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Aérosols

Sommaire de la page (Articles, Dossiers, Études...) : La protection respiratoire contre les bioaérosols /

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1) Généralités :

On définit les aérosols comme des suspensions de particules solides ou liquides dans l’air ambiant.
Coulée de fonte
Les aérosols peuvent être produits, d’une part, par des mécanismes de désagrégation de divers matériaux : des métaux, du bois, des roches, des briques, des parpaings, des pavés, du verre, etc. Cette désagrégation résulte de diverses opérations ou travaux comme le découpage, le concassage, le meulage,, le sciage, le ponçage, etc. La désagrégation produit des particules relativement grosses de diamètre supérieur à 2µm.





Les aérosols peuvent être produits, d’autre part, au cours de la pulvérisation des liquides. Cette opération est souvent assimilée à un mécanisme de désagrégation.

Enfin, les aérosols peuvent être produits par nucléation, c’est-à-dire par condensation des vapeurs des métaux ou des liquides portés à haute ou très haute température lorsqu’ils sont refroidis brutalement. Les particules produites par nucléation sont très petites de diamètre inférieur à 0.1 µm.

Selon les tailles des particules en suspension, la durée de vie d’un aérosol va de quelques heures (Ø < 10 µm) à plusieurs jours (Ø < 0.1 µm). Au-delà, les particules en suspension se déposent sur les surfaces à partir desquelles elles pourront être remises en suspension à la faveur de courants d’air ou quelque action favorisant l’agitation de l’air.

On dit qu’un aérosol est monodispersé lorsqu’il est constitué de particules de tailles sensiblement identiques. La grande majorité des aérosols sont polydispersés pour la raison qu’ils sont constitués de particules de taille variées. On notera, toutefois, qu’une fois émis un aérosol polydispersé tend à devenir monodispersé après que les grosses particules se seront déposées.

Les aérosols liquides sont constitués de gouttelettes en suspension. Les brouillards sont des aérosols liquides. Les nuages sont à la fois des aérosols liquides et solides (cristaux de glace et de neige en suspension du fait des mouvements de convection). Les nébulisats sont des aérosols liquides obtenus par nébulisation (improprement appelée vaporisation) de divers liquides contenus dans des réservoirs (peintures, pesticides, lubrifiants, dégrippants, nettoyants, etc.). Les fumées liquides sont produites par la condensation des vapeurs d’un liquide chauffé (fumées liquides des moteurs à combustion, fumées liquides des installations de fumaison, etc.).

Les aérosols solides sont constitués de particules solides mises ou remises en suspension : nuage de farine, nuage de poussière, nuage de ciment auprès d’une bétonnière, etc. Les fumées solides sont des mélanges des gaz de combustion et des vapeurs condensées des matériaux portés à très haute température. Les fumées de soudage, les fumées des métaux en fusion, les fumées d’incendie sont des fumées solides.

2) Propriétés de particules :

La taille des particules conditionne un certain nombre de propriété des particules et, de facto, des aérosols qui les sustentent.

Les plus petites sont des nanoparticules (< 100 nm). Aujourd’hui, on ne sait que très peu de choses sur les dangers de ces nanoparticules. La priorité des recherches est donnée à la découverte et l’innovation, une part insignifiante (moins de 3 %) est consacrée aux risques.

Les particules ultrafines sont des particules dont la taille est inférieure à 0.1 µm. Ces particules sont très fréquentes dans les fumées des incendies, et particulièrement au cours des feux de forêt. Mais, contrairement à ce que l’on voit écrit parfois, ce ne sont pas essentiellement des nanoparticules. Généralement, on abuse du terme pour laisser croire que la production de nanoparticules pourrait être naturelle comme pour justifier, sans précaution, la production de nanoparticules artificielles. Les ultra particules se trouvent dans les aérosols issus du sablage (ultra particules de silice) ou du meulage (ultra particules d’émeri et métalliques).

Naturellement, la taille des particules est importante pour expliquer leur pénétrabilité dans les voies respiratoires profondes et leur diffusabilité au travers des muqueuses ou de l’épiderme, voire à travers les membranes cellulaires pour les nanoparticules.

D’autres propriétés sont dépendantes de la forme des particules. On classe les particules en cinq catégories selon leur forme : les particules sphériques, les particules cubiques, les particules fibreuses, les particules agrégées et les particules floculées. En outre, les nanoparticules possèdent des formes particulières : en cage des fullerènes, nanotubes, nanomousses, etc.

Aujourd’hui, les formes fibreuses de certains nanomatériaux font craindre que des problèmes de santé de type amiante n’émergent dans les ateliers et les entreprises où l’on utilise ces produits.

3) Propriétés des aérosols :

Les propriétés les plus notables des aérosols dépendent du nombre de particules par unité de volume du nuage, de la masse de matière active par unité de volume du nuage et de la distribution des tailles des particules. Ces propriétés sont sans cesse en évolution du fait des phénomènes propres aux aérosols, particulièrement les mécanismes de sédimentation des particules. Globalement, dans un nuage d’aérosol vieux de quelques heures, il restera plutôt des particules fines et la charge massique aura diminué.

4) Dangers des aérosols :

Les particules présentes dans les aérosols sont particulièrement à craindre lorsqu’elles arrivent à pénétrer dans les voies respiratoires et à s’y déposer.

Les personnes exposées, particulièrement les travailleurs, ne sont jamais totalement protégées sauf à porter en permanence un masque respiratoire adapté. L’exposition et les atteintes potentielles vont dépendre de la durée d’exposition à l’aérosol, de sa concentration et de la taille des particules, du rythme respiratoire du travailleur et de la configuration de ses voies respiratoires, de son type de respiration (par la bouche ou le nez).

Une fois pénétrées, les particules vont se fixer sur les muqueuses des voies aériennes. La plupart vont être immobilisées dans les voies aériennes supérieures. Seules les plus petites particules vont atteindre les voies respiratoires profondes. Aujourd’hui, les particules sont classées en trois fractions : la fraction inhalable ou inspirable, la fraction thoracique et la fraction respirable.

La fraction inhalable comporte des particules dont le diamètre est inférieur à 100 µm. Ces particules sont particulièrement dangereuses, bien entendu, si elles se déposent dans les voies respiratoires profondes, mais aussi en quelque autre endroit des voies respiratoires.

La fraction thoracique comporte des particules qui présentent des risques pour les voies respiratoires moyennes et probablement les alvéoles pulmonaires.

La fraction respirable concerne les particules capables d’atteindre, presqu’à coup sûr, les alvéoles pulmonaires. Ces particules sont généralement de taille inférieure à 10 µm.

Pour ce qui est des nanoparticules dont on pourrait penser, parce qu’elles sont très petites, qu’elles sont plus aptes d’atteindre les voies profondes, des études ont montré qu’elles étaient, a contrario, capturées totalement au niveau des voies respiratoires supérieures ou moyennes.

5) Les effets des aérosols sur la santé :

Les effets des aérosols sur la santé dépendent principalement de la toxicité des particules, de la dose absorbée et de la durée de l’exposition. Il faut cependant tenir compte des caractéristiques de la personne exposée. En effet, toutes les personnes ne sont pas égales en termes de sensibilité suite à l’exposition à des particules (état de santé, allergies, déficit immunitaire, etc.)

Lorsque des particules se déposent sur les muqueuses respiratoires, soit elles sont hydrosolubles ou liposolubles, alors elles sont dissoutes et absorbées avant d’être éliminées (reins, sueur, etc.) ou stockées dans divers tissus (graisses pour les particules liposolubles, par exemple), soit elles sont insolubles, alors elles sont éliminées par les mouvements des cils de la trachée et des bronches, les mucosités, ou les macrophages au niveau des alvéoles.

Si bien des particules ne présentent pas de dangers pour la santé, certaines sont redoutables. C’est le cas des particules cancérigènes : amiante, cadmium, béryllium, silice, talc fibreux, etc. ; c’est aussi le cas des particules allergisantes : bois, farine, diverses poussières métalliques, végétales ou animales ; certaines particules sont irritantes : ciment, plâtre, gypse, perlite, bois, amidon, cellulose, etc.

Aujourd’hui, on ne sait pas grand-chose des risques des nanoparticules sur la santé. Une des inconnues parmi les plus préoccupantes reste leur capacité à pénétrer dans les cellules où leur devenir est totalement ignoré. Certaines applications des nanoparticules ont été abandonnées quand on s’est aperçu que ces particules pénétraient dans les neurones et se déplaçaient le long des axones. Remarquablement, les chercheurs à l’origine de ces découvertes n’ont pas beaucoup communiqué sur ces questions ! Une chose est sûre, c’est que tous les chercheurs dans le domaine des nanomatériaux annoncent qu’ils ne savent pas grand-chose… mais la chose dont ils sont tous sûrs, c’est que la toxicité des nanoparticules n’est pas seulement celle des matériaux qui la composent…






La grande famille des aérosols :
http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/6056-la-grande-famille-des-aerosols.php

Aérosols atmosphériques : une question de tailles :
http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-aerosols-atmospheriques-une-question-de-tailles-26310.php

Aérosols atmosphériques :
http://tropo.aeronomie.be/ppt/Aerosols_atmospheriques(PortesOuvertesIASB).ppt

Modélisation des aérosols atmosphériques (cours Master) :
http://cerea.enpc.fr/fich/support_cours/SGE_M2_modelisation/cours_aerosol_master_2010.pdf






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