Evaluation d`efficacité du système « porte-cigarette

Rapport n° 11/728
Evaluation d’efficacité du système « porte-cigarette » en terme de
réduction des émissions de fumées.
L’étude comporte la mise en évidence de l’efficacité de l’invention par comparaison à une cigarette
consumée sans confinement. Les deux types d’essais ont été menés dans une chambre de test de 1 m3
fermée et non ventilée. La mesure de fumée est faite par un analyseur de micro/nano-particules. Pour être
représentatif de la situation réelle, la cigarette est aspirée au travers d’une pompe. La mesure tient compte
de la fumée passive et de la fumée aspirée.
Sur base des comptages de particules (p/l), on peut estimer que le porte-cigarette réduit de plus de 90% la
concentration en nanoparticules (25-300nm) et de plus de 60% la concentration en particules ultra-fines (>
260nm).
En termes de concentration massique des poussières, on peut considérer une réduction de plus de 88% de
toutes les fractions réglementées (PM10, PM2,5 , etc) !
En conséquence, cette étude démontre une nette efficacité du système de « porte-cigarette ».
Toutefois, elle ne peut prédire l’absence de risque pour la santé ou l’élimination de toute nuisance pour le
voisinage direct du fumeur qui l’utilise.
Le laboratoire CERTECH est agréé par la Région Wallonne pour les mesures
concernant la qualité de l'air et les odeurs.
Ce rapport ne peut être reproduit que dans son intégralité
Etude réalisée pour M. Maurizio
N° de commande client :
N° de commande Certech :
N° d’offre de prix :
accord à l’offre daté au 2/08/11
Q729
OP/11/521/ON
Date d'émission : 6/10/2011
Lecture Scientifique,
Lecture Qualité,
CERTECH asbl - CEntre de Ressources TEchnologiques en CHimie
Rue Jules Bordet, Zone Industrielle C – B 7180 SENEFFE
TVA BE 0470.677.454 ING 370-1128214-94
Tél: +32 (0)64 52 02 11 Fax: +32 (0)64 52 02 10 e-mail : [email protected]
Etude des émissions de fumées sur « porte-cigarette »
1. Objectifs de l’étude :
Au cours d’une visite au Certech, Monsieur Maurizio nous a présenté son invention de « portecigarette » ou « smoke-box ». Cette invention a pour finalité de réduire le risque d’exposition à la
fumée passive lors d’une activité tabagique. Bien que le constat puisse être fait de manière
grossière par simple observation, la demande de M. Maurizio est de disposer d’éléments de preuves
tangibles, scientifiques et objectifs qui puissent attester de l’efficacité du système.
Photo 1. Vue éclatée du système de porte-cigarette complet.
De par sa longue expérience en mesure des émissions en milieu intérieur confiné, le Certech
propose une étude conforme aux exigences de la norme ISO16000-9. Cette norme décrit une
méthode de test en « chambre d’émission » qui permet, d’une part, une bonne maîtrise des
conditions expérimentales (température, humidité relative, taux de renouvellement d’air, etc) et,
d’autre part, de s’affranchir des interférences externes. Les choix méthodologiques seront justifiés
et décrits dans le détail au point 3.
L’étude se focalise uniquement sur la mesure des émissions de particules qui sont la principale
cause de dégagement de fumée visible de la cigarette. Il est donc important de noter qu’il ne s’agit
pas d’une évaluation complète des nuisances (olfactives ou autres), ni d’une évaluation des risques
d’exposition. Ces divers aspects nécessitent de s’intéresser à d’autres paramètres (sensorielles,
chimiques).
2. Reconnaissances du laboratoire :
Le Certech est agréé par la Wallonie en tant que laboratoire chargé des prélèvements, analyses,
essais et recherche dans le cadre de la lutte contre la pollution atmosphérique (conformément à
l’arrêté royal du 13/12/66 modifié par l’arrêté du 27/05/68).
De plus, l’expertise du Certech est reconnue et valorisée au travers des aspects suivants :
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Accréditations spécifiques de plusieurs constructeurs automobiles pour des tests axés sur les
odeurs et les émissions de matériaux ;
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Expert scientifique nommé par le NBN dans le cadre de la rédaction de normes européennes et
internationales ; nous participons activement aux commissions suivantes :
- CEN/TC 264 “Air Quality ”
- ISO/TC 146/SC 6 “Indoor air quality”
- CEN/TC 351/WG 2 “Emissions from construction products into indoor air”
- COST ACTION 540 “Photocatalytic technologies and novel nanosurfaces materials”
Expert scientifique dans le groupe de normalisation du comité Français de Photocatalyse
(AFNOR/B44A)
Expert scientifique ayant participé au rapport ECA 24 “Harmonisation of indoor material
emission labelling systems in the EU”
Le Certech dispose d’un système de management de la qualité. Notre structure est certifiée
ISO9001 pour l’ensemble des activités de service. Le laboratoire est également accrédité BELAC
selon la portée mentionnée sous certificat 400-TEST.
3. Matériel et méthodes :
Les tests d’émission de produit ou matériaux nécessitent une bonne maîtrise de l’environnement de
test, aussi bien en termes de propreté (interférences) que des paramètres pouvant influer sur le
niveau d’émission (T°, humidité, ventilation, etc). La norme la plus complète en la matière est la
norme ISO16000-9. Ce sont les recommandations techniques de cette norme que nous avons
respectées.
La chambre utilisée est une chambre en matériau fluoré préconisé par les normes EN13725 et EPA
SOP11. Elle permet d’isoler le système en test et de garantir l’absence de transfert ou de perte des
émissions émanant du produit ainsi que l’apport d’interférences extérieures. La chambre est
alimentée en air ultra-pur conditionné en température (23 ± 2 °C) et humidité (50 ± 5%). Pendant
les tests, l’alimentation en air a été arrêtée pour travailler en mode statique. Le volume de test est
alors limité à 1 m3.
La mesure des particules émises est faite directement dans la chambre de test par aspiration de l’air
à proximité du montage où est fixée la cigarette. L’analyseur utilisé est le compteur de particules
ANA.43.18. Ce système renseigne en continu le nombre de particules et la distribution massique
pour des diamètres compris entre 25nm et 32 µm avec plus de 30 canaux différents (selon le
diamètre de particules). Pour les applications de santé-sécurité (hygiène industrielle), l’analyseur
renseigne les fractions respirable, thoracique et alvéolaire (EN481). L’acquisition est faite pendant
toute la durée de la combustion.
Pour simuler une utilisation normale de la cigarette, le bec du porte-cigarette est connecté à une
pompe (ANA.23.45) en charge de l’aspiration. La différence majeure avec une utilisation normale
est le caractère continu de l’aspiration alors que, pour un fumeur, elle est discontinue. Cependant, il
nous est possible de réguler le débit de pompe pour respecter un temps normal de consommation de
la cigarette. La régulation de débit est assurée par un débitmètre à bulle étalon ANA.23.26. Le
débit est fixé à une consigne de 40 ml/min. Dans ces conditions, une cigarette se consume en 10 à
15 minutes. Des photos des montages hors chambre sont présentées ci-dessous.
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Photo 1 et 2. Vue du raccordement de la pompe au bec du porte-cigarette dans les deux configurations testées.
Nous avons utilisé des cigarettes Marlboro avec filtre pour l’ensemble des essais. Afin d’estimer
l’efficacité du système inventé par M. Maurizio, une étude comparative a été réalisée dans deux
configurations différentes :
a) Cigarette à l’air libre (système ouvert) et sans filtre à goudron dans le bec d’aspiration ;
b) Cigarette confinée dans le porte-cigarette (système fermé) avec le filtre à goudron dans le
bec d’aspiration.
Dans les deux cas, la fumée passive et la fumée rejetée par aspiration sont prises en compte.
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4. Résultats :
4.1.
Résultats bruts et évaluation d’efficacité :
Les essais ont été menés le 23/08/11 au matin.
Le premier essai (a) concernait le système complet, qui est censé être moins émissif. A noter que le
porte-cigarette induit une perte de charge qui augmente le temps de combustion de la cigarette
complète (jusqu’au filtre cigarette). Le test a duré 16 minutes.
Photo 3. Système complet inséré dans la chambre de test.
Après une phase de ventilation jusqu’à récupération du niveau de blanc en termes de particules, le
deuxième essai de la cigarette en système ouvert (b) a été conduit jusqu’à consommation complète
de la cigarette. Dans ce cas-ci, le test a duré 12 minutes.
Les suivis d’émission au cours du temps sont repris dans les graphiques 1 et 2. Ils expriment les
valeurs de concentration en particules (nombre/litre) en fonction de leur taille. Chaque fraction de
taille correspond à un canal d’enregistrement sur l’appareil. La fraction notée « counts-1320 »
représente les nanoparticules entre 25nm et 300nm. A noter que la valeur des nanoparticules pour
l’essai (b) est sous-estimée. On atteint en effet le niveau de saturation du détecteur à 10 milliards de
particules par litre.
Les graphiques 2 et 4 donnent une idée plus précise des concentrations de particules selon la courbe
de distribution par fraction de taille. Si ce n’est pour les fractions de taille plus petites, entre 265
nm et 325 nm, on trouve des concentrations moyennes beaucoup plus faibles dans le cas de l’essai
(a). De plus, on voit qu’il n’y a plus de comptage significatif des particules au-delà de 0,75µm dans
le cas du porte-cigarette complet. Alors que pour la cigarette en système ouvert (b), on trouve
encore des concentrations significatives jusqu’à 2,5 µm.
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(a) Test avec porte-cigarette complet (système fermé)
Graphe 1. Enregistrement des cinétiques de concentration en nombre par canal (fraction de taille)
au cours de la combustion complète d’une cigarette avec porte-cigarette fermé.
Graphe 2. Courbe de distribution en taille des moyennes de concentration de particules (p/l)
sur une combustion complète en système fermé.
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(b) Test avec cigarette à l’air libre (système ouvert)
Graphe 3. Enregistrement des cinétiques de concentration en nombre par canal (fraction de taille)
au cours de la combustion complète d’une cigarette avec porte-cigarette ouvert.
Graphe 4. Courbe de distribution en taille des moyennes de concentration de particules (p/l)
pour une combustion complète en système ouvert.
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Afin de comparer les deux essais et de faciliter l’évaluation d’efficacité, nous avons superposé les
courbes de distribution en nombre (repris des graphiques 2 et 4). La superposition se trouve dans le
graphe 5 avec en bleu les niveaux de particules avec porte-cigarette fermé et en rouge ceux de la
cigarette sans porte-cigarette (ouvert).
Graphe 5. Comparaison des courbes de distribution de la concentration en nombre (n/l)
par fraction de taille particulaire.
Sur l’ensemble de la gamme, le nombre total de particules entre 265nm et 32 µm est de 4,9 million
de particules / litre pour l’essai (a) et de 12,8 million pour l’essai (b). A titre de comparaison, le
blanc laboratoire est à 20 000 particules/litre. En ce qui concerne les nanoparticules comprises entre
25 et 300 nm, on observe la production de 650 millions de particules / l pour l’essai (a) et de plus de
10 milliards pour l’essai (b).
Le blanc laboratoire correspondant à cette gamme est
approximativement de 670 000 part./l.
Sur base des comptages de particules (p/l), on peut donc estimer que le porte-cigarette réduit de plus
de 90% la concentration en nanoparticules (25-300nm) et de plus de 60% la concentration en
particules ultra-fines (> 260nm).
4.2.
Prise en compte de la réglementation :
Dans la réglementation, on trouve des valeurs limites qui concernent les concentrations massiques
de particules (µg/m3) pour certaines fractions de taille. Ainsi, la directive Européenne 2008/50/CE
du 21/05/2008 concernant la qualité de l’air ambiant est suivie d’une série de décrets qui fixent des
valeurs limites et autres seuils d’alerte pour les PM10 et PM2,5. Nous avons donc repris ces
grandeurs dans le graphique 6 pour les divers essais. De plus, dans la législation de l’air sur les
lieux de travail, la distinction est faite entre les particules inhalables (dont les plus grosses se
déposent rapidement dans le nez et la gorge), les particules thoraciques (qui se déposent dans les
bronches et bronchioles) et les particules alvéolaires (qui peuvent atteindre les alvéoles de nos
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poumons et entrer en profondeur dans les muqueuses). Un schéma explicatif est représenté dans la
photo 4. Plus les particules sont petites et plus elles sont nocives (toute composition gardée bien
entendu), car elles sont plus aptes à déclencher des réactions inflammatoires et à faciliter la
pénétration dans les cellules et/ou le passage sanguin (de polluants adsorbés sur leur paroi par
exemple). Nous avons également repris ces 3 catégories dans le graphique 6.
Photo 4. Distribution des particules dans l’organisme selon les 3 catégories :
inhalables, thoraciques et alvéolaires (terme anglais « respirable »).
Graphe 6. Quantification des particules en concentration massique (µg/m3)
pour les principales fractions réglementées.
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Les fractions PM10 et inhalable tiennent compte des grosses particules mais aussi des particules
plus petites. Les fractions PM2,5 et alvéolaires ne tiennent compte que des petites particules. On
voit qu’il y a peu de différence entre les catégories. Ceci correspond à ce qui est attendu car les
particules émises sont en grosse majorité des fractions en dessous de 1µm. Elles seront
comptabilisées dans toutes les catégories.
En termes d’efficacité d’abattement par le système « porte-cigarette », on peut considérer une
réduction de plus de 88%, toute catégorie de particules confondu. La concentration résiduelle de
particules avec le système fermé est de 220 µg/m3 pour l’ensemble des classes de particules.
A titre informatif, cette valeur indicative peut être comparée à la valeur limite pour la santé (pour
des expositions longues) fixée à 40 µg/m3 pour les PM10 et 25 µg/m3 pour les PM2,5. Il y a donc
dépassement des valeurs limites d’exposition. Il faut toutefois rester très prudent car l’objectif de
l’étude n’était pas de mesurer le risque d’exposition. Les conditions choisies sont assez drastiques :
haut confinement et pas de ventilation. Il va de soi que l’exposition en ambiance intérieure réelle
est plus favorable car la dispersion y est plus importante. Le niveau dosé ici peut être considéré
comme représentatif d’une exposition du fumeur lui-même ou de celle d’une personne située juste à
côté, dans un cas défavorable de faible ventilation.
A noter également que pour la fumée aspirée, une filtration partielle par les poumons s’opère. Elle
n’est pas du tout prise en compte dans notre étude où le rejet de la pompe est non filtré.
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