Conditionneur de charge de particules d’aérosol

*** NOUVEAU – 10 mars 2023

Une pièce jointe a été ajoutée. Le document comprend des questions et des réponses liées au défi.

*Prière de noter que le site web SIC sera disponible le 26 janvier 2023 à 14:00 HAE

Le présent avis du défi est publié en vertu de l’appel de propositions (003) du programme Solutions innovatrices Canada (SIC) (EN578-20ISC3). Pour obtenir des renseignements généraux sur le SIC, les soumissionnaires peuvent visiter le site Web du SIC à cet effet.

Veuillez consulter les documents de l’appel de propositions qui contiennent le processus de soumission d’une proposition.

Étapes à suivre :

Étape 1 : lisez ce défi

Étape 2 : lisez l’appel de propositions

Étape 3 : proposez votre solution ici

Titre du défi : Conditionneur de charge de particules d’aérosol

PROMOTEUR DU DÉFI : Conseil national de recherches du Canada (CNRC)

Méchanisme de financement : contrat

VALEUR MAXIMALE DU MARCHÉ

De multiples contrats pourraient résulter de ce défi.

Phase 1 :

• Le financement maximal disponible pour tout contrat de la phase 1 résultant de ce défi est de : 150 000 $ CAD, à l'exclusion des taxes applicables, des frais d'expédition, de déplacement et de subsistance, selon les besoins.
• La durée maximale de tout contrat de la phase 1 résultant de ce défi est de 6 mois (à l'exclusion de la présentation du rapport final).
• Estimation du nombre de contrats de la phase 1 : 2

Phase 2 :

N.B.: Seulement les entreprises qui auront complété avec succès la Phase 1 seront invitées à soumettre une proposition pour la Phase 2.

• Le financement maximal disponible pour tout contrat de la phase 2 résultant de ce défi est de : 1 000 000 CAD, à l'exclusion des taxes applicables, des frais d'expédition, de voyage et de séjour, selon les besoins.
• La durée maximale de tout contrat de la phase 2 résultant de ce défi est de 18 mois (à l'exclusion de la présentation du rapport final).
• Estimation du nombre de contrats de la phase 2 : 1

Le fait de divulguer l'estimation du financement disponible n'engage aucunement le Canada à payer cette somme. Les décisions finales sur le nombre de bourses des phases 1 et 2 seront prises par le Canada en fonction de facteurs tels que les résultats de l'évaluation, les priorités ministérielles et la disponibilité des fonds.

N.B.: les entreprises sélectionnées peuvent recevoir un contrat par phase, par défi. 

Déplacements 

Aucun déplacement n’est prévu pendant la phase 1. Les réunions de projet se tiendront par vidéoconférence. 

Réunion de lancement

Les autres communications pourront se faire par téléphone, par vidéoconférence ou par WebEx.

Réunions d'étape

Toutes les réunions d’examen de l’avancement des travaux auront lieu par vidéoconférence ou par téléconférence. 

Réunion d’examen final

Les autres communications pourront se faire par téléphone, par vidéoconférence ou par WebEx.

Sommaire du problème

Le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) souhaite acquérir un conditionneur de charge de particules d’aérosol pouvant induire une distribution de charge unipolaire ou bipolaire sur une population de particules d’aérosol stable, reproductible, fiable et transportable, avec des pertes faibles et une efficacité de charge élevée.

Énoncé du problème

Le Centre de recherche en métrologie (MÉTRO) du CNRC possède une vaste expérience dans le domaine des mesures des aérosols. Les mesures des aérosols présentent des applications importantes dans la transmission des maladies, la surveillance de la qualité de l’air, le forçage climatique et la synthèse des nanomatériaux. MÉTRO mesure les aérosols dans ces domaines et cherche à réduire les incertitudes de mesures appréciables associées. MÉTRO utilise des instruments chargeant, soit de façon unipolaire ou bipolaire, les particules d’aérosol dans plusieurs applications pour lesquelles les particules doivent recevoir des charges électriques avant de passer dans ces instruments. Les systèmes de mesure comprennent le système d’analyse différentielle de mobilité (DMAS), l’étalon de masse de référence composé d’un électromètre et d’un analyseur centrifuge de masse de particules (CERMS), utilisé pour étalonner les instruments de mesure de la concentration massique des particules par rapport à un étalon traçable, et le système de mesure de l’efficacité de filtration des particules (PFEMS). Dans les systèmes DMAS et CERMS, les particules reçoivent d’abord des charges électriques et leur mouvement dans un champ électrostatique sert à classifier et à quantifier les propriétés des particules. L’étape de charge des particules, qui fait notamment appel à un conditionneur de charge, constitue une source d’incertitude implicite et un facteur limitatif dans les limites de détection et la résolution temporelle des systèmes de mesure. Les innovations visant à améliorer la charge des particules d’aérosol aideraient à réduire ces limites, un facteur essentiel à l’amélioration de la résolution temporelle, à la précision et à la stabilité de ces systèmes de mesure, ce qui, ultimement, contribuerait à améliorer les techniques de mesure des propriétés des aérosols.

Résultats essentiels (obligatoires)

Les solutions proposées doivent :

1. produire une distribution de charge unipolaire et bipolaire (non simultanée, mais qui permet de passer de l’une à l’autre);
2. produire des distributions de charge connues qui sont principalement en corrélation avec le diamètre de mobilité des particules. Dans le cas des particules sphériques, la charge moyenne de distribution de charge unipolaire doit se situer à ± 40 % de la valeur escomptée et la charge moyenne de distribution de charge bipolaire doit se situer à ± 30 % de la valeur escomptée;
3. ne pas générer d’ozone ni d’autres gaz ou aérosols indésirables;
4. avoir de faibles pertes de particules, avec des efficacités de transmission (à un débit volumétrique de 1,5 L/min, soit un débit type des instruments de mesure des aérosols) supérieures à 75 % pour les particules qui ont des diamètres de mobilité entre 10 nm et 25 nm, et supérieures à 90 % pour les particules qui ont des diamètres de mobilité entre 25 nm et 500 nm;
5. avoir un temps de séjour inférieur à 20 s pour plus de 95 % des particules et pour un débit volumétrique de 1,5 L/min, soit un débit type des instruments de mesure des aérosols;
6. produire une distribution de charge unipolaire avec une efficacité de charge extrinsèque par masse totale de particules supérieure à 80 % (pour une suie type provenant d’un laboratoire et ayant une distribution de la taille, selon le diamètre de mobilité, avec un diamètre moyen géométrique de 200 nm ± 20 % et un écart-type géométrique de 1,7 ± 20 %);
7. ne pas utiliser de sources radioactives ayant une activité élevée qui requiert des licences d’utilisateur qui sont limitées à des endroits précis;
8. être compacte, soit avoir un volume inférieur à 10 L, et être facile à transporter.

Résultats souhaités supplémentaires

Les solutions proposées devraient :

1. contrôler les charges élémentaires moyennes par particule pour une particule ayant un diamètre de mobilité de 200 nm entre -4 et 0 lorsqu’elle est produite par une charge unipolaire négative, et entre 0 et 4 lorsqu’elle est produite par une charge unipolaire positive;
2. permettre de passer d’une distribution à l’autre entre des distributions de charge unipolaire positive et négative et des distributions de charge bipolaire;
3. produire une distribution de charge bipolaire connue pour des débits volumétriques élevés variant entre 1,5 et 5,0 L/min;
4. produire des distributions de charge qui sont stables pendant une période de 8 heures, de sorte que, dans le cas des particules sphériques, la charge moyenne de distribution de charge bipolaire produite se situe à ± 30 % de la valeur escomptée et la charge moyenne de distribution de charge unipolaire produite se situe à ± 40 % de la valeur escomptée;
5. produire une distribution de charge connue qui dépend principalement du diamètre de mobilité des particules et qui est grandement insensible à la distribution de charge initiale, de sorte que, dans le cas des particules sphériques ayant un diamètre de mobilité de 200 nm, peu importe leur charge élémentaire initiale entre -2 et 2, la charge moyenne de distribution de charge bipolaire finale se situe à ± 30 % de la valeur escomptée et la charge moyenne de distribution de charge unipolaire finale se situe à ± 40 % de la valeur escomptée;
6. avoir de faibles pertes de particules, avec des efficacités de transmission (à un débit volumétrique de 1,5 L/min, soit un débit type des instruments de mesure des aérosols) supérieures à 85 % pour les particules qui ont des diamètres de mobilité entre 10 nm et 25 nm, et supérieures à 95 % pour les particules qui ont des diamètres de mobilité entre 25 nm et 500 nm.

Historique et contexte

Les techniques expérimentales de MÉTRO exigent des particules d’aérosol qui ont une charge, soit une distribution de charge neutre produite par un chargeur bipolaire ou une distribution de charge unipolaire forte. MÉTRO possède une solide compréhension de la théorie de charge et des limites des dispositifs de charge actuels, et il utilise des approches pour évaluer l’incertitude supplémentaire introduite par les limites des méthodes de charge existantes. Pour atteindre ses objectifs de recherche, MÉTRO doit réduire les incertitudes associées aux mesures des aérosols et également accroître la plage des mesures.

Un produit qui donne les résultats essentiels souhaités aurait pour effet de révolutionner le domaine des mesures des aérosols. Un tel produit permettrait d’effectuer des mesures qui sont impossibles à l’heure actuelle et réduirait grandement les incertitudes associées aux mesures des aérosols. Le système CERMS est limité en raison de la capacité du chargeur unipolaire actuellement utilisé, qui a une pénétration d’environ 40 %. Cette capacité limite la plage des concentrations sur laquelle les instruments de mesure de la concentration massique peuvent être étalonnés, puisque plus de la moitié des particules sont perdues. Le système DMAS est limité en raison des endroits où il peut être transporté avec les chargeurs radioactifs de Kr-85 (non utiles pour les études de mesures sur le terrain) et des sources coûteuses de rayons X mous qui ont une courte durée de vie et une efficacité de charge présentant une plus grande incertitude dans la distribution des charges.

Le Canada pourrait devenir un chef de file mondial en fournissant le conditionneur de charge de particules d’aérosol le plus efficace et le plus polyvalent. Les aérosols constituent une préoccupation sur les plans du forçage climatique et de la santé humaine, ainsi que de la qualité de l’air (intérieur et extérieur). Un produit amélioré contribuerait à accroître la qualité des mesures des aérosols, non seulement pour le CNRC, mais également pour les laboratoires de recherche et les sites de surveillance à l’échelle mondiale. Les données avec une incertitude moindre produites par des instruments utilisant ce conditionneur de charge de particules d’aérosol amélioré seraient plus utiles pour aider les décideurs à prendre des décisions reposant sur des données probantes. En plus des instruments CERMS, DMAS et PFEMS indiqués, il serait possible de combiner ce produit innovateur à plusieurs autres techniques de mesure des aérosols, notamment la granulométrie rapide, ainsi que les capteurs basés sur la charge unipolaire à coûts faibles et moyens. De plus, il pourrait y avoir des utilisations dans la production des nanoparticules d’ingénierie, comme la pyrolyse par pulvérisation à la flamme, et dans d’autres techniques de mesure, comme l’étape de précipitation et charge des particules pour la spectrométrie de masse avec désorption thermique et ionisation chimique. MÉTRO CNRC croit que la solution élaborée dans le cadre de ce défi donnera un produit commercial nettement supérieur à tous les autres produits sur le marché, en plus de répondre aux besoins propres à MÉTRO.

ENQUÊTES

Toutes les demandes de renseignements doivent être présentées à TPSGC.SIC-ISC.PWGSC@tpsgc-pwgsc.gc.ca au moins dix jours civils avant la date de clôture. Pour ce qui est des demandes de renseignements reçues après ce délai, il est possible qu'on ne puisse pas y répondre.

*Comment préparer une soumission