ARCHIVÉ - Les scientifiques du CNRC ciblent les particules

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Le 06 mars 2006— Ottawa (Ontario)

En brûlant l'essence ou le combustible diesel, les moteurs à combustion interne libèrent des gaz tel le dioxyde de carbone, mais ils dégagent aussi des solides et des liquides condensés de taille microscopique : les particules. Les particules se composent en grande partie de noir de carbone (ce qu'on appelle communément de la suie). Celles qui sortent des pots d'échappement concourent à la production du smog dans les villes; inhalées, elles entraînent des maladies respiratoires ou cardiovasculaires et d'autres problèmes de santé.

Tuyeau de transfert utilisé pour amener l'émission de moteur du camion vers sa remorque.
Tuyeau de transfert utilisé pour amener l'émission de moteur du camion vers sa remorque.

Des chercheurs du CNRC ont inventé une technologie qui aide à l'application de certaines normes figurant parmi les plus sévères au monde, concernant les émissions de particules par les véhicules. Cette technologie, mise au point par les scientifiques du CRNC, permet aux agents de réglementation gouvernementaux de purifier l'air au-dessus de l'Amérique du Nord. On s'en sert même pour mieux évaluer l'impact des particules sur le changement climatique.

« Les organismes de protection de l'environnement établissent des normes sur les émissions aux valeurs si basses et si précises, que bon nombre des méthodes de mesure antérieures ne peuvent désormais plus être utilisées », a déclaré Greg Smallwood, chef de l'équipe de recherche sur la combustion de l'ITPCE‑CNRC, à Ottawa. « Vous comprenez donc pourquoi notre technologie les emballe tant. »

D'habitude, on mesure la quantité de particules libérées par les systèmes d'échappement en captant ces dernières sur un filtre puis en les pesant. Cependant, les nouvelles normes qu'adopteront bientôt les É.-U. et le Canada ont des valeurs si faibles que cette méthode n'a plus la précision voulue. En outre, dès 2007, la Californie – reconnue dans le monde pour la sévérité de ses normes en matière d'émissions – introduira un plafond réglementaire pour les camions fonctionnant au combustible diesel. À compter de cette date, les camions ne pourront dépasser un taux maximum d'émission de particules nulle part sur la route, ce qui sera impossible à vérifier avec un filtre. Alors, comment mesurer les véritables émissions en temps réel?

Mesure en temps réel des émissions de particules d'un camion de gros tonnage sur les routes de la Californie. Les données sont capturées à partir du véhicule d'escorte qui suivait le camion-remorque, et à l'aide de la technologie IIL et d'un ordinateur portatif sans fil.
Mesure en temps réel des émissions de particules d'un camion de gros tonnage sur les routes de la Californie. Les données sont capturées à partir du véhicule d'escorte qui suivait le camion-remorque, et à l'aide de la technologie IIL et d'un ordinateur portatif sans fil.

Au printemps 2005, le California Air Resources Board (CARB) s'est servi de la technologie IIL pour mesurer les émissions de particules d'un camion de gros tonnage en temps réel, et évaluer le nouveau plafond réglementaire. Les essais ont été effectués sur un dynamomètre, sorte de tapis roulant pour véhicules. On a pour cela recouru à la version commerciale de la technologie IIL brevetée par l'ITPCE-CNRC, qu'exploite sous licence Artium Technologies, une entreprise californienne.

En 2005, Artium a en effet lancé sur le marché un appareil portatif de la taille d'une mallette, aussi simple à utiliser qu'un bouton qu'on pousse, qui s'inspire de l'appareil de table de l'ITPCE‑CNRC. Ce faisant, l'entreprise a mis la nouvelle technologie à la portée d'un large éventail d'utilisateurs, dont les fabricants de moteurs d'avion et les usines de noir de carbone qui produisent la suie de granulométrie variable employée pour modifier les propriétés du caoutchouc.

Vue de l'extérieur de la remorque qui contient les instruments pour mesurer les particules émises par le camion.
Vue de l'extérieur de la remorque qui contient les instruments pour mesurer les particules émises par le camion.

Entrée en scène de la technique brevetée par l'Institut de technologie des procédés chimiques et de l'environnement du CNRC (ITPCE‑CNRC) et reposant sur l'incandescence induite au laser (IIL). Pour se faire, un laser frappe un petit échantillon des gaz d'échappement du camion le temps d'un éclair. Les particules de noir de carbone absorbent l'énergie du faisceau (d'une durée d'à peine une nanoseconde) et chauffent rapidement jusqu'à environ 3 500 °C, ce qui les fait luire, les rend incandescentes un peu comme le filament d'une ampoule électrique.

« C'est comme si on allumait des milliers de nano-ampoules, reprend M. Smallwood. Il ne reste qu'à enregistrer la lumière émise pour calculer la concentration des particules. »

On mesure l'intensité de la lumière produite par les particules super chauffées à deux longueurs d'onde. De cette façon, les chercheurs peuvent en établir la température et la concentration. « Une impulsion du laser suffit. C'est pourquoi les émissions peuvent être mesurées en temps réel », poursuit le chercheur.

Forts du succès des tests sur le dynamomètre, les chercheurs de l'ITPCE‑CNRC ont de nouveau offert leur concours au CARB et à Artium à l'été 2005 pour les premiers essais routiers visant à quantifier en temps réel les émissions de particules des camions de gros tonnage qui brûlent du combustible diesel.

L'instrument Artium IIL 200 localisé dans la remorque (image de gauche) et impressions-écrans (image de droite) illustrant les émissions en temps réel des gaz d'échappement du camion.
L'instrument Artium IIL 200 localisé dans la remorque (image de gauche) et impressions-écrans (image de droite) illustrant les émissions en temps réel des gaz d'échappement du camion.

« D'habitude, les émissions sont dosées en laboratoire, le véhicule roulant sur un dynamomètre, reprend M. Smallwood, mais que sait-on vraiment des émissions à l'extérieur? » Lors des essais sur route du CARB, on a prélevé des échantillons avec des appareils spéciaux installés sur le véhicule, bien que le chercheur doute qu'on puisse miniaturiser suffisamment la technologie ou en réduire assez le coût pour qu'elle devienne un jour une option de base sur tous les véhicules.

L'ITPCE‑CNRC se sert aussi de la technologie IIL avec Environnement Canada pour mesurer les particules émises par les véhicules avant-gardistes. Ces véhicules intègrent de nouveaux modèles de moteur et emploient de nouveaux carburants tels ceux issus des abondantes réserves canadiennes de sables bitumineux. Les tests avec la IIL nous procurent des indices précieux sur les compromis qu'il faudra accepter entre une plus faible consommation d'essence et la hausse des émissions de particules.

D'autre part, l'équipe de l'ITPCE‑CNRC l'équipe de chercheurs s'efforce de mettre au point un capteur unique, à partir de l'IIL, portatif et très sensible, dont les chercheurs d'Environnement Canada se serviront pour analyser avec précision la qualité de l'air. L'objectif est de comprendre comment les particules de noir de carbone présentes dans l'atmosphère affectent le climat quand les rayons du Soleil les réchauffent. Aux laboratoires de l'ITPCE‑CNRC, deux étudiants universitaires de cycle supérieur ont aussi recours à cette technologie pour caractériser les particules libérées par les torches au gaz ou au pétrole.

L'équipe de l'ITPCE‑CNRC s'attache à faire reculer les frontières de la science des particules, au delà de la technologie IIL. Grâce à l'IIL et à d'autres techniques laser, le groupe élabore des méthodes pour établir le calibre, la concentration et la structure fractale complexe (arborescence) des particules. Ces données nous aideront éventuellement à mieux comprendre l'impact des particules sur la santé. « Nous en apprenons beaucoup sur les propriétés optiques et thermiques de la suie, termine M. Smallwood. Plus nous faisons d'expériences, plus les questions se multiplient. »


Renseignements : Relations avec les médias
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613-991-1431
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