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La combustion est un processus physico-chimique complexe et dynamique dont les aspects qui influencent l’évaluation des émissions vont au-delà des réactions stœchiométriques, étant donné que les conditions opératoires changent tout au long de la conduite.

D’un point de vue chimique, la combustion en phase gazeuse évolue en une succession de réactions en chaîne. Au début, des éléments actifs se forment, tout d’abord des atomes puis des radicaux libres qui réagissent avec d’autres molécules réactives pour donner naissance à de nouveaux éléments actifs qui à leur tour alimentent la chaîne de réactions, le tout, dans des conditions variables.

Ce processus se termine presque complètement lorsque les composés actifs inter-réagissent en phase gazeuse ou lorsqu’ils sont adsorbés sur des surfaces solides pour donner naissance à des molécules stables.

Différents processus peuvent se produire durant ces phases, de la formation d’hydrocarbures complexes en partant de composés simples, à des polymérisations et ensuite à des nucléations où ces molécules lourdes se combinent pour former les premières particules.

Le processus de croissance de surface se poursuit et les autres molécules présentes en phase gazeuse, sont adsorbées et emprisonnées par ces particules qui s’agglomèrent.

Lors de leurs trajets en cheminée, les particules entrent en collision et déclenchent ainsi le processus de coagulation pour générer des particules qui grossissent et s’agglomèrent.

On passe ainsi dans une phase dans laquelle à la chimie des réactions, s’ajoute le comportement “physique” des particules aérodispersées.

Il en résulte que, dans une émission gazeuse, les particules et les nombreux composés chimiques sont étroitement liés. Il est donc requis d’échantillonner avec une ligne de prélèvement appropriée, aussi bien la phase particulaire que gazeuse, dans le respect de la condition isocinétique.

La configuration et la réalisation des lignes de prélèvement sont souvent décrites dans les méthodes de référence. Dans ce bref guide, nous ne considérerons que les méthodes les plus répandues dans le monde, celles promulguées par les commissions du CEN, de l’ISO et du US EPA.
Les méthodes relatives à l’échantillonnage isocinétique se réfèrent à leur tour, à des méthodes inhérentes à la détermination de paramètres tels que la vitesse des fumées, la densité ou la teneur en vapeur d’eau, requis pour la correcte exécution du prélèvement isocinétique. Ces méthodes sont:

L'ISOCINÉTISME

Le respect de la condition isocinétique est primordial pendant l’échantillonnage de la phase particulaire ou d’aérosol de masse et dimensions déterminées.
L’isocinétisme est respecté lorsque la vitesse des gaz dans le conduit (vd) est égale à celle qui pénètre dans la buse de la sonde de prélèvement (vn).

1) Conduit
2) Rayon de courbure (1,5i min)
3) Diamètre interne i

Lorsque la condition isocinétique n’est pas remplie, on peut se trouver en hypocinétisme ou hypercinétisme.

En particulier, l’hypocinétisme est la condition dans laquelle Vn ‹ Vd tandis que dans l’hypercinétisme Vn › Vd. Dans ces deux conditions, le flux est dévié pour s’écarter ou pénétrer dans la buse.

Cette variation de direction (flèches noires) provoquera un effet "fronde" sur les particules en fonction de leur masse. En particulier, nous aurons une surévaluation avec l’hypocinétisme (flèche rouge) et une sous-estimation dans l’hypercinétisme (flèche bleue).

La déviation isocinétique perturbera le mouvement des particules en fonction de leur masse (inertie), elle deviendra en particulier appréciable sur les particules ayant un diamètre aérodynamique supérieur à 2,5 μm.

La masse d’une particule augmente avec son diamètre d’une façon exponentielle. Il en résulte que la déviation de la condition isocinétique aura des répercussions sur le calcul de la concentration de particules aux diamètres supérieurs à 2,5 μm.