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Module 1: Paramètres environnementaux

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PM – Particules
Donc, tout simplement recap. Nous avons du SO2, des NOx, donc les NOx sont NO2 et NO. Nous avons l'ozone, le monoxyde de carbone, nous avons PM. Alors vous pourriez avoir d'autres choses, qui sont des hydrocarbures non brûlés, et avec les additifs qui sont dans le carburant. Donc, beaucoup de ces produits sont liés à la combustion. La présence d'ozone, quelque chose comme l'ozone, est due à des réactions photochimiques, à la formation d'ozone, à des formes d'ozone dans l'atmosphère à la suite de réactions qui se produisent parfois avec les hydrocarbures non brûlés. Il existe plusieurs possibilités dans lesquelles cela pourrait se produire et aussi avec les NOx, il y a la chimie de l'ozone qui est également liée à la teneur en NOx. Donc, nous allons l'examiner plus tard vers la fin du cours si nous avons le temps. Si nous n'avons pas le temps, nous le sauterons. Cela relève de la chimie de l'atmosphère. Il y a de très bonnes références pour ce type de chimie de l'atmosphère et de physique. Un bon livre de référence pour vous est le livre de Seinfeld et Pandis, la Chimie et Physique de l'atmosphère, je pense, je ne me souviens pas exactement. Il traite également des changements climatiques écrits par John Seinfeld et Spyros Pandis. C'est un énorme livre, il fait environ 400 pages. Il couvre 3 ou 4 cours de cette nature d'accord. Vous ne pouvez pas terminer la lecture en une seule fois. Pour un programme de physique et de chimie de l'atmosphère, c'est bon. C'est comme un livre de référence, un bon livre, vous pouvez avoir beaucoup d'informations que n'importe lequel d'entre vous qui travaille dans ce domaine peut, il est là dans la bibliothèque, si vous pouvez en extraire une copie. Je l'ai aussi, si vous le voulez, regardez ça. Quoi qu'il en soit, c'est ça. Donc, maintenant, une des choses que nous avons passé un peu plus de temps sur cette chose appelée PM, les particules. (Référez-vous à l'heure de la diapositive: 03:20) Ainsi, la matière particulaire est l'un des paramètres les plus couramment utilisés pour la qualité de l'air. Donc les gens citont une question particulière, PM this et PM, et donc quelle est la définition de ceci? Donc, si vous regardez les spécifications du CPCB ou de tout organisme de réglementation, l'une des agences de régulation que nous citons couramment et dans le cours que j'ai également eu beaucoup d'informations, c'est l'EPA des États-Unis, la United States Environmental Protection Agency. Il y a beaucoup de littérature, donc tu peux aller chercher ça. Je placerai le lien dans le module dans la page Web du cours. L'EPA des États-Unis a également été formée autour des années 70, au début des années 70 et beaucoup de fonds ont été fournis pour divers types de travaux de surveillance et ils ont parrainé un grand nombre de méthodes d'analyse. Bon nombre des méthodes d'analyse utilisées sont basées sur une partie du travail qu'elles ont appuyé et certaines des méthodes standard d'analyse et tout ce qui est codé. Ce n'est pas eux qui le font. Il existe d'autres agences, plusieurs agences de protection de l'environnement des syndicats européens et l'agence canadienne, mais le temps qu'ils ont dépensé est très important et les ressources qu'ils ont données à cela, c'est donc une très bonne source à conserver en tant que référence . Donc, PM, et c'est plus ou moins partout dans le monde et nous utilisons le même type de normes parce qu'il est partout où il est originaire. Donc, si vous allez voir les normes, de toute façon, la chose commune que nous voyons maintenant ce qu'on appelle les PM10 et les PM2.5. Tant d'entre vous en ont entendu parler, les PM10 et les PM2.5. Alors, qu'est-ce que les PM10 et 2.5 d'accord? Donc 10 peuplements pour 10 microns et 2,5 pour 2,5 microns de particules. Donc, ce qu'il représente ce PM10 est tout ce qui est inférieur à 10 microns, toutes les particules de moins de 10 microns, c'est moins de 2,5 microns. Qu'est-ce que vous voulez dire est moins de 10 microns? Cette moins de 10 microns est une représentation de la taille de la particule comme vous pouvez voir qu'il y a une dimension ici, mais qu'est-ce que cela signifie 10 microns? Ainsi, les particules peuvent être de toutes sortes de formes et de tailles. Alors, disons que j'ai une particule qui ressemble à ça, et une particule qui ressemble à ça, puis la particule qui a l'air d'une sphère sympa, une particule sphérique circulaire et une particule qui ressemble à cette forme irrégulière, une particule avec beaucoup de pores et tout ça, oui, et comme une particule qui est creuse, vous pouvez avoir des formes différentes. Vous avez différentes densités de particules. Les particules qui peuvent avoir une certaine taille, mais alors leur densité peut être très faible. Alors, que fait-on de ce 10? So, this 10, this is connus as the aerodynamique diamètre. Ainsi, la définition du diamètre aérodynamique est le diamètre souvent équivalent de particule sphérique de densité 1 gramme par centimètre cube qui a les mêmes stocks ’ vitesse de sédimentation. Donc, ce que cela signifie, c'est qu'il s'agit d'une particule qui a les mêmes vitesses de sédimentation. Combien d'entre vous ici ne sont pas familiers avec la vitesse de décantation, ce qui est en décantation. Je pense que la plupart des gens du génie civil ou du génie chimique ont déjà vu la vitesse de décantation, donc juste un résumé. La vitesse de décantation est si j'ai mis une particule dans un fluide, elle va descendre à cause de la gravité, elle est retenue, il y a une traînée qui agit sur la particule et il y a aussi une certaine flottabilité qui agit sur la particule, surtout si elle se passe dans l'eau, mais dans l'air que la flottabilité n'est pas très significative. Donc, c'est principalement la traînée et par laquelle la particule atteint une vitesse constante et il n'y a pas d'accélération. Donc, si une particule a une très grande densité, essentiellement la masse de la particule d'accord, alors la gravité est m en g, en g, c'est-à-dire que si c'est une particule sphérique est un cube de dp pi par 6 multiplié par la densité de la particule en g. Donc, une masse de la particule que vous pouvez avoir une très grande masse si vous avez une faible taille mais très haute densité ou très faible densité mais très grande taille, soit comme il est possible. Donc, juste en regardant la particule, vous ne pouvez pas savoir comment elle va s'installer, mais elle peut être creuse ou avoir une forme bizarre et tout ça. Donc ce n'est pas une dimension physique, c'est la caractéristique de la particule dans laquelle il se comporte dans un fluide, pourquoi Stokes ’ décantation du diamètre parce que c'est la chose la plus facile que vous pouvez caractériser les particules, mais pourquoi le décantation est-il choisi comme point de référence pour caractériser la taille d'une particule? (Reportez-vous à la page Heure de la diapositive: 10:35) Nous vous demandons pourquoi le comportement aérodynamique d'une particule? Pourquoi? Quelqu'un? Certains d'entre vous connaissent déjà la réponse. Cela a à voir avec, alors permettez-moi de vous poser une autre question. Donc vous avez ces 2 chiffres. Vous avez PM10 et PM2.5 ouais. Donc évidemment, même si vous supposez que vous n'avez qu'à regarder les chiffres de taille, PM10 était il y a quelques dizaines d'années, et puis soudain PM2.5 apparaissait. Maintenant, il y a PM0.1, PM1, puis il y a des particules ultrafines d'accord. Donc la taille va plus loin. Si vous regardez la taille des particules qui existent dans l'atmosphère, vous avez une très large gamme de particules. Ces particules si vous regardez le diamètre en microns, vous pouvez aller jusqu'à 100 microns, vous regardez à 10 microns, vous regardez une unité de 1 micron, en regardant 0.1, vous avez 0,01 et ainsi de plus. Vous avez une très large distribution. Vous avez une distribution qui ressemble approximativement à ça. Ceci est un peu bimodal, ce qui signifie que les particules sont là tout le long de près de 10 nanomètres, il s'agit de 10 nanomètres et jusqu'à près de 100 microns dans l'atmosphère.
Donc, il y a une classification pour ce genre de particules. Ces particules dans la gamme inférieure sont considérées comme provenant de la phase gazeuse des activités de combustion et c'est leur formation due à la condensation des produits en phase gazeuse. Donc, la combustion de carburant arrive en phase gazeuse et dès qu'elle sort, elle se refroifait très rapidement et forme une particule. Si vous prenez une grosse particule et que vous commencez à la casser, vous obtiendrez l'autre taille, à partir de là, vous obtenez la taille plus grande par des processus mécaniques comme le bris ou l'érosion ou que ce genre de choses d'accord. Ainsi, le côté plus petit provient toujours de la condensation d'une phase gazeuse, de phase vapeur, parce que, thermodynamiquement, si elle est stable, elle forme la plus petite particule possible, donc c'est la nanoparticule et cette nanoparticule peut croître, elles s'accumulent, elle forme un noyau et elle commence à croître. Donc, au moment où il sort de l'échappement, il est déjà cultivé une certaine distance, une certaine taille, et puis d'autres matériaux peuvent également se condensiser sur lui et il peut devenir une particule, il peut voyager. Bien qu'il se déplace dans l'atmosphère, il peut croître en taille et devenir des particules de la taille du micron, etc. Donc, des deux côtés, vous avez des particules qui sont générées. Alors, alors vous devez vous demander que, à un moment ou à un autre, quelqu'un a dit PM10 et qu'ensuite il y a un PM2.5, alors nous avons aussi cette gamme de taille qui autour de cette gamme de taille, que nous appelons des nanoparticules, des nanoparticules autour de la gamme au-dessous de 100 nanomètres appelés nanoparticules. Nous l'appelons aussi ultrafine, ne vous inquiétons pas de la nomenclature, les nomenclatures sont en train de changer avec le temps. Vous pouvez donc utiliser des nombres absolus d'accord. Donc, les particules grossiers plus anciennes sont PM10, l'amende est PM2.5 et l'ultrafine est la gamme inférieure, qui peut aussi changer. Alors, pourquoi ce changement se produit, et hier j'ai mentionné que les normes sont toutes en train de changer. Ils changent parce que nous avons plus d'informations sur le comportement et la mesure de certains de ces problèmes, des particules et de ce qu'ils font dans le corps humain. Alors, pourquoi les PM10, PM2.5, quelle est l'importance de cela par l'aérodynamique? Pourquoi faisons-nous toutes ces affaires compliquées? Pourquoi ne pas dire une particule dans l'air, c'est-à-dire qu'elles sont toutes dangereuses. “ commence la conversation entre le professeur et le professeur. Les particules sont cancérigènes, mais nous ne parlons pas encore de la composition des particules. Nous ne parlons que de la taille. Il n'y a nulle part, nous n'avons pas encore mentionné si cette particule est une particule de métal ou une particule organique ou ce qu'elle va bien, nous n'avons pas parlé de son impact sur la santé en fonction de sa composition. Alors, quoi d'autre à voir. Le règlement qui prendra plus de temps, les 2,5 particules prendront plus de temps pour s'établir. Settle où? Si c'est dans l'air, oui, alors il faudra plus de temps pour s'installer sur la partie inférieure où, donc c'est la raison. Ok, alors pourquoi sommes-nous inquiets pour 2.5? S'il ne règle pas ce qui va se passer? Elle sera là dans l'air, c'est cela qui pourrait être l'une des raisons, mais ce n'est pas la raison principale. Votre réponse est dans la bonne direction, mais pourquoi n'est-ce pas PM100? C'est la réponse, PM100 va s'installer très vite. Où va-on s'installer? Supposons qu'il y ait PM100 ici, qu'est-ce qui vous inquiète pour la plupart? Inhalation. Votre inhalation. Alors pourquoi ne vous inquiétez-vous pas des PM100? Il ne s'y installerait même pas, il s'installera avant lui, alors qu'en est-il des PM10? Alors, la question suivante arrive PM10, vous inhalez, supposons que vous l'inhalez, mais vous avez introduit une autre chose appelée PM2.5. Alors, quelle est la différence entre 10 et 2,5? Si vous inhalez les deux, quelle est la différence entre 10 et 2,5? Que peut-on se passer? C'est donc la raison, mais elle ne s'installe pas. Le décantation est une référence, mais ici ce qui se passe dans le corps humain? Qu'advient-il de l'air comme vous? Peut-être que les P2,5 atteignent les poumons. Ouais, pourquoi? PM10, pourquoi? Vous avez raison, taille. Ratteint les poumons, a une plus grande probabilité d'atteindre les poumons, Pourquoi? Son diamètre, il descend des pores en raison de la taille plus petite. Taille plus petite. Il ne peut pas être projeté dans les narines. Pourquoi? Comment ça s'affiche dans la narine, donc c'est le point important, vous avez raison. Les narines filtrant, le corps humain filtre certaines de ces choses d'accord. Alors, comment fil-il? Mucus dans la narine, oui. “ La conversation entre le professeur et le professeur se termine. ” Alors, nous devons revenir un peu, je vous donnerai un peu de fond sur ce point. Donc il y a un laisse supposer que je pense que je vais prendre une nouvelle diapositive. (Référez-vous à l'heure de la diapositive: 17:54)
Supposons qu'il y a une particule solide, une grande particule solide et qu'il y a de l'air qui s'écoule vers elle. Dès qu'il voit cette particule, au fur et à mesure qu'elle s'y rapproche, elle tend à se déplacer. Ces lignes sont appelées "streamlines". Cela représente la direction dans laquelle les gaz, l'air se déplacent d'accord. L'air évolue dans une certaine direction. Dès qu'il voit une obstruction, l'air se déplace autour de lui. Donc, ceci est appelé une séparation rationelle, c'est de la rationalisation séparée, va loin de la direction de son chemin d'origine et elle disparaît. Il s'éteint, passe le long du côté de l'objet, puis revient à nouveau et forme la rationalisation à nouveau d'accord. Donc, à la suite de quoi, si cela contient des particules qui s'en vont avec, oui, quand la séparation simplifiée se produit en fonction, certaines des particules se poursuivront dans sa précédente motion et vont et frappent l'objet, l'obstacle nous laisse dire. Les particules plus petites auront de meilleures chances de voyager avec le gaz et de s'en aller. “ démarre la conversation entre professeurs et étudiants. Inertie. Les plus grosses particules auront une inertie pour qu'elles puissent, pourquoi, si l'inertie est correcte. Qu'est-ce que l'inertie? Quel est le principal élément d'inertie? Masse, élan. Donc, nous avons une inertie. Momentum est la masse à la vitesse, oui. “ La conversation entre professeur et étudiant se termine. ” Vous imaginez donc que vous allez dans une moto ou un cycle très rapide. Vous voyez un obstacle, vous avez un temps de réaction, vous avez le temps. Si vous allez très vite, vous n'avez pas assez de temps pour rompre ou changer de direction, vous allez entrer en collision avec l'objet? Si vous allez assez lentement, vous avez assez de temps pour tourner et vous en aller, ou vous avez un petit véhicule aussi vous pouvez faire ça. Si vous avez un véhicule plus gros, vous essayez de tourner, mais vous pouvez finir par atteindre l'obstacle, c'est à peu près comme ça, ce n'est pas exactement comme ça. Ainsi, plus l'impulsion de la particule est grande, plus grande est la probabilité qu'elle se heurte à quelque chose dans son cheminement. Si vous regardez la voie respiratoire, il y a beaucoup de, ce n'est pas une ligne droite et elle est conçue comme ça pour la raison. Je ne sais pas si elle est conçue comme ça parce que la nature anticipait PM10, mais peut-être seulement PM10 il y a. (Reportez-vous à la page Heure de la diapositive: 21:16) Si vous regardez la voie respiratoire, c'est le nez, il y a de l'air ici, il faut aller ici et il va ici, il y a beaucoup de jonctions. Il y a des poumons ici. Il y a un gros tube ici, quand il se divise en deux voies dans les poumons, et encore une fois, il distribue encore plus encore et les canaux continuent à être plus petits et plus petits et il y a beaucoup de virages et de virages, et chaque point que vous prenez de l'air à un certain débit. De même, il y a une vitesse à l'intérieur de chacun de ces canaux, non? Il existe donc une possibilité de dépôt sur l'ensemble du canal respiratoire. Donc, une particule avec un mouvement plus élevé qui signifie une masse plus élevée ayant la même vitesse, tous ont la même vitesse en supposant qu'ils ne s'éloignent pas de la voie, mais vous respêtes à la même chose. La vitesse étant la même, si la masse est plus grande, vous êtes susceptible d'être déposé plus tôt dans le processus ici. On a donc découvert que le dépôt de PM10 ne se retrouve pas dans les poumons, il se dépose près de la gorge, dans le nez. Cela pose des problèmes, mais cela ne semble pas aller jusqu'au poumon, les PM2.5 ont une meilleure chance d'aller dans les poumons sans autre obstruction, et même pour les plus petites particules peuvent aller jusqu'au niveau. Si vous respez profondément, cela peut aller jusqu'aux sacs alvéolaires et tout ça. Ensuite, cette recherche est très difficile à faire parce qu'au-delà de ce point, il y a des gens qui ont fait de la recherche pour savoir si des nanoparticules sortent et sortent, elles ne sont pas déposées. Parce qu'il est si petit, l'élan est si petit qu'ils suivent le chemin de l'air qu'ils passent et que l'air est expulsé et qu'il revient, mais il est très difficile de faire des expériences en ce sens que les nanoparticules sont très difficiles à mesurer et que l'erreur est très élevée, mais les gens ont essayé de le faire. Les gens ont essayé de faire ces expériences avec les modèles animaux pour voir s'il y a des particules marquées avec un capteur fluorescent et ils verront où est le dépôt dans l'ensemble de la voie respiratoire. Ainsi, les gens ont fait des expériences avec des souris et d'autres modèles animaux pour voir où est le dépôt. Vous enverrez un nombre X de particules et certains d'entre eux déposeront à différents endroits et ils compteront et donc PM2,5 et plus loin, les particules dont le diamètre aérodynamique est plus petit que les diamètres inférieurs seront probablement plus profondes dans les poumons. Nous ne savions pas cela parce que je pense que nous n'avions pas les outils pour trouver des particules probées qui sont de taille moindre il y a quelques décennies, maintenant vous savez, maintenant nous pouvons mesurer les nanoparticules très facilement. Il est difficile même de mesurer les nanoparticules dans l'atmosphère, même moins que ce qu'elles font dans le corps humain. Donc, ces théories sont toutes développées ensemble. Donc, dans cette image, ce genre de comportement où les particules vont dans le mouvement inertiel, ceci est appelé une impaction inertielle. Parfois, la particule vient tout simplement avec la rationalisation, mais elle n'est pas en mesure d'effacer le bord de cette chose. Donc, il sera intercepté ici. Elle y sera rattachée. Dès qu'elle le frappe, si elle fait paître, elle s'y accrochera. Donc, c'est ce qu'on appelle l'interception. Si la particule est très petite, elle peut aussi suivre cette chose, mais elle a un mouvement brownien. Lorsqu'il a un mouvement brownien ou un mouvement aléatoire, il n'y a pas d'interaction inertielle, mais il est près de ceci, mais au fur et à mesure qu'il se rapproche de la surface, il peut s'y attacher. Il y a donc un élément de mouvement brownien. Alors bien sûr, nous avons un décantation gravitationnelle. Cela n'est pas important dans cet exemple parce que nous allons dans cette direction, mais si vous venez de déposer des particules. Si vos particules sont en train de se déplacer, le décantation de la gravitation signifie que la particule va prendre une trajectoire comme, c'est une particule qui va dans cette direction peut prendre une trajectoire qui va comme ça et descendre. Il peut tomber sur cette surface à cause de la gravité. Donc c'est l'une des forces qui va faire le dépôt des particules et le cinquième est électrostatique. Je l'écris à nouveau sur la page suivante. Mécanismes de dépôt, dépôt de particules. Donc l'électrostatique est parfois important parce que la particule peut être chargée, il peut y avoir une légère charge et elle peut aller et se fixer par force électrostatique. Il s'agit des mécanismes généralisés pour le dépôt de particules pour quelque chose. Donc, le dépôt particulier est utilisé dans diverses applications, nous utilisons ceci pour l'inhalation, l'exposition et tout cela, mais il est aussi utilisé pour éliminer les particules de l'air par filtration ou tout autre dispositif que nous utilisons pour éliminer les particules. Nous utilisons aussi ceci pour mesurer les particules dans l'atmosphère. Donc, nous voulons mesurer les PM10, PM2.5, nous devons manipuler ces principes pour découvrir combien de PM10 est là, combien de PM2.5 est là, et ainsi de suite. Donc, ce mécanisme utilisé pour cela et il y a des modèles détaillés pour cela, nous n'utiliserons aucun de ces modèles pour prédire ça, mais quand vous concerez un filtre ou une chose de ce genre, alors c'est très important, cela devient important. Il y a des équations pour prédire combien de particules seront déposées dans une collection donnée de 100 particules ou 1000 particules, quelle est la gamme de particules. Donc, c'est la base de la classification des particules d'accord et ceci est susceptible de changer au fur et à mesure que de nouvelles informations viennent, les PM2.5 peuvent aussi devenir inimportantes. Ce que nous entendons par important et sans importance, c'est en termes de risques pour la santé, quel est le risque pour la santé si la particule passe tout le chemin dans les poumons et causer de graves problèmes respiratoires pulmonaires sont très élevés ou seulement une allergie nasale de quelque chose qui est moins critique que certaines choses d'accord. (Référez-vous à l'heure de la diapositive: 28:40)
Bon nombre de ces choses sont encore à l'étude. Il faudra donc quelques années, peut-être une décennie avant que de nouveaux renseignements soient disponibles et établis, et les gens l'incorporeront à la réglementation. (Référez-vous à l'heure de la diapositive: 28:59) L'autre chose est que pour qu'il devienne un règlement, il doit être accessible à tout le monde, la méthode de mesure, puis la prévenir et tout cela. Donc, jusqu'à ce que cela arrive, vous ne pouvez pas l'appliquer sur les gens parce qu'à l'heure actuelle, il est coûteux de mesurer les compétitions de nanoparticules et tout cela, nous y arriverons lorsque nous parlons de mesure de la taille d'accord.