Les techniques de mesures


Les analyseurs automatiques que nous utilisons font appel à diverses techniques de mesure selon le polluant concerné. Ces techniques sont souvent normalisées au niveau national (AFNOR), européen (CEN) ou international (ISO) et elles reposent sur les propriétés chimiques ou physiques des constituants que l’on cherche à mesurer.

- Mesure du dioxyde de soufre (SO2)

L’analyseur utilisé pour mesurer le dioxyde de soufre (SO2) utilise la méthode de la fluorescence ultraviolet (UV), norme NF EN 14212. Les molécules de dioxyde de soufre (SO2) sont excitées sous l’action d’un rayonnement UV intense et constant (214 nanomètres).

SO2 +UV -> SO2 *

Le dioxyde de soufre (SO2) se désexcite alors très rapidement en émettant un rayonnement UV de longueur d’onde supérieure (entre 320 et 380 nanomètres) à celle du rayonnement d’excitation.

SO2 * -> SO2+UV

Un photomultiplicateur permet de calculer la concentration en SO2. La mesure à 90° par rapport au rayonnement envoyé est proportionnelle à la concentration de SO2 présente dans la chambre de réaction.

- Mesure des oxydes d’azote (NOx)

Les oxydes d’azote (NOx) sont composés essentiellement du monoxyde d’azote (NO) et du dioxyde d’azote (NO2). L’analyseur utilisé pour mesurer les concentrations en oxydes d’azote est basé sur la chimiluminescence, norme NF EN 14211. La chimiluminescence est une émission d’énergie lumineuse résultant d’une réaction chimique. Elle est utilisée pour la mesure du monoxyde d’azote (NO) car il réagit avec l’ozone (O3).

NO+O3 -> NO2 + O2 + photons

  • Mesure du monoxyde d’azote : l’air ambiant est envoyé dans une chambre à réaction où il est mélangé à de l’ozone présent en excès. Le rayonnement produit est mesuré par un photomultiplicateur.
  • Mesure du dioxyde d’azote : l’air ambiant est envoyé dans un four à catalyse en molybdène chauffé à haute température où les oxydes d’azote sont alors réduits en monoxyde d’azote. L’air ne contenant plus que le monoxyde d’azote est envoyé dans la chambre de réaction où il est mélangé à l’ozone en excès. Le rayonnement émis est maintenant proportionnel à la quantité totale d’oxydes d’azote (NOx). On obtient la concentration de NO2 par différence (NOx = NO + NO2 -> NO2=Nox-NO).

- Mesure de l’ozone (O3)

L’analyseur utilisé pour mesurer les concentrations en ozone est basé sur l’absorption UV (Ultraviolet), norme NF EN 14625.

L’absorption de la lumière par l’ozone suit la loi de Beer-Lambert qui relie l’absorption à la concentration en ozone selon un coefficient connu. L’ozone présent dans l’air ambiant possède une bande d’absorption dans l’ultraviolet (longueur d’onde de 254 nanomètres). Dans l’analyseur, l’air ambiant est d’une part exposé à une lampe UV centrée sur 254 nanomètres et d’autre part, filtré de l’ozone qu’il contient. Selon la loi de Beer-Lambert, on calcule alors la concentration en ozone par différence entre la mesure de l’air sans ozone et celle de l’air contenant de l’ozone.

- Mesure du monoxyde de carbone (CO)

L’analyseur utilisé pour mesurer les concentrations en monoxyde de carbone (CO) est basé sur l’absorption InfraRouge (IR), norme NF EN 14626.

La méthode utilisée pour déterminer le monoxyde de carbone est la corrélation infrarouge par filtre gazeux. Le faisceau émis par la source infrarouge traverse alternativement une cellule remplie de CO et une cellule neutre puis la chambre de mesure contenant l’échantillon et enfin, un filtre interférentiel placé avant le détecteur.

- Mesure des particules en suspension

A La Réunion, l’ORA mesure par microbalance TEOM (Tapered Element Oscillating Microbalance) deux types de particules :

  • les particules d’un diamètre aérodynamique inférieur à 10 microns (PM10-Particulate Matter)
  • les particules d’un diamètre aérodynamique inférieur à 2,5 microns (PM2,5).

Le principe du TEOM est une microbalance à élément oscillant. Les particules prélevées dans l’air ambiant se déposent sur un filtre et augmentent la masse du système oscillant, provoquant ainsi un ralentissement de la fréquence d’oscillation. Cette variation de fréquence est convertie en variation de masse de poussières déposées. La mesure du débit volumique permet de déterminer la concentration en microgrammes de particules par mètre cube d’air.

- La station d’acquisition

En plus des analyseurs automatiques, dans chaque station de surveillance, on retrouve une station d’acquisition qui permet de :

  • Gérer l’acquisition des données en provenance des analyseurs
  • Piloter les instruments et s’assure de leur bon fonctionnement
  • Qualifier chaque mesure produite par un code qualité
  • Détecter et consigner l’ensemble des évènements apparus
  • Surveiller les niveaux mesurés
  • Signaler tout dépassement de seuil

Les données sont stockées et sauvegardées dans une base de données, consultable à l’aide du logiciel XR, produit de la société Iséo.

- Les échantillonneurs passifs

Il s’agit de petits tubes contenant un réactif chimique ou un adsorbant, en mesure de piéger spécifiquement le polluant que l’on cherche à mesurer. Ces échantillonneurs, après exposition à l’air ambiant, pendant quelques jours par exemple, sont ramenés en laboratoires afin de procéder à l’analyse chimique du réactif, ou du polluant retenu. Des échantillonneurs passifs sont couramment utilisés pour mesurer le dioxyde d’azote, l’ozone et le benzène.

Ils présentent en effet divers avantages (coûts et encombrements réduits notamment), ce qui permet, lors d’une campagne de mesure, de multiplier les points de surveillance afin d’y mesurer des concentrations moyennées sur la période d’exposition. En revanche, ces échantillonneurs ne permettent pas d’évaluer des concentrations sur des pas de temps très courts, à la différence des analyseurs automatiques.

Analyseur de gaz

Analyseur de gaz

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Analyseur de particules

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Préleveur de particules sur filtre

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