasêtre exhaustive mais résulte d’uneréflexion valable en l’état actuel desconnaissances. Pour des raisons de placeles détails techniques, avantages et biaisconnus ne sont pas tous décrits et lelecteur est invité à se reporter aux diffé-rentes références pour de plus amplesinformations.

MESURE DE LA CONCENTRATION ENNOMBRE DANS L’AIR (PARTICULES/cm3)

Une mesure pertinente de laconcentration en nombre nécessite depouvoir détecter les particules les plusfines jusqu’à des diamètres de quelquesnanomètres.

tant de publications décrivant, soit destechniques ou méthodes nouvelles, soitdes adaptations de techniques connues,soit enfin des études sur les performancesdans différentes situations.

La question de la mesure des aéro-sols ultra-fins en atmosphère de travailest quant à elle récente et l’on recenseencore très peu d’équipes dans le mondetravaillant sur ce sujet. Il n’existe doncactuellement que très peu de retoursd’expériences sur l’application de cestechniques ou méthodes dans ledomaine de l’hygiène professionnelle.Pourtant, ce type de mesure possède sespropres spécificités en termes demétrique, gamme de concentration,gamme de taille des particules, évolutiontemporelle, accessibilité, stratégie etautres caractéristiques physico-chimiques.

D’une façon générale, la concentra-tion de la métrique considérée dans l’air(par exemple, la concentration en nombrede particules) est obtenue par une mesureglobale ou par l’intermédiaire d’unemesure réalisée pour différentes classesde taille.

Pour la quasi totalité des méthodes,la mesure est réalisée par prélèvement« actif » (par l’intermédiaire d’unepompe) et les particules sont transportéesau niveau d’un détecteur ou déposéessur un support. L’échantillonnage est unprocessus physique complexe qui peutmodifier considérablement les caracté-ristiques de l’aérosol mesuré selon latechnique considérée. Il est importantde connaître ou d’évaluer les biaispouvant être induits par l’échantillon-

Sujet But Outils

Identifier et localiser la(les) source(s) d’aérosol(s) ultra-fin(s) Compteurs de particules (CNC) ou autres appareils à mesures Source dans l’environnement de travail, et identifier la pénétration de directes sensibles aux particules ultra-fines.

l’aérosol ambiant extérieur pour sélectionner les points de mesures. Observation et enregistrement des activités émettrices

Anémomètre.Connaître les mouvements d’air et le transfert des aérosols Gaz traceur.Aérauliquedans l’atmosphère de travail. Observation et enregistrement des événements

(ouvertures de portes…).

Compteurs de particules (CNC) et autres appareils Activités

Interpréter les données issues des instruments de mesure à mesure directe sensibles aux particules ultra-fines.en temps réel en termes de variations des paramètres d’exposition.Observation et enregistrement des activités émettrices.

Interpréter les différences spatiales en termes de temps Observation et enregistrement du positionnement de l’opérateur Position opérateurde résidence en différents points fixes. par rapport à la source/point de mesure.

Éléments de stratégie à considérer avant et durant une campagne de mesures.Items of strategy to be considered prior and during a measurment campaign.

TABLEAU II

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Métrique Technique Paramètres mesurés Commentaires

Nombre OPC Concentration totale en nombre L’OPC (Optical Particle Counter) est un compteur de particules dont la détection dans les limites d’intégration du domaine et la mesure de la taille sont basées sur une méthode optique.de taille de l’instrument considéré Taille de particule minimale détectable d’environ 100 nm pour les meilleurs instruments.ou distribution granulométrique Technique non adaptée.(diamètre optique) en nombre.

Nombre CNC Concentration totale en nombre dans Le CNC (Compteurs à Noyaux de Condensation) est un instrument qui repose sur les limites d’intégration du domaine une méthode de grossissement des particules ultra-fines en amont de taille de l’instrument considéré. et un comptage par méthode optique en aval.

Les CNC ne sont pas sélectifs en taille.Mesure en continu et temps de réponse faible (≈ qq. 1s).Instrumentation portable disponible.Mise en garde sur l’efficacité de comptage pour les plus petites tailles ainsi que les plus grosses.Technique très répandue et à mettre en oeuvre.

Nombre DPS Distribution granulométrique (diamètre Le DPS (Diffusion Particle Sizer) est un instrument qui couple deux techniques : équivalent de diffusion)en nombre. une batterie de diffusion en amont pour la sélection en taille et un CNC en aval

pour le comptage.Temps de réponse long (≈ qq. 1min.).Méthode peu répandue mais à explorer.

Nombre SMPS Distribution granulométrique Le SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer) est un instrument qui couple (diamètre de mobilité électrique) deux techniques : un analyseur de mobilité électrique amont pour la sélection en taille en nombre. et un CNC en aval pour le comptage.

Le SMPS donne directement la distribution granulométrique en nombre de particules.Mesure en continu et temps de réponse moyen (≈ qq. 10s).De nombreuses études de performance ont été réalisées sur cette technique.Technique de laboratoire encore peu déployée pour des mesures en atmosphère de travail mais sûrement à mettre en oeuvre.

Nombre ELPI Distribution granulométrique L’ELPI (Electrical Low Pressure Impactor) est une technique qui couple une sélection (diamètre aérodynamique) en courant. en taille par impaction et une détection électrique.

Les données sont interprétés en termes de concentration en nombre si la densité des particules est connue ou présumée.Mesure en continu et temps de réponse faible (≈ qq. 1s).Technique dont les performances sont actuellement étudiées.Analyse en différé possible (physico-chimique, microscopie) sur les échantillons collectés dans les différents étages de l’ELPI.Technique de laboratoire encore peu déployée pour des mesures en atmosphère de travail mais sûrement à mettre en oeuvre.

Nombre EAD Courant électrique induit par les ions L’EAD (Electrical Aerosol Detector) est un nouvel instrument qui couple une technique unipolaires (positifs) ayant diffusé de charge des particules submicroniques à une détection en courant via sur la surface des particules. un électromètre.

La concentration est exprimée en mm/cm3 d’air et peut être interprétée sous la forme d’une concentration en nombre à partir de la connaissance du diamètre des particules.Méthode sensible.Mesure en continu et temps de réponse faible (≈ qq. 1s).Technique encore peu déployée mais à explorer.

Nombre Microscopie Comptage et distribution Nécessité de collecter les échantillons sur des substrats adéquats.électronique granulométrique (diamètre Nécessite un dépôt uniforme ainsi qu’un chevauchement minimum des particules

d’aire projetée) en nombre collectées.Différentes techniques peuvent être mises en jeu : précipitation électrostatique, thermophorèse ou filtration directe avec pré-sélecteur.Analyse de forme, micro-analyse chimique…Méthode encore peu répandue pour les particules ultra-fines mais indispensable et à mettre en oeuvre.

Surface BET ou équivalent Surface spécifique par adsorption Nécessite de collecter une quantité très importante de particules ultra-fines.physique de molécules gazeuses. Méthode non adaptée à la mesure des aérosols ultra-fins en général.

Méthode à explorer en cas de mise en suspension de nanopoudres.

Surface EPI Courant électrique induit par les ions L’EPI (Epiphaniometer) se base sur une mesure du taux d’attachement d’ions radioactifsradioactifs ayant diffusé sur la surface ayant diffusé sur les particules pour estimer la surface active.des particules. Méthode très sensible et adaptée à des concentrations faibles.

Mesure en continu et temps de réponse long (≈ qq. min.).Source radioactive d’Ac227 et détection alpha.Instrument très peu déployé dont l’application en atmosphères de travail semble difficile.

Techniques et méthodes de mesure pour les aérosols ultra-fins.Techniques and methods for monitoring ultrafine aerosols.

TABLEAU II

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Techniques et méthodes de mesure pour les aérosols ultra-fins (suite).Techniques and methods for monitoring ultrafine aerosols (contd).

TABLEAU II

Métrique Technique Paramètres mesurés Commentaires

Surface CDE Courant électrique induit par les ions Les systèmes CDE (Chargeur par Diffusion – Electromètre) se basent sur une mesure ayant diffusé à la surface du taux d’attachement d’ions unipolaires (généralement positifs) pour estimer la surface des particules. active des particules en suspension dans l’air.

Méthode sensible et adaptée aux niveaux de concentration rencontrés en atmosphère de travail.Mesure en continu et temps de réponse faible (≈ qq. 1s).Technique peu déployée mais à mettre en oeuvre.

Surface SMPS Distribution granulométrique Les données peuvent être interprétées en termes de concentration en surface (diamètre de mobilité électrique) si la forme et la densité des particules sont connues ou présumées.en nombre. cf. Commentaires SMPS ci-dessus.

Technique de laboratoire et encore peu déployée pour des mesures en atmosphères de travail mais à mettre en œuvre.

Surface ELPI Distribution granulométrique Les données peuvent être interprétées en termes de concentration en surface (diamètre aérodynamique) en courant. si la densité des particules est connue ou présumée.

cf. Commentaires ELPI ci-dessus.Technique de laboratoire encore peu déployée pour des mesures en atmosphère de travail mais à mettre en oeuvre.

Masse Échantillonneur Concentration en masse de la fraction Les seuls instruments disponibles sont les impacteurs.individuel < limite définie dans le domaine Analyse en différé (gravimétrie, analyse physico-chimique) mais à développer

sur filtre sélectif nanométrique. sur des éléments traces.en taille Microscopie électronique possible.

Limite de détection en concentration guidée par le faible débit d’aspiration.Technique à suivre compte tenu du développement des pompes individuelles.

Masse Échantillonneur Concentration en masse de la fraction Les seuls instruments disponibles sont les impacteurs .à poste fixe < limite définie dans le domaine Analyse en différé (gravimétrie, analyse physico-chimique).

sélectif en taille nanométrique. Microscopie électronique possible.Technique largement déployée qui fait encore l’objet de développements récents pour des applications diverses (dont les particules ultra-fines dans l’environnement).

Masse TEOM® Concentration totale en masse = f(temps) TEOM® : Microbalance à élément oscillant.Bonne sensibilité (≈ qq. mg/m3).Mesure en continu et temps de réponse faible (≈ qq. 1s).Sélecteur granulométrique à positionner en amont.Version individuelle récemment mise sur le marché mais qui reste à tester.Technique largement déployée pour les mesures en atmosphère générale mais à explorer en atmosphère de travail.

Masse BAM Concentration totale en masse. Le BAM (Beta Attenuation Monitor) mesure la masse collectée de particules sur une bande filtrante par atténuation d’un rayonnement béta.Bonne sensibilité (≈ qq. mg/m3).Sélecteur granulométrique à positionner en amont.Technique largement déployée pour les mesures en atmosphère générale.Technique à explorer.

Masse SMPS Distribution granulométrique Les données peuvent être interprétées en termes de concentration en masse (diamètre de mobilité électrique) si forme et densité des particules sont connues ou supposées.en nombre. cf. Commentaires SMPS ci-dessus.

Technique de laboratoire encore peu déployée pour des mesures in situ et à mettre en oeuvre.

Masse ELPI Distribution granulométrique Les données peuvent être interprétées en termes de concentration en masse (diamètre aérodynamique) en courant. si la densité des particules est connue ou présumée.

cf. Commentaires ELPI ci-dessus.Technique de laboratoire encore peu déployée pour des mesures in situ et à mettre en œuvre.

Masse SMPS-APM Masse des particules Méthode couplant deux techniques : SMPS et APM.en fonction de la taille et distribution APM : technique récente et très sensible de classification basée sur l’utilisation. granulométrique en nombre. des effets des forces électrostatique et centrifuge pour la mesure du rapport

masse/charge des particules.Méthode pouvant être appliquée à la détermination de la densité des particules en suspension dans l’airMéthode de laboratoire pratiquement pas répandue mais à explorer.

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Dans leur très grande majorité, lestechniques optiques basées sur la diffu-sion ou l’extinction de la lumière par lesparticules en suspension dans l’air nepeuvent être appliquées directement surdes particules submicroniques. Dans cedomaine, l’efficacité de comptagedécroît progressivement et dépend de laconfiguration de l’instrument. Il existetoutefois quelques instruments capablesde détecter des particules jusqu’à destailles minimales d’environ 100 nm,mais la mesure des concentrationss’effectue avec des efficacités de comp-tage faibles, largement inférieures à100 %. Ces techniques optiques ne sontdonc pas adaptées à la mesure des aéro-sols ultra-fins en atmosphère de travail.

La détection optique des particulesprésente l’avantage d’être rapide etcontinue ; elle peut être alors employéesi elle est couplée à une autre techniqueplacée en amont qui a pour but de fairegrossir les particules et de les rendreainsi « visibles » pour une détectionoptique. C’est le cas des Compteurs àNoyaux de Condensation (CNC – aussidénommé CPC pour CondensationParticle Counter). Un CNC exploite lephénomène de grossissement rapide desparticules ultra-fines par condensationd’une vapeur sursaturée à la surface desparticules. Mettant en œuvre cettetechnique, certains instrumentscommercialisés sont alors capables dedétecter des particules jusqu’à desdimensions de 3 nm avec une efficacitéde comptage de 50 % (une particule surdeux est comptabilisée). Les CNC sontdes instruments qui sont souvent asso-ciés à une autre technique positionnéeen amont et opérant une sélection desparticules par une méthode diffusion-nelle ou électrique.

Les batteries de diffusion ont étéinitialement développées pour mesurerle coefficient de diffusion des parti-cules de taille nanométrique, puis pourdéterminer la distribution granulo-métrique en convertissant le coefficientde diffusion en diamètre équivalent dediffusion (ou thermodynamique). Lesbatteries de diffusion font donc partiedes quelques techniques qui peuventêtre mises en œuvre pour les aérosolsultra-fins. Il en existe plusieurs catégo-ries qui diffèrent par leur géométrie(canaux, tubes, grilles, lit granulaire). Ladétection des particules transmises ausein des batteries de diffusion peuts’effectuer par différentes méthodes(comptage, masse, mesure de radioacti-

qu’il serait intéressant de mettre enoeuvre pour des mesures en atmo-sphère de travail [58].

L’ELPI (Electrical Low PressureImpactor) combine une technique desélection des particules par inertie et unedétection électrique [59]. Au sein del’ELPI, les particules captées sont toutd’abord portées à un état de chargepositif connu (chargeur à effetcouronne) puis sélectionnées suivantleur taille (diamètre équivalent aéro-dynamique) dans un impacteur bassepression à 13 étages d’impaction isolésélectriquement les uns des autres.Chaque particule collectée est détectéeà l’aide d’un électromètre multi-canaux.Sur chaque étage, le courant mesuré estfonction du nombre de particules. Laréponse en courant est donc interprétéeen concentration en nombre de parti-cules, et la distribution granulo-métrique obtenue est finalement unedistribution en concentration ennombre de particules. L’utilisation de labasse pression permet d’obtenir dansl’ELPI des diamètres de coupure com-pris entre ≈ 7 nm et 10 000 nm (10 µm).L’ELPI est un instrument relativementrécent dont on ne connaît pas encoretoutes les caractéristiques. S’il existeplusieurs publications sur cet instru-ment, certaines études sur sesperformances sont encore à réaliser. Onne connaît pas encore suffisammentbien les dépôts au sein du chargeur et del’impacteur, ou la sensibilité de laréponse à certains paramètres d’entréecaractéristiques des particules ou desagglomérats. Son utilisation principaleconcerne les émissions moteurs (mon-tage en ligne sur des bancs d’essai) et samise en œuvre pour des mesures enatmosphère de travail est encore limitée.L’ELPI peut également être utilisé pourcaractériser les charges électriques desaérosols [60]. Un avantage de l’ELPI parrapport à un système SMPS est qu’ilcollecte les fractions d’aérosols sélec-tionnées dans l’impacteur sur dessupports qu’il est possible d’analyser parla suite en laboratoire (microscopie,micro-analyse, absorption atomique...).

Un instrument récent pour les parti-cules ultra-fines est l’EAD (ElectricalAerosol Detector). Il est basé sur uneméthode électrique et couple unetechnique de charge des particulessubmicroniques par diffusion d’ionspositifs (issus d’un effet couronne) etune détection de l’aérosol total chargépar un électromètre [55]. Du fait de la

vité) [55]. Ainsi plusieurs instrumentsont été élaborés, mais leur utilisationreste généralement limitée aux équipesqui les ont développés. Un des seulsinstruments commercialisés est le DPS(Diffusional Particle Sizer). Il coupleune batterie de diffusion à grilles et unCNC placé en aval pour la mesure de laconcentration en nombre. La mesures’effectue de manière séquentielle parbalayage de chacun des 11 canaux demesure et permet déterminer la granu-lométrie entre environ 2 nm et 200 nm.Une des limites de ces techniques dediffusion est le temps de réponse relati-vement important nécessaire à la mesure,ce qui les exclut pour caractériser desévénements à évolution rapide.

L’instrument le plus utilisé à ce jourpour mesurer les particules ultra-finesest le SMPS (Scanning Mobility ParticleSizer). Cet instrument couple une tech-nique de sélection des particules suivantleur mobilité électrique à l’aide d’unDMA (Differential Mobility Analyzer) etun CNC placé en aval [56, 57]. Les parti-cules captées sont tout d’abord portées àun état de charge moyen nul (équilibrede Boltzmann). Au sein du DMA, unchamp électrique créé entre deuxélectrodes modifie la trajectoire desparticules chargées dans le flux d’air.Seules les particules possédant unecertaine mobilité électrique (donc carac-térisées par un diamètre équivalent demobilité électrique donné) auront unetrajectoire leur permettant de sortir duDMA et d’être comptabilisées par leCNC positionné en aval. En faisantvarier la tension entre les électrodes, lesystème sélectionne et compte au fur età mesure les particules de l’aérosol.Il existe différentes versions commer-cialisées du SMPS qui se différencientpar la géométrie du DMA, la gamme detaille, la gamme de concentration et lacompacité. Dans les versions les plusélaborées la durée d’une mesurenécessaire à l’établissement d’unegranulométrie est inférieure à laminute. Le domaine de taille pouvantêtre exploré est compris entre quelquesnanomètres et environ 1 000 nm (1 µm)sur plusieurs dizaines de canaux demesure. Le SMPS a fait l’objet de trèsnombreuses études et développementsspécifiques. C’est donc un instrumentdont les performances sont maintenantbien connues mais dont l’utilisationmajoritaire reste le laboratoire.Toutefois, il existe depuis peu uneversion commercialisée, plus adaptée àune utilisation hors du laboratoire, et

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géométrie du chargeur et de son modede charge, la réponse de l’EAD estproportionnelle à une concentration endiamètre (mm/cm3) pour des tailles departicules compris entre environ 10 nmet 1 µm. Cette concentration en diamètre,également dénommée « longueur inté-grée d’aérosol », est définie comme lalongueur totale de la chaîne formée parl’ensemble des particules de l’aérosolalignées qui sont présentes par unité devolume d’air [61]. Cette mesure peut êtreinterprétée en concentration en nombresi la taille des particules est mesurée ouprésumée.

La microscopie électronique àbalayage (MEB) et la microscopieélectronique à transmission (MET) sontdes techniques très utiles qui peuventêtre mises en œuvre pour l’évaluationde la concentration en nombre desparticules ultra-fines. Ces techniquessont depuis fort longtemps utiliséesdans ce sens pour d’autre polluants par-ticulaires comme les fibres. Parce queles exigences diffèrent suivant le MEBou le MET, il existe des différencessignificatives sur la collecte et la prépa-ration des échantillons, mais ce n’estpas l’objet de cet article [62, 63].Néanmoins, pour chacune des tech-niques il y a un besoin de collecter deséchantillons qui sont caractérisés par undépôt homogène sans chevauchementdes particules. Par ailleurs, il convientégalement de minimiser la vitessed’impact pour les échantillons, en parti-culier lorsqu’il s’agit d’effectuer un pré-lèvement d’agglomérats dont on ignoreleur capacité à se fragmenter.

L’échantillonnage sur filtre est unedes méthodes les plus simples àmettre en œuvre. Toutefois, il convientde bien choisir le système porte-filtre(notamment un sélecteur adéquat), letype de filtre (état de surface, porosité…)ainsi que la durée du prélèvement.D’une façon générale, il est difficile defaire des estimations a priori des concen-trations attendues et il convient doncsouvent de collecter plusieurs échan-tillons avec des temps de prélèvementdifférents.

Les impacteurs en cascade sont desinstruments qui peuvent être utilisés encombinaison avec la microscopie. Ils ontl’avantage de fournir des échantillonscomposés de particules dont le domainede taille correspond aux différents étagesde l’impacteur. En revanche, la collectedes particules sur des zones d’impactstrès ciblées est une limitation car ledépôt n’est pas homogène.

phase gazeuse environnante [59]. C’estpourquoi cette grandeur a été retenuecomme indicateur pertinent d’une expo-sition aux particules ultra-fines [68].

Pour détecter les atomes ou molé-cules attachés sur les particules, ceux-cidoivent être marqués à l’aide d’uneméthode sensible. Deux méthodes sontemployées : marquage radioactif oumarquage par charge électrique. Il existetrois techniques qui permettent ladétermination de cette grandeur [69].

La première dénommé épipha-niomètre (EPI) est basée sur une mesuredu taux d’attachement d’ions radioactifssur les particules. Les ions produits parla décroissance d’une sourced’Actinium 227 diffusent sur les parti-cules captées qui se chargent. Les parti-cules sont ensuite véhiculées dans lesystème et collectées sur un filtre. Lamesure est réalisée par un détecteuralpha positionné à proximité du filtre. Laconcentration en surface est calculée àl’aide d’une technique d’inversion desdonnées à partir du taux de comptageintégré sur une période de temps del’ordre de la minute [70]. Cette techniquetrès sensible (mesure de radioactivité)semble plutôt adaptée à des concentra-tions faibles. Mais elle reste une tech-nique de laboratoire relativementcomplexe et n’a pas été déployée pourdes mesures en atmosphère de travail.

La deuxième technique dénommée« Chargeur par Diffusion – électro-mètre » (CDE) est basée sur la mesurede l’attachement d’ions positifs sur lesparticules. Les ions produits par effetcouronne s’attachent par diffusion auxparticules qui sont collectées sur unfiltre isolé. Le courant mesuré par unélectromètre est directement lié au tauxd’attachement des ions, donc à la surfaceactive. Un instrument commercialisésur ce principe et destiné à des mesuresen atmosphère de travail est le LQ1-DC[59]. Il existe à ce jour très peu de retoursd’expériences sur sa mise en œuvre.Il serait intéressant de connaître soncomportement vis-à-vis du paramètre demorphologie des particules (agglomé-rats) puisque ce dernier a un effet sur lemécanisme de chargement unipolaire[71].

La réponse de ces deux techniques(EPI et CDE) ne dépend pas du matériauconstitutif des particules tant que ladiffusion brownienne domine l’attache-ment des ions aux particules [65].

La troisième technique est baséesur un chargement des particules pareffet photoélectrique (PhotoelectricCharging, PC). Les particules vont se

Parmi les mécanismes de précipita-tion utilisés en métrologie des aérosols,deux sont intéressants pour la collectedes particules ultra-fines aux finsd’analyse en microscopie. Il s’agit de laprécipitation thermique, qui met enœuvre le mécanisme de thermophorèse,et la précipitation électrostatique. Laprécipitation thermique a fait l’objet dedifférents développements pour desprélèvements à poste fixe [64, 65] oubien pour des prélèvements individuels[66]. Toutefois ces instruments nécessi-tent encore une validation et ne sont pasencore commercialisés. Dixkens etFissan [67] ont, quant à eux, développéun instrument basé sur la précipitationélectrostatique qui est maintenantdisponible.

MESURE DE LA CONCENTRATION ENSURFACE DANS L’AIR (µm2/cm3)

Sur des échantillons de matériauxpulvérulents bruts, la mesure de lasurface spécifique est courammenteffectuée par adsorption physique d’ungaz (méthode BET, pycnométrie He…).Cette méthode nécessite une quantité enmasse relativement importante dematière, ce qui limite considérablementson utilisation pour le cas des aéro-sols ultra-fins. En effet, un prélèvementdestiné à ce type de mesure devrait êtretrès long [35]. Cependant, dans uncontexte plus global d’évaluation durisque potentiel, cette technique resteintéressante pour caractériser les maté-riaux bruts (comme les nanopoudres)qui pourraient a priori être mis ensuspension [36].

Là encore, les techniques à privilé-gier sont celles qui offrent la possibilitéde réaliser une mesure de la phaseaérosol.

L’attachement de molécules oud’atomes aux particules d’un aérosol estune méthode qui permet d’obtenir uneinformation liée à la « surface active »des particules dispersées dans l’air.Cette méthode diffère donc des métho-des de type BET qui ne donnent qu’uneinformation sur la surface géométrique.La « surface active » est dénommée ainsicar elle est décrite comme étant la frac-tion de la surface géométrique directe-ment accessible de l’extérieur. Cettegrandeur détermine les cinétiquesd’adsorption et joue de fait un rôle surles réactions chimiques éventuellementmises en jeu entre les particules et la

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charger positivement par arrachementd’électrons sous l’effet d’une irradiationlumineuse ultraviolette (photons). Enpratique, ce mode de charge est efficacepour des particules submicroniques et laméthode est très sensible à l’état desurface, donc à tout matériau éventuelle-ment adsorbé, comme les hydrocarburesaromatiques polycycliques (HAP). Pourcette raison, cette méthode a déjà étéutilisée pour la caractérisation des parti-cules submicro niques en environne-ment urbain. Un point intéressantconcerne la comparaison des techniquesPC et DC. En effet, la technique PC étantsensible à la présence de HAP (et non latechnique DC), il est possible à partir durapport PC/DC de déterminer le type decombustion correspondant à l’émissiondes particules. Cette approche a notam-ment été utilisée pour distinguer desparticules diesel de celles issues de lafumée de cigarette [72].

Une approche alternative à unemesure directe est l’interprétation derésultats de mesures de distributionsgranulométriques, obtenues à l’aide duSMPS ou de l’ELPI, en termes de distri-bution en surface puis de concentrationen surface dans l’air par intégration dela distribution. Cela nécessite de fairequelques hypothèses notamment sur lagéométrie des particules dont il estquelquefois difficile d’en évaluer lapertinence [73].

L’interprétation peut égalementêtre faite à partir de plusieurs mesuresindépendantes obtenues à l’aide d’unensemble de plusieurs techniques. Wooet coll. [74] ont été les premiers à propo-ser une méthode qui permet d’estimerpar le calcul la concentration en surfacedes particules à partir de trois mesurescontinues indépendantes (nombre,masse et charge). Cette approche a étéreprise par Maynard [75] sur la base dedeux mesures indépendantes (masse etnombre). Ces approches s’avèrent trèsattractives car elles permettent d’esti-mer, à moindre coût, la concentration ensurface avec des techniques relativementsimples. Mais ces méthodes demandentencore à être validées en laboratoire eten situation réelle.

MESURE DE LA CONCENTRATIONEN MASSE DANS L’AIR (mg/m3)

Bien qu’il soit admis aujourd’huique la concentration en masse n’est pasune métrique appropriée pour les

individuels pour lesquels la sensibilitéliée au faible débit d’aspiration reste unelimitation pour des mesures d’expo-sition. Pour répondre à ce besoin, Misraet coll. [81] ont conçu et testé un nouvelimpacteur (dénommé PCIS) opérant à9 l/min (gain d’un facteur 4 par rapportà l’existant). Cet impacteur utilise unenouvelle pompe à batterie Li-ion.

Pour abaisser la limite en taille, unedes approches consiste à opérer àpression d’air réduite dans l’instru-ment. C’est le cas du NanoMOUDI dontle domaine de dimension s’étend entreenviron 10 nm et 2,5 µm. Une des parti-cularités de cet instrument par rapport àun impacteur classique est de mettre enrotation les étages de collecte des parti-cules, ce qui conduit à homogénéiserle dépôt. Un autre instrument déjà décritqui utilise également la pression réduiteest l’ELPI. Pour des applications envi-ronnementales, Misra et coll. [82] ontélaboré et testé un impacteur à fort débitde type PM0,15. Cette même technique aété intégrée depuis dans un laboratoiremobile pour des études d’expositionhumaine à des particules ultra-finesambiantes [83].

Parmi les méthodes de mesure dyna-mique de la masse, le TEOM (Tapered-Element Oscillating Microbalance)évalue la masse collectée sur un filtre enmesurant les variations de fréquenced’un élément oscillant sur lequel estpositionné le filtre. C’est une techniqueà poste fixe relativement lourde maisqui peut s’avérer intéressante pour lesaérosols ultra-fins car très sensible entermes de concentration ( de l’ordre dequelques µg/m3). Par ailleurs, le TEOMdispose d’un temps de réponse faible,de l’ordre de la seconde. Ce système peutêtre couplé à des sélecteurs granulo-métriques appropriés comme le PM1mais un sélecteur de type PM0.1 reste àdévelopper. Le TEOM est une techniquelargement déployée pour les mesuresenvironnementales mais son utilisationen atmosphère de travail semble quasiinexistante à ce jour. Une version porta-ble destinée à des mesures d’expositionindividuelle est actuellement commer-cialisée [84] et semble intéressante àtester.

Les systèmes BAM (BetaAttenuation Monitor) utilisent le principede l’atténuation d’un rayonnement bétaà travers un dépôt de particulescollectées sur une bande filtrante. Ilssont connus depuis longtemps. Il en

particules ultra-fines, il est nécessaire depoursuivre ce type de mesures carl’ensemble des conventions et desvaleurs limites d’expositions profession-nelles se basent sur cette métrique. Parailleurs, il convient de garder un lienentre les données d’exposition pour lesaérosols en général, qui continueront àêtre obtenues ainsi, et celles qui serontobtenues à l’avenir pour les aérosolsultra-fins.

D’une manière générale, pour unemesure de concentration en masse, ilest indispensable de pouvoir séparer lafraction submicronique ou ultra-fine dureste de l’aérosol. Cette séparation estfaite à l’aide d’un sélecteur granulo-métrique adéquat qui est alors placé enamont d’un média collecteur (un filtre,par exemple) ou d’un dispositif dedétection pour une mesure dynamique.

Il existe plusieurs systèmes deprélèvement de type individuel [76] oubien à poste fixe [77, 78] intégrantun sélecteur de type PM1, c’est-à-direcapable d’extraire de l’aérosol capté lafraction massique inférieure à 1 µm. Leretour d’expériences sur ces différentestechniques est actuellement encorefaible et il est nécessaire de les testerdans le cadre de mesures en atmosphèrede travail. Pour ce qui est de la fractionultra-fine pouvant être définie par ladénomination « PM0.1 », aucun systèmen’est à ce jour commercialisé.

Une méthode alternative à l’utilisa-tion d’un sélecteur granulométrique estl’utilisation d’une technique effectuantune mesure sur plusieurs classes de tailletelle que celle des impacteurs en cascade,pour laquelle il existe une très grandevariété d’instruments commercialisésdifférant par le débit d’aspiration, la géo-métrie, le diamètre de coupure… Dansun impacteur classique, le diamètre decoupure le plus petit est généralementde l’ordre de 0,3 µm, c’est-à-dire que lafraction la plus fine pouvant être extraited’un impacteur est inférieure à 0,3 µm.Il n’est donc pas possible d’apprécierdifférentes tailles de particules en deçàde cette limite, ce qui restreint leuremploi pour les aérosols ultra-fins.Toutefois, des développements sont tou-jours en cours pour des applicationsenvironnementales afin d’adapter lesclasses granulométriques aux fractionsmassiques retenues pour l’environne-ment comme les fractions PM10, PM2,5,PM1 [79, 80]. D’autres développementsconcernent des impacteurs en cascade

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existe différentes versions commercia-lisées dont les principaux biais sont liésà la taille des particules, à l’inhomo-généité du dépôt et au numéroatomique [57]. Ce sont des systèmesattractifs car la mesure s’effectue encontinu et la sensibilité est relativementbonne (de l’ordre de quelques µg/m3).Toutefois, ils nécessitent, tout comme leTEOM, un sélecteur en amont.Chakrabarti et coll. [85] ont récemmentmis en œuvre une méthode, pour desmesures dans l’environnement urbain,couplant un système BAM à unsélecteur de type PM0.15 développédans leur laboratoire. Cette approchepourrait également être intéressante àexplorer pour des applications enatmosphère de travail.

Une approche alternative à unemesure directe de la concentration enmasse est l’interprétation de résultats demesures de distribution granulo-métrique, obtenus à l’aide du SMPS oude l’ELPI, en termes de distribution enmasse puis par l’intégration de cerésultat de concentration. Cette estima-tion par le calcul nécessite de fairequelques hypothèses sur la forme desparticules ainsi que sur leur densité.

Parmi les méthodes innovantes,on peut citer celle qui couple un SMPSet un APM (Aerosol Particle Massanalyser). L’APM est un instrumentdéveloppé initialement par Ehara et coll.[86] puis par McMurry et coll. [87]. Il estcomposé de deux électrodes cylindriquesde diamètres différents en rotationautour d’un axe commun à la mêmevitesse angulaire. Les particules char-gées en amont sont injectées de façonaxiale dans l’espace annulaire situé entreles deux électrodes et tournent à lamême vitesse angulaire que celles-ci.Lorsqu’un champ électrique est appli-qué, les particules subissent au coursde leur trajectoire les effets exactementopposés de la force électrique et de laforce centrifuge. Cette configurationconduit à ce que seules les particulesqui ont un rapport masse sur chargedonné traversent le système jusqu’à undétecteur situé en sortie (par exemple,un CNC). En sélectionnant en amont del’APM des particules de mobilité donnée,il est possible en faisant varier le champélectrique dans l’APM de mesurer lamasse des particules. Il est important denoter que cette mesure est indépendantede la forme des particules, ce qui en faitune méthode attractive pour la caractéri-sation des agglomérats.

donc essentiel d’évaluer l’adéquationdes méthodes classiques aux particulesultra-fines ou bien de les développerlorsqu’elles n’existent pas. Guo etKennedy [94] ont, par exemple, étudiéla spéciation des particules ultra-finesd’oxyde de Chrome formées dans uneflamme. Intégrant des techniques demétrologie des aérosols, leur travail apermis d’expliquer des changementsde granulométrie, de composition etde morphologie par la conversionChrome(III)/Chrome(IV). Un travailexpérimental a également été conduitsur le béryllium [35, 95]. Dans l’approcheclassique, la composition chimique estobtenue par analyse de substrats surlesquels ont été collectées les particulesultra-fines. La collection s’effectue soitpar prélèvement direct d’une fractionde l’aérosol sur un filtre soit parl’utilisation de techniques qui permet-tent de faire une sélection sur plusieursdomaines de taille comme les impac-teurs. Il est alors parfois nécessairepour des raisons de limites de détectiondes analyses de concentrer l’aérosolauparavant [96]. Ces derniers années,d’autres techniques plus lourdes, baséesprincipalement sur la spectrométrie demasse en ligne, ont été développées [97,98, 99]. Mais il s’agit principalementd’applications environnementales et lestechniques sont coûteuses et a prioridifficiles à mettre en œuvre dans lecadre de mesures en atmosphère detravail.

En plus de la composition chimiqueet de la distribution granulométrique, lamorphologie et la densité sont d’autresparamètres structuraux à prendre encompte. L’étude de ces deux paramètrespour les agglomérats a fait l’objet depublications en raison des possibilitésnouvelles de couplage de différentestechniques. Virtanen et coll. [100] ontdéveloppé une méthode basée sur desmesures simultanées de la distributiongranulométrique à l’aide d’un SMPS etd’un ELPI suivies d’une procédure decalcul pour aboutir à la détermination dela dimension fractale (Df) et de ladensité effective (ρe) des agglomérats. Ladensité effective est un paramètre quiintègre la densité du matériau, la formeet la porosité des particules. La procédurede calcul consiste à déterminer, à partirdu résultat de la mesure de la distribu-tion en nombre du SMPS, la réponsethéorique en courant de l’ELPI, puis derechercher les valeurs des deux paramè-tres Df et ρe qui minimisent l’écart entreles réponses en courant théorique et

Celle-ci peut être égalementemployée pour des mesures de distri-bution granulométrique ou de concen-tration en masse [88]. Couplée à la micro-scopie électronique à transmission, ellepermet d’étudier les propriétés structu-rales des agglomérats composés departicules ultra-fines comme la densité,le facteur dynamique de forme ou ladimension fractale [89, 90].

AUTRES CARACTÉRISTIQUESPHYSICO-CHIMIQUES

Au-delà du simple comptage, lestechniques de microscopie électro-nique (MEB, MET…) sont surtout inté-ressantes pour les caractérisationsstructurales ou pour la micro-analysede particules ultra-fines [91, 92]. Ellesont donc un intérêt tout particulierdans le cadre d’une stratégie de mesuredes caractéristiques des aérosols ultra-fins en atmosphère de travail ou d’étu-des sur les performances des appareils[93]. Toutefois, la mise en oeuvre destechniques de microscopie demandeun travail préalable concernant lacollecte et la préparation des échan-tillons [62, 63], mais également lestechniques de traitement et l’analysedes images spécifiques aux agglo-mérats.

La charge électrostatique des aéro-sols est un paramètre important puis-qu’il concerne le dépôt dans les voiesrespiratoires – même si ce dernier n’estpas encore pris en compte dans lesmodèles diffusés – mais également ledépôt dans les tubes de prélèvement. Lacharge des aérosols peut être obtenue demanière globale à l’aide d’un systèmefiltre-électromètre [57] ou en fonction dela taille des particules à l’aide d’unappareil ELPI. Glover et Chan [60] ontproposé cette méthode pour caractériserles aérosols pharmaceutiques issus desinhalateurs.

Le développement de la connais-sance des caractéristiques chimiquesdes particules qui composent les aéro-sols ultra-fins est également nécessairepour une meilleure estimation desexpositions et des risques, la compo-sition chimique pouvant affecter la toxi-cité des particules ultra-fines. Pour cequi est de la spéciation des particulesultra-fines, elle est souvent fonction desconditions de génération. C’est le casdes aérosols de combustion, de soudageou d’autres procédés « chauds ». Il est

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réelle. Une approche légèrement diffé-rente a été proposée par Maricq et Xu[101] avec un montage du SMPS et del’ELPI en tandem. Cette approche a étémise en œuvre pour évaluer Df et ρe surdes agglomérats ultra-fins de suie issusde moteurs. Il existe également d’autresméthodes comme la spectroscopie àcorrélation de photons qui a fait l’objetd’un développement récent pour caracté-riser des particules ultra-fines d’oxydesmétalliques [102].

Dans le cas d’émissions multiples,il est souhaitable de s’interroger sur dessignatures singulières qui pourraientêtre analysées pour discerner les parti-cules visées de celles présentes dansl’aérosol mesuré, comme la signaturemagnétique du matériau constitutif desparticules [103].

Il est probable aussi que les déve-loppements dans le domaine des nano-technologies pourraient permettre ladétection d’espèces chimiques indivi-duelles. Cohen et coll. [104] ont déve-loppé une technique unique de détec-tion des particules ultra-fines acides.Cette technique se base sur l’utilisationde nano-films de fer et sur la micro-scopie électronique à balayage. Lorsquecelles-ci entrent en contact avec le nano-film, il y a formation de sites de réactionqui peuvent être énumérés par micro-scopie. Cette technique, encore actuelle-ment en développement, est intéressantepuisque ce type de détecteur pourraitêtre incorporé dans des systèmes indivi-duels d’échantillonnage sélectif pourl’évaluation de l’exposition aux aérosolsultra-fins. Un travail de recherche reste àentreprendre quant au développementde méthodes d’analyses chimiques.Compte tenu des faibles niveaux deconcentration, une réflexion sur laprécision des résultats associée à cesdéveloppement semble primordiale.

Comme c’est généralement le caspour une problématique nouvelle, laquasi totalité des techniques disponiblesqui peuvent employées sont relative-ment complexes, difficiles à mettre enœuvre sur le terrain, encombrantes etcoûteuses. Ces techniques demandentencore à être élaborées et testées en labo-ratoire et en situation réelle. Toutefois,en pareille situation, il est intéressant depenser à des développements plussimples qui pourraient utiliser des tech-nologies largement employées parailleurs à faible coût. Suivant cetteapproche, Litton et coll. [105] ont mis aupoint un système basé sur la combinai-son de deux principes bien connus et

comparaisons, comme celle de Matsonet coll. [107] sur les compteurs de parti-cules portables, de celle de Dahmann etcoll. [108] sur les analyseurs de mobilitéélectrique, ou bien encore de celle deMaricq et coll. [109] sur la comparaisonentre l’ELPI et le SMPS. Ces étudespeuvent également demander des instal-lations expérimentales de laboratoire. Ànotre connaissance, il n’existe qu’uneseule publication qui décrit une installa-tion dédiée à des tests d’appareils demétrologie pour des aérosols submicro-niques [110].

Par ailleurs, toutes les techniques ouméthodes décrites utilisent des outils decalcul plus ou moins complexes pour letraitement des données, comme parexemple des algorithmes de traitementdes signaux, d’inversion des donnéesou de couplage de données lorsquedifférents principes physiques sontemployés. Ces techniques font l’objetde développements constants qui fontbien souvent l’objet de publicationsspécifiques.

La quasi totalité des instrumentsopérant une sélection en taille nepermettent de séparation totale desparticules. Il existe une probabilité nonnulle pour que des particules d’unecertaine dimension aient été par erreurclassées par l’instrument dans un canalcorrespondant à une autre dimension.Ceci a deux conséquences : la modifi-cation de la distribution granulomé-trique réelle et celle de la concentration,si cette dernière est mesurée. Si l’onconnaît les performances (sélection,dépôt…) de l’instrument vis-à-vis de lataille des particules, il est possible decorriger les erreurs. Les procédures decorrection utilisent des méthodesd’inversion (méthodes non linéaires),nécessaires, voire indispensables, pourcertaines techniques (impacteurs,batterie de diffusion, SMPS…).Certaines d’entre elles sont intégrées auprogramme d’acquisition et de traite-ment (par exemple le SMPS). Pourd’autres, il convient de les développercar ces outils ne sont pas disponibles surle marché ; c’est le cas pour les impac-teurs. Dong et coll. [111] ont diffusé uneméthode d’inversion appliqué à l’ELPI.

Aucune des techniques de mesureactuelles ne permet de réaliser la mesureidéale pour caractériser les aérosolsultra-fins issus d’un procédé dans uneatmosphère de travail. Néanmoins, toutesfournissent une information utile sur

abondamment employés dans les détec-teurs utilisés pour le contrôle de laprésence éventuelle des particules defumées : la détection ionique et la détec-tion optique. Les réponses obtenuessuivant ces deux principes sont tous lesdeux très sensibles notamment à lagranulométrie de l’aérosol. Toutefois,l’étude montre que le rapport destensions peut être utilisé pour estimer,avec une bonne sensibilité, la concentra-tion en masse ou la surface, sans infor-mation particulière sur la distributiongranulométrique de l’aérosol. Ce systè-me a été expérimenté avec des aérosolspolydispersés de diamètre moyen envolume (DMV) compris entre environ150 nm et 500 nm, pour des concentra-tions entre environ 0,5 et 15 mg/m3.Cette technique demande à être exploréecar elle pourrait avoir une applicationpour la détection mais peut-être égale-ment pour l’estimation de l’exposition.

L’OMAC (Opposed MigrationAerosol Classifier) est une techniqueoriginale et prometteuse [106]. Danscet instrument, l’aérosol à caractérisers’écoule dans un canal délimité dechaque côté par deux électrodes poreu-ses. Un champ électrique est appliquéentre ces deux électrodes induisantune migration des particules chargéesqui est exactement contre-balancée parun flux d’air propre s’écoulant de façontransversale au travers des électrodesporeuses. Seules les particules ayant unecertaine mobilité électrique sont trans-mises au sein du système et peuvent êtrecaptées en aval par un compteur de typeCNC. De la même façon que dans unSMPS, on faisant évoluer la tension auxbornes des électrodes, différentes taillesde particules correspondant à différentesmobilités électriques vont pouvoir êtresuccessivement sélectionnées et compta-bilisées. Un des atouts de l’OMAC résidedans sa taille qui est significativementréduite par rapport à celle d’un SMPSclassique. Ce système est actuellementen développement.

ANALYSE DES DONNÉES

Il convient d’être prudent quant àl’interprétation des données obtenues àl’aide de techniques décrites par rapportaux limites de détection de tailles desparticules et de concentration. Le résultatd’une mesure de concentration ennombre pour un aérosol ultra-fin est enparticulier très sensible à l’efficacité decomptage de l’instrument considéré.D’où l’opportunité d’études d’inter-

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un aspect particulier d’un aérosol ultra-fin. La méthode la plus pertinente à cejour est basée sur la combinaison deplusieurs techniques. Du fait des diffé-rences dans les principes de mesure, desdifficultés existent dans la combinaisondes résultats. Des algorithmes spéci-fiques doivent être alors développés.Khlystov et coll. [112] ont publié un travailsur la combinaison d’une technique detype SMPS à une technique mesurant entemps réel le diamètre aérodynamiquedes particules.

Une des questions clés dans ledomaine de la métrologie à l’heure actu-elle est de savoir de quelle façon l’instru-mentation existante pourrait êtreemployée pour caractériser l’expositionprofessionnelle aux aérosols ultra-finssuivant la métrique « surface ». Woo etcoll. [74] décrivent une approche inté-ressante d’estimation de la concentrationen surface dans l’air à partir de troismesures intégrées indépendantes :nombre total de particules (à l’aide d’unCNC), masse totale des particules (àl’aide d’un photomètre) et charge totaledes particules (à l’aide d’un chargeur pardiffusion – électromètre). Dans un pre-mier temps, la distribution granulo-métrique de l’aérosol est déterminée enminimisant les écarts entre les résultatsdes trois mesures et les résultats théo-riques, obtenus pour chaque techniqueà partir de leur courbe théorique deréponse. Dans un deuxième temps, laconcentration en surface est calculée àpartir de la distribution granulométriquede l’aérosol. Cette approche à été étenduepar Maynard [75] aux cas de deux mesuresintégrées indépendantes (nombre etmasse), en faisant toutefois une hypo-thèse sur la dispersion de la granulo-métrie recherchée. Ce type d’approches’avère séduisant puisqu’il permettraitd’engranger un nombre de donnéesd’exposition important à moindre coût.Toutefois, il ne doit pas supplanter lenécessaire développement de méthodesplus précises et l’utilisation de tech-niques plus sophistiquées.

CONCLUSION

En 2001, le sujet des particulesultra-fines dans un cadre de santé autravail avait été abordé au cours ducolloque international « Poussières,fumées et brouillards sur les lieux de

au Travail (CIST) au niveau internatio-nal [117] et le HSE au niveau européenconsidèrent qu’elles sont effectivementun nouveau défi à relever dans ledomaine de la santé au travail [118].

La caractérisation des particulesultra-fines fait appel à une instrumen-tation spécifique qui diffère de cellehabituellement utilisée en hygiène dutravail. Les méthodes classiques nesont pas adaptées et les techniquesnécessaires pour mesurer ces diffé-rentes caractéristiques ne sont pasencore entièrement disponibles. Ellesdemandent donc à être développées :la disponibilité de celles-ci est un pré-requis essentiel aux mesures d’exposi-tion. Par exemple, une des questionsclés à l’heure actuelle est de savoir dequelle façon l’instrumentation existantepourrait être employée pour caractéri-ser de façon pertinente l’exposition pro-fessionnelle aux aérosols ultra-finsnotamment suivant la métrique « sur-face ». Un effort doit être fait dans cesens pour aboutir à des méthodes quipourraient être utilisées en routine oupour des mesures individuelles.

Un certain nombre d’initiatives ontd’ores et déjà été mises en place. AuxÉtats-Unis, en réponse à la demande dugouvernement fédéral de mettre unaccent fort sur la question du risquepotentiel lié aux nanotechnologies, leNIOSH a démarré un programme derecherche qui couvre l’ensemble dudomaine de la toxicologie à l’évaluationdes risques en passant par la mesure etla caractérisation des expositions, lesmoyens de protection et de contrôle[119]. Au niveau européen dans le cadredu sixième Programme cadre de recher-che et développement technologique(PCRDT), le programme Nanosafe 2 apour finalité de définir une méthodecommune d’évaluation des risques asso-ciés à la fabrication et à la manipulationdes nano-objets. Coordonné par leCommissariat à l’Energie Atomique, ilimplique près de 25 organismes et entre-prises et comporte plusieurs volets dontun sur la métrologie, la toxicité, la pro-tection des opérateurs et la préventiondes risques industriels.

L’INRS a récemment élaboré unprojet de recherche dénommé EXPAU(EXposition Professionnelle aux Aéro-sols Ultra-fins). Ce projet porte pourl’essentiel sur le volet « exposition » durisque potentiel par le développementde méthodes de mesures et de campa-gnes de mesure sur site. Au niveau

travail : risques et prévention » organiséconjointement par le Comité Chimie etle Comité Recherche de l’AssociationInternationale de la Sécurité Sociale(AISS) [113].

Si l’on se base sur le nombre d’arti-cles scientifiques, de rapports publiésrécemment dans les disciplines commela (nano)toxicologie, l’épidémiologie, lamétrologie, la physique, la chimie… laquestion des particules ultra-fines ensanté travail a bien émergé [114].

Dans l’environnement, les sourcesd'émission sont connues et relativementbien documentées : rejets industrielsou bien encore pollution automobileurbaine. Dans le milieu du travail,l’information est nettement plus éparse.Les particules ultra-fines peuvent êtreémises dans l’atmosphère par diffé-rentes sources qui dépendent du typed’activité et du procédé mis en jeu. Dansles technologies conventionnelles, cesont principalement les procédés« chauds » (soudage, métallisation, laser,dégradation thermique etc.) et les émis-sions des moteurs qui conduisent à laformation et à la dispersion d’aérosolsultra-fins, même si l’on ne peut pasexclure ceux émis par le biais d’uneaction mécanique. Mais c’est surtoutvers les nanotechnologies que la questiondes risques pour la santé au travail sepose, en particulier avec l’essor considé-rable des nanomatériaux [115]. Ces nou-veaux matériaux mettent à profit leursexceptionnelles propriétés (mécaniques,optiques, thermiques, chimiques...)associées aux structures à l’échelle nano-métrique. Beaucoup de nanomatériauxsont en phase de développement maisd’autres sont déjà utilisés dans diverssecteurs industriels comme la chimie, lapharmacie, la métallurgie, le bâtiment, lacosmétique, l’automobile…

Une conséquence de ce développe-ment est que le nombre d’employéspotentiellement exposés aux particulesultra-fines peut s’accroître significati-vement dans un avenir proche parrapport au nombre d’employés exposésaux particules ultra-fines émises parles technologies conventionnelles. Aucours de ces derniers mois, un nombreimportant de rapports ont mis en avantla nécessité de travailler dès à présentsur le risque lié à l’exposition auxparticules ultra-fines notamment dansle cadre des nanomatériaux [3, 36, 41,116]. Face au potentiel considérableque représentent les nanotechnologies,la Commission Internationale de Santé

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international, l’INRS participe au groupede travail ISO/TC146/SC2/WG1 pilotépar le NIOSH qui élabore un textedestiné à apporter des éléments deconnaissance métrologique pour l’évalu-ation de l’exposition en vue d’une éven-tuelle future norme dans ce domaine.

Ce groupe ISO est également àl’initiative du colloque international« Nanomaterials : a risk to health atwork ? » qui s’est déroulé du 11 au 14octobre 2004 à Buxton (Angleterre). Il aréuni, pour la première fois, différentsacteurs du monde de la recherche, del’industrie, de la prévention, les autoritésréglementaires et les législateurs. Lesconnaissances actuelles sur les effets etsur les expositions ont été présentées,

risques potentiels suppose la mobilisa-tion d’équipes pluridisciplinaires dans laplus grande transparence. Le deuxièmecolloque international se tiendra en octo-bre 2005 à Minneapolis (USA). Mêmes’il n’existe pas encore de socle suffi-samment bien stabilisé pour mettre enplace des mesures de prévention parfai-tement adaptées, des politiques de pré-vention doivent cependant dès à présentêtre élaborées, pré-adaptées aux condi-tions d’exposition au travail et optimi-sées en fonction de l’expérience acquise[120].

Reçu le : 15/02/2005Accepté le : 08/04/2005

ce qui a permis de définir les besoinsd’études et de recherches dans lesdomaines de la toxicologie, de l’épidé-miologie et de la mesure. Mais d’autresquestions ont également été soulevées :les niveaux de protection des EPI (équi-pement de protection individuelle :masques, gants, tenues vestimentaires)sont-ils satisfaisants ? Les moyens deprotection collective sont-ils efficaces ?Les procédés actuels sont-ils toujoursadaptés lorsque l’on manipule des nano-matériaux ? Les nanomatériaux doivent-ils être considérés comme des substan-ces nouvelles ? Quelles valeurs limitespour l’avenir ? Les règles actuelles sont-elles appropriées pour la protection destravailleurs ? La mise en évidence des

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