Détecteurs infra-rouge de gaz combustible

Principe de la détection infrarouge

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. Cette méthode permet de s'affranchir des interférences telles que l'humidité, les poussières et la température. Cependant, les gaz qui absorbent dans la bande des 3.0 µm (par exemple l'acétylène) peuvent conduire à des dérives.
D'autre part, l'hydrogène n'est pas détecté en IR.
Selon la loi de Beer-Lambert, l'intensité du rayonnement absorbé est une fonction de la concentration du gaz. Ces variations d'intensité sont ensuite converties en un signal proportionnel à la concentration du gaz.

La sélectivité de la détection en IR dépend de l'étroitesse de la bande de mesure. La plupart des gaz combustibles sont détectés mais avec des sensibilités différentes. A l'inverse des détecteurs catalytiques, un détecteur IR est généralement plus sensible aux hydrocarbures ayant plus de carbones dans leur molécules, qu'au méthane.
Avec un détecteur calibré avec du méthane, on évaluera à 50% la LIE pour:
• 48 % LIE hexane
• 43 % LIE pentane
• 37 % LIE butane
• 31 % LIE propane
• 15 % LIE éthane


On distingue deux types de détecteurs : les détecteurs ponctuels (single point detector) et les détecteurs barrière (open path detector).

Les détecteurs ponctuels

Le faisceau IR parcourt un chemin optique de l'ordre de quelques cm à l'intérieur du capteur. Comme les détecteurs catalytiques, ce type de détecteur ne donne des indications que sur le point où il est implanté. Il mesure des concentrations de gaz (CH4, C2H6, etc.) qui sont traduites en % LIE, % volume ou ppm.

Les détecteurs barrières

Le faisceau IR traverse la zone à surveiller (5 à 200 m). Il existe plusieurs types de détecteurs barrières selon la distance à surveiller, la disposition du système émetteur-récepteur et la sensibilité de la barrière:
• Pour des distances à surveiller comprises entre 5 et 60 m, l'émetteur et le récepteur sont côte à côte.
Le faisceau lumineux est renvoyé par un miroir de réflexion situé à l'autre extrémité de la zone à surveiller.
• Pour des distances comprises entre 60 et 200 m, l'émetteur et le récepteur sont situés de part et d'autre de la zone à surveiller.
Les barrières IR mesurent une absorption dans la bande 2,3 a 2,4 µm. Elles mesurent des concentrations de gaz (CH4, C2H6, etc.) qui sont traduites en % LIE.m ou LIE.m. Les barrières IR haute sensibilité mesurent une absorption dans la bande 3.3-3.4 µm. Elles mesurent des ppm.

Réponse des détecteurs IR à un mélange de gaz

Les détecteurs calibrés en usine donnent une réponse linéaire pour le gaz avec lequel ils sont calibrés. Pour les autres gaz, la réponse n'est pas linéaire. La réponse d'un mélange de gaz n'est donc pas linéaire par rapport à la LIE du mélange. Toutefois, l'écart à la linéarité reste faible et peu significatif pour une détection.

Temps de réponse

Comme pour les détecteurs catalytiques, les parties optiques des détecteurs IR ponctuels sont protégées mais seulement pour éviter leur encrassement. L'obtention d'une durée de réponse qui reste dans les spécifications des normes est un compromis entre la vitesse de diffusion du gaz au travers de la protection et l'efficacité de cette protection.
La durée de réponse des détecteurs barrière, déjà beaucoup plus courte que celle des autres principes de détection, n'est pas affectée par l'encrassement des optiques. Dans ce cas, seule la sensibilité de la réponse peut être affectée.

A l'inverse des détecteurs catalytiques, le signal du capteur est en permanence à son maximum en l'absence de combustible à mesurer. Ainsi, un dysfonctionnement du capteur génèrera une alarme analogue à la présence de gaz.