Détection de gaz

Les détecteurs de gaz se distinguent des analyseurs de gaz en ce que les analyseurs sont utilisés pour analyser un échantillon afin d’identifier ou de quantifier différents composés spécifiques, tandis qu’un détecteur de gaz est destiné à surveiller et signaler la présence de gaz toxiques ou combustibles spécifiques ainsi que les risques liés à un manque d’oxygène. Les niveaux de mesure typiques sont exprimés en parties par million (ppm) pour les gaz toxiques, en pourcentage de la LIE (Limite Inférieure d’Explosivité) pour les gaz combustibles, et en pourcentage volumique pour la surveillance des déficiences en oxygène.

Les dispositifs de surveillance pour la détection de gaz peuvent être classés en trois catégories. Un système fixe correspond à une installation de surveillance permanente sur le lieu de travail (système stationnaire). Le capteur de détection peut être relié par câblage ou communiquer via des signaux sans fil vers une station centrale de supervision. La plupart de ces systèmes sont dotés d’alarmes sonores. Le type de capteur utilisé dépend du système ainsi que du ou des gaz à détecter. La détection fixe de gaz peut être utilisée à l’intérieur des bâtiments, mais également à l’extérieur comme système de surveillance périmétrique sur les sites chimiques et pétrochimiques.

La détection portable de gaz concerne les détecteurs de gaz portés ou transportés par un opérateur. Généralement alimentés par batterie, ces appareils de surveillance portatifs sont utilisés pour la détection des gaz toxiques ou combustibles ainsi que pour le contrôle des déficiences en oxygène dans les espaces confinés.

Les systèmes de surveillance de zone (« Area Monitoring ») offrent les avantages d’un système fixe multigaz dans une unité transportable. Ces équipements sont conçus pour la protection d’équipes ou la surveillance temporaire de zones de travail où l’installation de systèmes fixes n’est pas adaptée.

Capteurs

• Capteurs à perle catalytique :
  Ils sont constitués d’une bobine métallique enfermée dans un matériau céramique ou en verre. Ce matériau est recouvert d’un catalyseur adapté au type de gaz à détecter. Le capteur est chauffé électriquement à une température permettant la combustion du gaz surveillé. Lorsque le gaz brûle à la surface active du capteur, la chaleur de combustion provoque une augmentation de température qui modifie la résistance électrique du capteur. Cette variation de résistance est mesurée électriquement et constitue le signal de sortie. Ces capteurs sont principalement utilisés pour la détection de la LIE. Dans les détecteurs portables, leur durée de vie peut être importante car ils sont utilisés de manière intermittente. Les capteurs catalytiques nécessitent un étalonnage périodique.
• Capteurs électrochimiques :
  Le gaz cible diffuse à travers une membrane poreuse jusqu’aux électrodes de travail où il subit une réaction d’oxydation ou de réduction. Cette réaction génère un courant électrique circulant dans le circuit externe, proportionnel à la concentration du gaz. Ces capteurs sont utilisés pour la surveillance des gaz toxiques et nécessitent un étalonnage périodique. Les capteurs électrochimiques sont constitués d’ensembles comprenant deux, trois ou davantage d’électrodes appelées électrode auxiliaire, électrode de référence et électrode de travail. Les électrodes fournissent une surface sur laquelle se produisent les réactions d’oxydation ou de réduction, permettant de coupler la conduction ionique de l’électrolyte à la conduction électronique des électrodes afin de former un circuit électrique complet. Dans un capteur électrochimique typique, le gaz à mesurer pénètre depuis l’atmosphère dans le boîtier du capteur à travers une membrane poreuse ou perméable aux gaz jusqu’à l’électrode de travail où se déroule la réaction chimique.
• Capteurs infrarouges :
  Il s’agit de détecteurs optiques pour gaz combustibles utilisant un faisceau lumineux infrarouge émis par une source à filament ou une LED afin de détecter le gaz cible. Ils sont couramment utilisés pour la détection du dioxyde de carbone (CO₂) et du méthane (CH₄). Stables et robustes, ils présentent une longue durée de vie mais nécessitent néanmoins un étalonnage périodique.
• Capteurs à photoionisation :
  La lampe PID est remplie d’un gaz inerte à basse pression qui, lorsqu’il est excité à une énergie correspondant à la fréquence naturelle des molécules de gaz, produit un courant électrique constituant le signal de sortie du détecteur. Plus la concentration du composé est élevée, plus le nombre d’ions générés et donc le courant produit sont importants. Les détecteurs PID nécessitent un étalonnage périodique.

Autres types

• Détection de gaz par laser :
  Chaque atome ou molécule de gaz possède une fréquence ou une longueur d’onde caractéristique à laquelle il entre en résonance ou vibre. Le faisceau laser fonctionne à une longueur d’onde d’absorption spécifique au gaz cible. Lorsque le faisceau laser rencontre une molécule de gaz, celle-ci est mise en vibration. Cette vibration modifie le signal du faisceau en superposant une fréquence caractéristique ; la différence est détectée par un récepteur intégré à l’instrument après réflexion du faisceau laser.
• Tubes détecteurs de gaz :
  Avec les tubes détecteurs de gaz, un échantillon d’air est aspiré à travers le tube à l’aide d’une pompe. Le tube contient des réactifs chimiques spécialement traités. Lorsque l’échantillon contient une quantité suffisante du contaminant recherché, une modification de couleur se produit dans le réactif en fonction de sa concentration. Les tubes détecteurs peuvent être à lecture directe, où la mesure est obtenue directement sur une échelle graduée imprimée sur le tube, ou utiliser un tableau de conversion externe. Les tubes détecteurs de gaz ne nécessitent aucun étalonnage et sont à usage unique.
• Badges dosimétriques :
  Les badges dosimétriques sont utilisés pour mesurer l’exposition individuelle dans des environnements dangereux. Pour la détection des gaz, ils reposent sur le principe de la diffusion directe. Le badge indique la présence d’un gaz spécifique grâce à une réaction chimique colorimétrique hautement sélective, l’intensité du changement de couleur étant directement proportionnelle à la concentration du gaz et à la durée d’exposition. Les badges dosimétriques ne nécessitent aucun étalonnage et sont à usage unique.