Découverte de particules nanométriques de suie, plus petites et plus nocives
Toxiques, polluantes et contributrices de l’effet de serre, les particules de suie sont produites lors des processus de combustion incomplète. Des chercheurs regroupés autour du laboratoire Physicochimie des processus de combustion et de l'atmosphère ont montré que les plus petites particules de suie ont un diamètre d’environ deux nanomètres. Une taille très inférieure aux estimations du monde scientifique et des normes en vigueur. Ces travaux sont publiés dans la revue Aerosol Science and Technology.
Un grand nombre d’espèces gazeuses se forment lors de la combustion d’un carburant. Dans certaines conditions, des particules solides de suie peuvent également être émises. Les mécanismes chimiques de cette transition entre phase gazeuse et particules solides font l’objet de très nombreuses études. Des chercheurs du laboratoire Physicochimie des processus de combustion de l’atmosphère (PC2A, CNRS/Université de Lille), du Conseil national de recherches du Canada, de l’université allemande de Bielefeld et de la société TSI ont mis en évidence la présence de nanoparticules de suie d’environ 2 nanomètres. Les chercheurs du PC2A ont découvert au préalable un type particulier de flammes qui gèlent la croissance des particules de suie : les flammes de nucléation. Dans des flammes « normales », les suies grossissent rapidement par réaction avec la phase gazeuse et masquent alors les plus petites.
La concentration et la taille des suies ont été mesurées par incandescence induite par laser (LII), une technique basée sur l’échauffement des particules de suie autour de 4000 K au sein même de la flamme. Plus elles sont grosses, plus elles mettent de temps à refroidir : cette durée est donc corrélée à leur taille. Les chercheurs ont ainsi détecté des particules de suie de seulement 2 nanomètres. Des dimensions bien moindres que les tailles prises en compte dans les normes antipollution, limitées dans le meilleur des cas aux particules supérieures à 23 nm pour les moteurs automobiles. Or ces particules sont classées parmi les cancérogènes certains du fait de leur pouvoir de pénétration au fond des alvéoles pulmonaires. Ces travaux ouvrent donc la voie à de nombreuses autres études afin d’adapter les connaissances et réglementations à l’existence de ces suies nanométriques.
Photographies d’une flamme « normale » contenant des suies matures de taille comprise entre 5 et 30 nm (a) et d’une flamme de nucléation contenant des suies de taille comprise entre 2 et 4 nm (b). La luminosité orangée provient du rayonnement des particules de suie à haute température. L'intensité de ce rayonnement dépend du volume occupé par les particules de suie. C'est pourquoi l’intensité est beaucoup plus faible dans la flamme de nucléation.
Références :
Investigation of the Size of the Incandescent Incipient Soot Particles in Premixed Sooting and Nucleation Flames of n-Butane Using LII, HIM, and 1nm-SMPS
C.Betrancourt, F.Liu, P.Desgroux, X.Mercier, A.Faccinetto, M.Salamanca, L.Ruwe, K.Kohse-Höinghaus, D.Emmrich, A.Beyer, A. Gölzhäuser & T.Tritscher
Aerosol Science and Technology (mai 2017)
http://dx.doi.org/10.1080/02786826.2017.1325440