• Avertissement au visiteur!
    • Les informations contenues dans ces pages se veulent aussi exactes que possible et vous sont proposées en toute bonne foi. Cependant leur caractère est très général et elles peuvent être inappropriée dans une situation particulière. Toute application, choix ou décision qui en découlerait doit impérativement être préalablement validée par un expert compétent.

Détecteurs de gaz


Les détecteurs de gaz sont le plus souvent destinés à prévenir tout accident ou exposition accidentelle des travailleurs consécutif à une perte de confinement d'un gaz. Les gaz qui doivent pouvoir être détecté peuvent être:
 - toxiques
 - inflammables
Selon l'usage qui doit en être fait, ils peuvent être:
 - portable en permanence par un opérateur dans le but de l'alerter s'il pénètre dans une zone contaminée
 - transportable pour être installé temporairement de manière fixe dans une zone de chantier par exemple, afin d'alerter les ouvriers présents de l'approche d'un nuage contaminé (balise)
 - fixe et connecté au poste de conduite pour assurer une surveillance permanente autour d'un équipement à risque (compresseur, four, ...) ou dans un local (chaufferie, ...).

Les technologies des détecteurs de gaz

Capteur catalytiques

Deux filaments de platine bobinés et chauffés électriquement sont recouverts de « perles » en céramique. L'une d'elle, utilisée pour la mesure, est imprégnée d'un catalyseur (palladium ou rhodium), tandis que l'autre, utilisée comme référence, ne l'est pas.
Lorsqu'un mélange air/gaz diffuse dans le détecteur, une oxydation catalytique se produit dans la perle de mesure provoquant sont échauffement. La variation de température du filament fait varier sa résistance qui est mesurée et comparée à celle de la référence.
Ce type de capteur, est largement utilisé pour la détection de gaz combustible. Il n'est pas spécifique d'un gaz en particulier, mais répoud à tout gaz combustible.

Capteur infra-rouge

La détection infrarouge utilise le principe de l'absorption de certaines longueurs d'onde du rayonnement infrarouge par les gaz combustibles. Il n'y a donc aucune réaction physico-chimique. En général, la longueur d'onde d'absorption est caractéristique de la liaison C-H des hydrocarbures (bande spectrale de 3.3 à 3.4 µm).
En pratique, le principe de mesure utilise une méthode d'absorption différentielle qui compare le rayonnement absorbé à un rayonnement de référence dans la bande des 3.0 µm.
Ce type de capteur est largement utilisé pour la détection de gaz combustible. Il n'est pas spécifique d'un gaz en particulier, mais répond à tout gaz hydrocarbure qui est en principe combustible. Il peut au choix être utilisé comme détecteur ponctuel, ou permettre la surveillance d'une zone étendue sur plusieurs dizaines de mètres.

Capteur à photo ionisation (PID)

La détection par photo ionisation est basée sur l’ionisation des molécules par un rayonnement UV de haute énergie. Cette source d’énergie permet d’extraire un électron aux molécules de substances organiques à charge neutre. Les ions formés sont collectés par des électrodes entre lesquelles est établie une différence de potentiel. Les ions se déplacent dans le champ électrique et génèrent un courant proportionnel à la concentration en molécules ionisées.Il se produit ainsi un courant électrique d’intensité proportionnelle à la concentration du contaminant.

Capteurs électrochimiques

Des capteurs électrochimiques spécifiques sont disponibles pour détecter la majorité des gaz toxiques (CO, Cl2, H2S, SO2, ...).Ils sont constitués d'un bain d'acide ou de sel dans lequel sont plongées des électrodes. Le gaz à détecter est, selon sa nature, oxydé ou réduit à la surface de l'électrode de mesure. Un courant est généré, proportionel à la quantité de gaz qui a réagit.
Une teneur minimum en oxygène dans le gaz à analyser est souvent nécessaire pour assurer la réaction. L'électrolyte étant un milieu humide, il sera sensible à la température et l'humidité du gaz à mesurer.
La spécificité au gaz à détecter est assurée par le choix de l'électrolyte, du catalyseur et de filtres qui absorbent ou réagissent avec les gaz pouvant interférer dans la mesure.

Détecteur à papier réactif

Le gaz à mesurer percole à travers un papier imprégné d'un réactif changeant de couleur au contact du polluant à détecter. L'intensité de la couleur prise par le papier est proportionelle à la quantité de polluant. Elle est mesurée par une cellule photoélectrique.
Le papier sensible forme une bande continue qui est déroulée dans le détecteur, et avance d'un pas à chaque mesure.

Détecteur à semi-conducteur

Une couche d'oxyde de métal semi-conducteur est déposé sur un substrat non conducteur entre deux électrodes. L'ensemble est chauffé à une température telle que les atomes d'oxygène sont ionisés. Le capteur devient donc conducteur de l'électricité.
En présence d'un gaz étranger, celui-ci remplace une partie des atomes d'oxygène, ce qui fait varier la conductibilité électrique du capteur. Ce changement est proportionel à la concentration du gaz.
Ce détecteur est très sensible et permet de détecter de très faibles concentrations (ppm), mais n'est pas sélectif d'un gaz particulier. De plus il est sensible à l'empoisonnement et aux variations d'humidité

Détecteurs à catharomètre

Il mesure la capacité du gaz à transmettre la chaleur et à s'échauffer au contact d'une surface chaude.
Il est constitué de deux filaments parcourus par un courant électrique. L'un est dans le courant du gaz à mesurer tandis que l'autre, servant de référence, est placé dans un courant d'air propre. Une variation de composition du gaz à mesurer, modifiera sa température d'équilibre et donc sa résistance.
Ce type de capteur offre une très grande plage de mesure allant de quelques ppm à 100%.
Il n'est pas spécifique à un gaz particulier, et ne permet pas de détecter des gaz dont la conductibilité thermique est proche de celle de l'air tels que ammoniac, monoxyde de carbone, monoxyde d'azote, ...

Détection de gaz combustible

Critères d'explosivité

Domaine d'explosivité entre LIE et LSESoumis à une source d'inflammation,  un mélange d'air et de gaz combustible peut produire une explosion dans une plage de concentration comprise entre sa Limite Inférieure d'Explosivité (LIE) et sa Limite Supérieure d'Explosivité (LSE). A l'extérieur de cette plage, le mélange gaz/air est soit trop pauvre soit trop riche pour s'enflammer. Les sources d'inflammation peuvent être une flamme, une étincelle ou la chaleur.
En général, plus le nombre d'atomes d'oxygène nécessaire à la combustion du gaz est élevé, plus la LIE est faible. Des tables de valeur de la LIE et de la LSE sont attachées aux documents normatifs tels que l'EN 50054 (annexe) ou des Recommended Practice tels que l'ISA-RP12.13. Ces tables ne constituent pas elles-même des normes mais seulement des données généralement acceptées. Certains pays (Allemagne, Europe du Nord) recommandent des valeurs plus basses pour la LIE et plus élevées pour la LSE.
Les seuils de détections sont exprimés en « % LIE » du gaz ou du mélange de gaz et non « % volume gaz/volume air » ce qui signifie que 50 % de la LIE du méthane ne représentent pas la même concentration de gaz que 50 % de la LIE du butane. 

Equivalence des termes français et anglais :
• LIE = LEL : Lower Explosive Limit ou LFL : Lower Flamable Limit
• LSE = UEL : Upper Explosive Limit ou UFL : Upper Flamable Limit

Les détecteurs de gaz combustibles

Les différents principes de détection utilisés pour la détection des gaz combustibles à des fins de prévention des risques d'explosion sont :
• la détection catalytique,
• la détection par conductivité thermique (catharomètrique),
• la détection par semi-conducteur,
• la détection ponctuelle infrarouge,
• la détection par barrière infrarouge.
Les principes les plus courants sont la détection catalytique et la détection infrarouge.

Techniques de détection
Gaz ou vapeurs combustibles indétectables
Gaz ou vapeurs combustibles couramment détectés
Catalytique Composés organochlorés
ATTENTION: phénomène d'inhibition très probable
Hydrocarbures, alcools, cétones, éthers, esters, ammoniac, amines
Catharométrique Butane, propane, acétylène, éthylène Hydrogène, méthane, organochlorés
Semi-conducteur Tous
Infrarouge Hydrogène Hydrocarbures, alcools, cétones, éthers, esters, ammoniac, amines
Electrochimique Alcanes légers Hydrogène, éthylène

La détection des mélanges de gaz combustibles

Les détecteurs sont généralement calibrés en usine pour le méthane, le butane ou un gaz spécifique à la demande du client. Leur utilisation pour un mélange de gaz différent du gaz de calibration peut conduire à des écarts générateurs de fausses alarmes ou de situations dangereuses non détectées.
Il n'y a pas de règle générale pour évaluer la réponse d'un détecteur à un mélange de gaz. Chaque modèle de détecteurs, qu'il soit catalytique ou IR, a une réponse spécifique aux différents gaz. Les constructeurs sont sensés fournir des tables de réponse selon les gaz dans la documentation du matériel. Ces tables sont indicatives et donnent des valeurs moyennes de correction sur des lots de capteurs.

Dans les cas où les mélanges de gaz combustibles comportent un gaz majoritaire, l'incertitude sur la correction reste limitée. Dans les autres cas, il convient d'utiliser avec précaution les tables de correction et de vérifier la réponse des capteurs avec un gaz de référence.
Rappels : Les détecteurs catalytiques sont peu sélectifs mais donnent une réponse globalement linéaire quel que soit le gaz détecté et quel que soit le gaz de calibration. Les détecteurs infrarouge sont plus sélectifs mais ne donnent une réponse linéaire que pour le gaz de calibration.
Les détecteurs IR ne détectent pas l'hydrogène.


Choix d'un détecteurs de gaz combustible

Le principe de détection et le type de détecteur à installer dépendent de la zone ou de l'équipement à surveiller, de l'environnement industriel ou climatique de la détection et de considérations économiques.
Aucune technologie ne peut répondre seule à tous les cas de figure. Le choix doit donc se faire en étudiant les contraintes de la détection afin d'assurer la sécurité souhaitée au meilleur coût.
• Les détecteurs catalytiques représentent une technologie éprouvée et largement utilisée. Ils sont moins onéreux à l'achat que les détecteurs infrarouge mais plus sensibles aux aléas climatiques et industriels.
• Les détecteurs infrarouge représentent une technologie plus récente et moins utilisée. Ils sont plus onéreux que les détecteurs catalytiques mais leurs prix, en diminution constante, tendent vers ceux des détecteurs catalytiques équivalents. Ils sont réputés plus fiables et offrent une meilleure disponibilité que les détecteurs catalytiques.

D'une manière générale, on implantera préférentiellement les détecteurs infrarouge partout où la maintenance doit être réduite ou une réponse rapide exigée.

Détection de gaz toxique

Limites usuelles d'exposition aux gaz toxiques

Valeur limite d'exposition (VLE)

Maintenant nommée Valeur Limite d'Exposition Professionelle Court Terme (VLEP CT) dans la règlementation française. C'est une concentration du produit considéré en ppm.
C'est la concentration à ne pas dépasser pour un temps d'exposition de 15 mn.
Elle vise à prévenir un risque d'intoxication aiguë dûe à un pic d'exposition.

Valeur moyenne d'exposition (VME)

Maintenant nommée Valeur Limite d'Exposition Professionelle sur 8 heurs (VLEP 8h) dans la règlementation française.
C'est la concentration moyenne maximum auquel une personne peut être exposée pendant un poste de travail quotidien (8 heures).
Elle vise à prévenir les effets différés d'une exposition prolongée à un polluant. Elle peut être momentanément dépassée, sans excéder la VLE.

Sources de données

En europe les valeurs limites d'exposition sont fixées par un comité d'experts (Scientific Committee on Occupational  Exposure Limits ou SCOEL) et publiées sous forme de directives.
Aux Etats Unis c'est l'OSHA (Occupational Safety and Health Administration) qui fixe et publie des valeurs règlementaires.
Que ce soit en Europe ou aux Etats Unis, les valeurs limites sont fixées sur la base de travaux scientifiques internationaux. C'est pourquoi on retrouve souvent les mêmes valeurs dans les différentes règlementations. Si une substance particulière n'a pas fait l'objet d'une publication dans la règlementation française ou européenne, il est admis d'adopter les valeurs publiées dans la règlementation américaine si elles existent.

Exemples de valeurs limites

SubstanceVME
ppm
VLE
ppm
Ammoniac1020
Acide cyanhydrique210
Benzène1
Hydrogène sulfuré510
Formaldéhyde0,51

Technologies de détecteurs de gaz toxique

Technologies de détecteurs de gaz toxiquesDomaine d'utilisationLimitations
Capteurs électrochimiquesspécifique à un gaz
Semi conducteurnon spécifique à un gaz
sensible à l'empoisonnement et à l'humidité
Catharomètreppm à 100%non spécifique à un gaz
ne permet pas la détection de gaz dont la conductivité thermique est proche de celle de l'air
Papier réactifspécifique à un gaz ou une famille de gazéquipement mécanique à maintenir

Contrôle de la teneur en oxygène

Les incendies (de liquides ou de solides) ou les explosions (de gaz ou de poussières) ne peuvent généralement pas se développer si l'atmosphère contient moins de 8% d'oxygène. Le remplacement total ou partiel de l'air atmosphèrique par un gaz inerte (généralement de l'azote) ou de l'air appauvri en oxygène est une méthode courante pour éviter ces risques.
Par contre l'azote ou l'air appauvri n'entretenant pas la vie, l'inertage de capacités fait courir au personnel un risque asphyxie:
 - Si la teneur en oxygène en oxygène est inférieure à 17% volume, le port d'un appareil respiratoire est nécessaire, et un contrôle doit être organisé pour en interdire l'accès aux femmes enceintes et au personnel non informé et non équipé.
 - En dessous de 13% volume, le manque d'oxygène peut provoquer des effets irréversibles pour la santé, voire le décès.

Les contrôleurs de teneur en oxygène sont généralement des capteurs électrochimiques. Le milieu électrolyte est une solution de potasse.

Normes applicables

Afin de définir des exigences techniques, il est possible de se reporter aux normes ou codes
suivants qui définissent des prescriptions techniques :
− Normes Européennes EN 50054 à EN 50058 - "Appareils électriques de détection
et de mesure des gaz combustibles" – Règles générales et méthodes d’essais ; règles
de performances.
− Norme Européenne EN 50073 - "Guide de choix, d’installation et de maintenance
des détecteurs industriels de gaz combustibles".

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