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Principes de mesure dans les appareils de mesure des émissions :
Capteurs NDIR & électrochimiques
Les appareils de mesure des émissions utilisent principalement des cellules de mesure NDIR et des capteurs électrochimiques pour déterminer de manière fiable les concentrations de gaz tels que CO, CO2, NO, NO2 ou SO2 et les afficher en mg/m3 ou en % vol. Ces deux principes de mesure ont des atouts spécifiques et conviennent chacun à certains composants, plages de mesure et concepts d’appareils.
Mesure NDIR – technologie infrarouge pour les analyses de gaz
NDIR signifie mesure infrarouge non dispersive et est principalement utilisé pour déterminer des gaz présentant des bandes d’absorption IR marquées – par exemple CO, CO2 ou NO. Le principe repose sur le fait que les molécules absorbent le rayonnement infrarouge à certaines longueurs d’onde. Un analyseur NDIR envoie une lumière infrarouge à travers une cuvette de mesure remplie de gaz à mesurer. Un détecteur mesure le rayonnement atténué par le gaz. À partir du rapport entre l’intensité émise et l’intensité détectée, la concentration de gaz est calculée à l’aide de la loi de Lambert-Beer.
Une cellule de mesure NDIR typique comprend :
une source lumineuse IR,
une cuvette de mesure de longueur définie,
des filtres optiques pour sélectionner les longueurs d’onde pertinentes,
un détecteur IR,
une électronique pour l’évaluation du signal et le calcul de la concentration.
Dans les appareils de mesure des émissions, plusieurs canaux NDIR sont souvent combinés pour mesurer différents gaz en parallèle. Les plages de mesure peuvent être adaptées à différentes exigences via la longueur de cuvette, les filtres optiques et le traitement du signal – des faibles plages en ppm jusqu’à la plage en pourcentage.
Capteurs électrochimiques – mesure multicomposants compacte
Les capteurs électrochimiques sont principalement utilisés pour O2, CO, NO, NO2 et SO2 et conviennent particulièrement aux appareils de mesure des émissions compacts et mobiles. Ils se composent d’une cellule de mesure avec électrolyte et électrodes. Le gaz à mesurer diffuse dans la cellule et y réagit électrochimiquement. Le courant généré est proportionnel à la concentration de gaz.
Les avantages des capteurs électrochimiques sont leur conception compacte, la possibilité de combiner plusieurs capteurs dans un même appareil et des temps de réponse relativement courts. Ils permettent de réaliser des appareils de mesure des émissions multigaz de conception portable, utilisables de manière flexible au quotidien en service.
En revanche, les capteurs électrochimiques ont une durée de vie limitée, qui dépend de la température de fonctionnement, de la charge en gaz et de la fréquence d’utilisation. Un contrôle régulier et, le cas échéant, le remplacement des capteurs font donc partie d’un concept de maintenance professionnel.
Atouts, limites et domaines d’application typiques
Les cellules de mesure NDIR se distinguent par une grande stabilité à long terme et une sélectivité élevée pour certains gaz. Elles sont prédestinées aux systèmes de mesure des émissions stationnaires et aux applications dans lesquelles des mesures sont effectuées en continu et sur de longues périodes. Les cas d’utilisation typiques sont :
mesure continue de CO et CO2 dans les grandes installations de combustion,
mesure de NO dans les installations énergétiques et industrielles,
intégration dans des CEMS conformément aux normes applicables.
Les capteurs électrochimiques se distinguent par leur flexibilité et leur compacité. Ils sont utilisés de préférence dans des appareils de mesure des émissions mobiles qui doivent enregistrer plusieurs composants simultanément lors d’interventions de service et de mise en service. Les applications typiques sont :
mise en service et maintenance d’installations de chaudières et de brûleurs,
mesures de campagne sur des centrales de cogénération ou des installations industrielles,
mesures comparatives et contrôles de plausibilité.
Quand NDIR, quand électrochimique ?
Le choix d’un principe de mesure dépend de plusieurs facteurs :
Tâche de mesure : surveillance continue vs contrôles récurrents,
précision et stabilité à long terme requises,
nombre et type de composants à mesurer,
espaces d’intégration disponibles et conditions ambiantes.
Dans de nombreux systèmes, les deux technologies sont combinées : les capteurs électrochimiques complètent les cellules de mesure NDIR afin de couvrir des composants supplémentaires ou de prendre en charge des scénarios mobiles. Il est important pour les utilisateurs de savoir quels composants sont mesurés selon quel principe et quelles exigences de maintenance en résultent.
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