Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle R 2 380 − 1 Explosimètres. Détecteurs de gaz par Antoinette ACCORSI Ingénieur de l’École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris Expert Capteurs Gaz auprès des Organismes de Normalisation (UTE, CENELEC, CEI) Ingénieur à l’INERIS (Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques) 1. Déﬁnitions.................................................................................................. R 2 380 - 2 2. Principes de détection............................................................................ — 3 2.1 Méthodes colorimétriques.......................................................................... — 3 2.2 Catharométrie et interférométrie ............................................................... — 4 2.2.1 Catharométrie ..................................................................................... — 4 2.2.2 Interférométrie.................................................................................... — 4 2.3 Combustion catalytique .............................................................................. — 4 2.3.1 Perle catalytique ................................................................................. — 4 2.3.2 Fil catalytique...................................................................................... — 4 2.4 Principe utilisé dans la gamme ppm : l’électrochimie.............................. — 5 2.5 Cas particulier de l’oxygène ....................................................................... — 5 2.5.1 Détection à l’aide d’électrolyte liquide.............................................. — 5 2.5.2 Détection à l’aide d’électrolyte solide............................................... — 5 2.6 Principes utilisés sur l’ensemble des gammes de mesure ...................... — 6 2.6.1 Oxydes semi-conducteurs ................................................................. — 6 2.6.2 Ionisation de ﬂamme. Photo-ionisation............................................ — 6 2.6.3 Absorption optique............................................................................. — 6 2.7 Développements futurs............................................................................... — 6 3. Constitution des différents appareils ................................................ — 7 3.1 Alimentation................................................................................................. — 7 3.2 Tête de détection ......................................................................................... — 7 3.3 Conditionnement des signaux.................................................................... — 7 3.4 Traitement ultérieur..................................................................................... — 7 3.5 Interface utilisateur...................................................................................... — 8 4. Caractéristiques et grandeurs d’inﬂuence ....................................... — 8 4.1 Quelques éléments théoriques................................................................... — 8 4.2 Inﬂuence des paramètres atmosphériques............................................... — 9 4.2.1 Inﬂuence de la température............................................................... — 9 4.2.2 Inﬂuence de la pression ..................................................................... — 9 4.2.3 Inﬂuence de l’humidité. Condensation............................................. — 9 4.2.4 Inﬂuence de la vitesse de l’air ........................................................... — 9 4.2.5 Poussières, boues............................................................................... — 9 4.3 Gaz et vapeurs interférents, poisons, inhibiteurs ..................................... — 9 4.4 Parasitage électromagnétique. Vibrations mécaniques........................... — 10 4.5 Caractéristiques métrologiques ................................................................. — 10 4.5.1 Lever de doute .................................................................................... — 10 4.5.2 Temps de réponse .............................................................................. — 10 5. Installation des détecteurs ﬁxes ......................................................... — 11 6. Normalisation. Certiﬁcation et marque NF ...................................... — 11 6.1 Certiﬁcation électrique ................................................................................ — 11 6.2 Métrologie.................................................................................................... — 11 7. Critères de choix. Maintenance........................................................... — 12 7.1 Critères de choix.......................................................................................... — 12 7.2 Maintenance................................................................................................. — 12 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. R 2 380 EXPLOSIMÈTRES. DÉTECTEURS DE GAZ ____________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. R 2 380 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle e présent article traite de l’utilisation des détecteurs de gaz pour l’explo- simétrie et la toxicométrie. Dans ces domaines, le détecteur de gaz est un appareil fait pour donner une alarme lorsque l’atmosphère devient explosible (présence d’un gaz combustible) ou toxique (présence d’un gaz dangereux pour la santé, ou absence d’oxygène). Le détecteur de gaz combustible, combustible gas detector en anglais, est aussi appelé « explosimètre » en français. Pour déﬁnir un seuil de danger avec précision, l’appareil doit réaliser une mesure : il mesure la concentration du gaz présent, ou la plupart du temps sa pression partielle. Ce type d’appareil est donc utilisé en surveillance de l’atmosphère, et non en contrôle de processus, ce qui le différencie des ana- lyseurs qui sont plus précis et donc plus coûteux. Son usage est le plus souvent de nature industrielle ; des tentatives existent cependant pour le faire entrer dans les usages domestiques (détecteur de fuites de méthane). L’utilisation des microprocesseurs permet d’élargir son domaine à l’hygiène industrielle et même au contrôle de pollution ; il devient possible de mémoriser les mesures, de calculer des moyennes dans le temps... Cependant ces mesures, bien souvent réglementaires, exigent des précisions ou des règles spéciﬁques de mesurage qui ne peuvent pas toujours être obtenues ou utilisées avec ce type d’appareil. Méthodes et spéciﬁcations sont en cours d’élaboration au niveau des Communautés européenne et internationale (travaux du CEN – Comité européen de normalisation – et de l’ISO – Organisation internationale de normalisation). Il convient donc d’être prudent dans le choix de tels appareils pour des mesures autres que de simples indications de présence ou d’absence de gaz. L 1. Déﬁnitions Nous allons déﬁnir les seuils de danger mesurés par les explo- simètres, et ceux mesurés par les toximètres. I La LIE, limite inférieure d’explosivité, est la concentration volu- mique de gaz au-dessous de laquelle il n’y a pas assez de gaz combustible pour assurer la propagation de la combustion dans le mélange en phase gazeuse. I La LSE, limite supérieure d’explosivité, est la concentration volu- mique de gaz au-dessus de laquelle il n’y a pas assez d’oxygène pour assurer la propagation de la combustion du mélange en phase gazeuse. I Une atmosphère est dite explosive lorsque le mélange gazeux contient des proportions de substances inﬂammables telles qu’une température excessive, des arcs ou des étincelles produisent son explosion (le danger existe réellement). I Une atmosphère explosible est une atmosphère susceptible de devenir explosive (le danger existe à l’état possible) par augmenta- tion de la quantité de combustible ou de comburant. I La VLE, valeur limite d’exposition, est la valeur maximale respirable pendant 15 minutes par un individu, supportable sans provoquer de troubles intolérables, sans changement chronique ou irréversible des tissus, sans narcose, augmentation du danger d’accident, ni réduction des capacités de travail... I La VME, valeur maximale d’exposition, est la valeur limite admise pour la moyenne dans le temps (8 h/jour, 40 h/semaine) des concentrations auxquelles le travailleur peut être effectivement exposé sans avoir de trouble, passager ou non. LIE et LSE sont des valeurs expérimentales, sur lesquelles le consensus international n’est pas encore réalisé. Néanmoins, les normes européennes sur les détecteurs de gaz combustibles ont établi une liste de référence en attendant l’aboutissement des travaux internationaux. VLE et VME sont des valeurs indicatives, souvent réglementaires (en France, ﬁxées par les ministères). Elles peuvent donc être dif- férentes d’un pays à l’autre ; elles ont tendance à diminuer au fur et à mesure de la connaissance des effets des gaz et vapeurs et de l’augmentation du degré de protection des travailleurs. Exemples : la LIE du monoxyde de carbone est 15 % v/v, sa LSE 75 % v/v ; la VME admise pour les travaux souterrains en France est 50 ppm v/v. La LIE du méthane généralement admise est 5 % v/v. Les industries chimiques allemandes lui préfèrent la valeur 4 % v/v. Les quatre limites précédentes sont déﬁnies dans les condi- tions normales de température et de pression. LIE et LSE sont habituellement déﬁnies en pour-cent volume (% v/v) rapport entre le volume de gaz combustible et le volume global de gaz. VME et VLE sont déﬁnies en ppm volume (indépendant des conditions de température et de pression) ou en mg/m3 (rapporté à 20 oC et 105 Pa), mais également en ppb (parties par milliard ou µg/m3). Un explosimètre sera gradué en « % LIE », l’indication 100 % LIE correspondant à une concentration de gaz égale à la LIE. Un détecteur de gaz toxique aura une échelle graduée en ppm (parties par million ; 1 ppm = 10–6). ____________________________________________________________________________________________________ EXPLOSIMÈTRES. DÉTECTEURS DE GAZ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle R 2 380 − 3 I Remarque : bien souvent un gaz, toxique à faible teneur, est explosible à plus forte teneur. Ainsi, un détecteur de monoxyde de carbone sera appelé « toximètre » s’il est capable de mesurer des concentrations proches des valeurs limites toxiques, ou « explosimètre » s’il mesure des concentrations proches de la LIE. Il convient donc de bien choisir l’appareil en fonction du danger prévisible, et non simplement en fonction du gaz à mesurer. 2. Principes de détection Pour mesurer la concentration d’un gaz, on s’intéresse à ses propriétés, physiques ou chimiques, et l’on choisit l’une d’elles parti- culièrement sensible à la présence et à la variation de concentration de ce gaz, ou spéciﬁque de ce gaz. Citons comme exemple le para- magnétisme pour l’oxygène, ou la couleur orange du dioxyde d’azote. Les principales propriétés utilisées dans les appareils commer- cialisés sont : — des propriétés physiques : • conductivité thermique, • absorption du rayonnement lumineux, • variation de l’indice de réfraction optique, • adsorption sur un matériau ; — des réactions chimiques conduisant à la variation d’une grandeur physique : • réaction d’oxydo-réduction en phase liquide induisant un passage de courant électrique, • réaction chimique induisant un changement de couleur, • réaction d’oxydation catalytique engendrant une variation de température. Dans certains cas, une combinaison de propriétés est utilisée : adsorption et combustion pour les matériaux semi-conducteurs. Toutes ces variations sont ensuite traduites en grandeur électrique pour actionner une alarme, lumineuse ou auditive, ou un afﬁcheur. Dans quelques cas particuliers, s’il s’agit seulement de changement de couleur, l’utilisateur interprétera lui-même les indications de l’appareil. Nous présentons les différents principes en fonction des gammes de mesure auxquelles ils sont actuellement adaptés, en commençant par les principes n’engendrant pas de grandeur électrique, et en terminant par les principes uploads/Industriel/ detecteurs-de-gaz 1 .pdf