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RÉSUMÉ
La méthode de la spectrométrie photoacoustiques (SPA) est l’objet principal de cet article. Cette méthode permet de détecter et d’analyser les gaz toxiques et polluants avec fiabilité. Pour commencer, le principe d’ensemble de cette méthode est abordé, avec l'historique de la technique et la spectrométrie photoacoustique moderne. L'analyse du processus de détection de gaz s'avère indispensable au travers des bruits en détection, du rapport signal sur bruit et des améliorations du signal. Le cas de l’application à la détection du gaz méthane est également abordé dans cet article.
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Photoacoustic spectrometry (PAS) is the main subject of this article. This method allows for the reliable detection and analysis of toxic gases and pollutants. To begin with, the overall principle of this method is presented together with the history of the technique and modern photoacoustic spectrometry. The analysis of the gas detection process via noise detection, signal-to-noise ratio and signal improvement appears to be essential. The application to methane gas detection is also dealt with in this article.
Auteur(s)
-
Virginie ZENINARI : Docteur en physique de l’université de Reims Champagne Ardenne (URCA) - Maître de conférences, habilitée à diriger des recherches à la faculté des sciences exactes et naturelles de Reims (URCA)
INTRODUCTION
Le principe de la spectrométrie photoacoustique (SPA) consiste à exciter un échantillon avec une lumière modulée de longueur d’onde définie. Les molécules absorbent une partie de l’énergie lumineuse qu’elles convertissent, après désexcitation, en un signal acoustique capté par un microphone. La SPA est une méthode, à la fois très stable et facile d’emploi, permettant de détecter de très faibles concentrations de gaz, et très efficace, notamment à la pression atmosphérique ; la dynamique de mesure s’étend sur, au moins, 5 ordres de grandeur.
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Conclusion5. Détecteurs photoacoustiques multigaz dans l’air
5.1 Application à d’autres gaz que le méthane
Tout gaz absorbant dans l’IR est potentiellement détectable et la limite de détection obtenue est directement liée au coefficient d’absorption du gaz et à la puissance du laser émettant à la longueur d’onde considérée. Les progrès des lasers moyen IR permettent d’envisager de nombreuses possibilités, en ce qui concerne les gaz accessibles. Le tableau 2 regroupe les limites de détection obtenues ou qui le seraient, pour différents gaz, en considérant des diodes lasers proche IR (DL : puissance estimée 10 mW) ou des lasers à cascade quantique (QCL : puissance estimée 25 mW) associées avec le détecteur présenté précédemment.
HAUT DE PAGE5.2 Mesures sur l’air ambiant
L’air ambiant sec est composé en volume d’environ 78 % d’azote, 21 % d’oxygène, 0,9 % d’argon, 360 ppm de dioxyde de carbone, 1,7 ppm de méthane, 0,3 ppm d’oxyde d’azote et quelques traces de gaz rares. L’air ambiant contient, aussi, une quantité variable de vapeur d’eau comprise généralement entre 10 000 et 20 000 ppm. Lorsque l’on mesure des traces de gaz toxiques dans l’air ambiant, les gaz normalement présents dans l’air peuvent influer sur la mesure. Les deux gaz offrant les plus fortes concentrations, l’oxygène et l’azote, sont des molécules formées de deux atomes de la même espèce qui n’absorbent donc pas la lumière IR. Les molécules monoatomiques présentes, tels l’argon et les autres gaz rares, n’absorbent pas non plus la lumière IR. En revanche, la vapeur d’eau l’absorbe de manière importante. Sur la figure 5 on peut visualiser les plages de longueur d’onde où la vapeur d’eau absorbe énormément. Celles de faible absorption sont appelées « fenêtres de transmission atmosphérique ».
Le problème principal, en spectrométrie de l’air ambiant, consiste donc à éviter les interactions avec les autres gaz absorbants....
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Détecteurs photoacoustiques multigaz dans l’air
ANNEXES
1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
1.1 Systèmes Omnisens (Suisse) http://www.omnisens.ch/
Les analyseurs de traces de gaz de Omnisens combinent la spectrométrie photoacoustique avec une technique de détection innovante et très sensible. Cela permet d’obtenir un temps de réponse rapide, une limite de détection basse et un fonctionnement sans recalibration périodique. L’appareil TGA320-X permet de détecter l’ammoniac (NH3) pour des applications dans les salles d’élaboration des semi-conducteurs. En effet, dans les industries de fabrication des semi-conducteurs, la contamination par l’ammoniac est un problème croissant, car des concentrations de gaz, de plus en plus faibles, peuvent ruiner des productions entières. Ainsi, la détection de traces de gaz ammoniac est une clé pour l’amélioration de la productivité. L’appareil TGA310 est dédié à la détection de l’ammoniac pour les applications environnementales : pollution de l’air, technologies propres dans l’industrie, production d’énergie, risques sur la santé. L’appareil...
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