LES MOYENS TECHNIQUES
Moyens
de prélèvement
L’air à analyser est dans une première
étape aspiré au travers d’une tête de prélèvement.
Celle-ci doit se situer sur une zone plane,
à l’abri des vents forts. Le point d’échantillonnage devra se
situer à une distance d’environ 50 cm à 1 m du toit ou du mur.
Il existe différents types de tête de
prélèvement des gaz : en inox, en Téflon ou en PVC. La matière
utilisée doit être chimiquement inerte pour éviter toute
réaction de surface pouvant entraîner une décomposition des
polluants à mesurer.
L’air aspiré est ensuite amené à l’entrée
de chaque analyseur par l’intermédiaire de tubes en Téflon.
Pour l’ozone, on utilise des tubes en PFA, matière plus inerte
pour ce composé.
La tête de prélèvement spécifique doit être
utilisée pour les analyseurs de particules en suspension (à
gauche sur la photo). Elle est fixée à un tube de prélèvement
en inox posé à la verticale de l’analyseur. Elle permet, par
un système de chicane interne, de collecter les particules
d’un diamètre inférieur ou égal à 10 µm. Pour éviter tout
problème d’humidité dans l’analyseur, la base du tube de
prélèvement est chauffée.
Moyens d’analyse
Lig'Air mesure actuellement cinq polluants
différents. A chaque polluant correspond un analyseur dont le
principe de mesure lui est spécifique.
L’analyseur d’oxydes d’azote
Il est spécifique aux mesures de monoxyde
et de dioxyde d’azote à de faibles teneurs dans l’air ambiant.
Le principe de mesure est basé sur la chimiluminescence.
Principe de mesure du NO :
Il est basé sur une oxydation du monoxyde
d’azote par des molécules d’ozone générées par un ozoneur à
décharge :
NO + O3
® NO2* + O2
NO2*
®
NO2 + hn
Le dioxyde d’azote excité retombe à un état
fondamental stable en émettant un rayonnement lumineux de
longueur d’onde comprise entre 600 et 1200 nm.
Un filtre optique sélectif des longueurs
d’onde supérieures à 610 nm, permet au photomutiplicateur de
mesurer le rayonnement.
Ce dernier délivre ensuite un signal
électrique à un microprocesseur qui l’amplifiera et le
transformera en concentration.
Principe de mesure du NO2
Pour mesurer le dioxyde d’azote, il faut
d’abord le réduire en monoxyde d’azote par passage dans un
four convertisseur de molybdène à haute température (320°C)
suivant la réaction suivante :
3 NO2 + Mo
®
3 NO + MoO3
Selon le même principe que pour le monoxyde
d’azote, on obtient donc la concentration en NOx (NO et NO2
converti) puis par différence avec la première valeur, la
concentration en NO2
Devant le photomultiplicateur et le filtre
optique se situe un chopper c’est-à-dire une
roue à 3 secteurs correspondants aux phases suivantes :
¨
le masquage des deux chambres (zéro électrique), permettant la
mesure du bruit électrique de fond.
¨
l’ouverture de la chambre NO (mesure du signal NO)
¨
l’ouverture de la chambre NOx (mesure du signal NOx).
L’analyseur de dioxyde de soufre
Le principe de mesure est basé sur la fluorescence UV des
molécules de dioxyde de soufre. Les molécules de SO2
sont excitées sous l’effet de rayons UV émis par une lampe
basse pression à vapeur de zinc de longueur d’onde 213,9 nm.
Les molécules de dioxyde de soufre excitées
reviennent ensuite à un niveau fondamental par fluorescence :
La longueur d’onde des rayonnements
fluorescents est comprise entre 320 et 380 nm (valeur moyenne
de 350 nm). L’intensité de fluorescence mesurée par un
photomultiplicateur est directement proportionnelle à la
concentration en SO2 de l’échantillon.
L’analyseur de monoxyde de carbone
Le principe de mesure du monoxyde de
carbone est basé sur l’absorption infra rouge. En effet son
spectre d’absorption est maximal à la longueur d’onde 4,67 µm.
Toutefois d’autres composés carbonés (que l’on peut retrouver
dans l’air : CO2, CH4…) ont des spectres
voisins à celui du CO. Pour éliminer les interférences de ces
gaz, l’analyseur est équipé d’un filtre optique (centré sur la
longueur d’onde 4,67 µm) et d’une roue de corrélation.
Le rayonnement IR émis par un filament
chauffé traverse une roue de corrélation, le banc optique,
puis un filtre sélectif à la longueur d’onde étudiée (4,7 µm)
pour être enfin mesuré par le détecteur infrarouge.
La roue de corrélation permet une
séparation temporelle du rayonnement IR en trois rayonnements
distincts selon trois secteurs :
une partie comportant
une cellule remplie de monoxyde de carbone.
Le rayonnement infrarouge incident traverse
alternativement ces trois parties. Il en résulte au niveau du
détecteur la mesure de trois types de signaux différents :
-
un signal
zéro correspondant au passage à travers la partie opaque
de la roue.
-
un signal
correspondant à la partie vide de la roue. Cette mesure
permet de déterminer l’intensité (i) restante après
absorption partielle des rayonnements par les molécules de
CO.
-
un signal
de référence (i0) correspondant au passage à
travers la cellule remplie de CO. Durant cette période,
toutes les bandes d’absorption spécifiques au CO sont
éliminées. L’intensité lumineuse mesurée par le détecteur
n’est donc pas affectée par l’absorption due au CO contenu
dans l’échantillon.
Un microprocesseur calcule ensuite la
concentration de monoxyde de carbone contenu dans
l’échantillon en appliquant la loi de Beer-Lambert.
L’analyseur d’ozone
La méthode de mesure est l’absorption d’un
rayonnement ultraviolet produit par une lampe à mercure (raie
principale d’émission de la lampe à mercure : 253,7 nm). Le
spectre d’absorption de l’ozone est maximum à la longueur
d’onde 253,7 nm.
Un détecteur UV placé en fin de cellule
mesure l’énergie UV lorsque l’échantillon est dans la chambre
de mesure (intensité i). De même, il mesurera, avant chaque
mesure de i, une intensité i0 de la cellule
contenant un gaz exempt d’ozone obtenu par passage à travers
un filtre sélectif à l’ozone.
Un capteur de pression et de température
permettent de déterminer P et t.
Le calcul de la concentration est alors
réalisé à partir de la loi de Beer Lambert.
L’analyseur de particules en suspension
Le rôle de cet analyseur est de déterminer
la quantité de particules en suspension d’un diamètre
inférieur à 10 µm présentes dans l’air. La mesure est basée
sur le principe de la jauge Bêta, composée d’une source
radioactive (rayons
b
mous) et d’un compteur Geiger-Müller.
Un volume d’air connu est aspiré, les
particules se déposent sur un filtre en fibre de verre, le
filtre, situé entre la source bêta et le compteur Geiger, est
soumis aux rayons
b
(cette même opération est réalisée au préalable lorsque le
filtre est vierge permettant ainsi de mesurer l’absorption du
filtre). Les rayons de faible énergie sont absorbés par la
matière par collision, l’absorption est proportionnelle à la
masse de matière rencontrée indépendamment de la nature
physico-chimique de celle-ci.
Transmission des données
Les concentrations, obtenues après analyse
de l’air prélevé, sont ensuite transmises à une station
d’acquisition qui les moyenne tous les quart d’heures.
Le poste central (implanté au siège de
LIG’AIR) interroge deux fois par jour, par voies
téléphoniques, chaque station d’acquisition. Les mesures
brutes ainsi récupérées, sont alors disponibles sur le poste
de traitement où elles seront validées et transmises à la Base
nationale des Données relatives à la Qualité de l’Air (BDQA)
gérée par l’ADEME. Celle-ci récolte toutes les mesures
effectuées par les 40 associations membres du réseau Atmo pour
contribuer au développement d’échanges réciproques
d’informations sur la qualité de l’air dans les Etats membres
de la Communauté Européenne.
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