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Etude expérimentale et modélisation de l’émission d’aérosols ultrafins lors du déversement de poudres nanostructurées

Ibaseta, Nelson. Etude expérimentale et modélisation de l’émission d’aérosols ultrafins lors du déversement de poudres nanostructurées. PhD, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2007

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Official URL: http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000612/

Abstract

Lors de ces dernières années, on constate une croissance considérable des procédés de production de nanoparticules, dont la taille est inférieure à 100 nm. Des questions se posent alors à propos des risques pour l’homme et pour l’environnement associés à la production, à la manipulation et à l’usage des nanoparticules. L’objectif de ce travail est de proposer des nouvelles approches et méthodologies adaptées à l’étude de l’émission d’aérosols ultrafins lors du déversement de poudres nanostructurées, afin de comprendre les mécanismes qui mènent à la mise en suspension des nanoparticules. Un test de nanopoussièrage a été conçu afin d’étudier les aérosols émis par le déversement de trois poudres nanostructurées : TiO2, SiO2 et Al2O3. Les aérosols émis ont été caractérisés en termes de concentration et distribution de taille, à l’aide d’un Impacteur Electrique à Basse Pression (ELPI). Dans tous les cas, on retrouve des aérosols bimodaux, avec deux populations correspondant aux agglomérats micrométriques nanostructurées présents dans la poudre, et aux agrégats nanométriques libérés pas fracture des précédents. Les paramètres opératoires (hauteur de chute et masse déversée) ont une grande influence sur la quantité d’agglomérats micrométriques mis en suspension. En revanche, la quantité d’agrégats ultrafins émis n’est pas influencée significativement par les paramètres opératoires, mais plutôt par la structure des agglomérats qui constituent la poudre. L’existence d’agrégats ultrafins dans l’air a été vérifiée par observation au Microscope Electronique de Balayage des particules déposées sur les plateaux de collecte de l’ELPI. Une analyse d’images a été réalisée sur les photographies des agglomérats de fumée de silice, SiO2. Les résultats montrent une structuration des agglomérats à deux niveaux, avec des agrégats assez ouverts (Df=1.9) qui sont ensuite agglomérés d’une façon beaucoup plus compacte (Df=2.5). Il existe donc une relation entre le procédé de production et la structure de la poudre, laquelle détermine la libération des ultrafines. Une approche Euléro-Lagrangienne a été proposée pour modéliser la chute d’un paquet de particules faiblement concentré dans un fluide visqueux au repos. Les résultats montrent que, même dans le régime visqueux (Red£1), il existe une perte en particules qui conduit à terme à la déstabilisation du paquet.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution: Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT
Laboratory name:
Research Director:
Biscans, Béatrice
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