Deux innovations dopent la mesure en continu des polluants à l’émission
Premier système complet d’analyse en continu des polluants à l'émission par spectrométrie laser, le LaserCEM fait appel à l’échantillonnage très basse pression et à la technologie laser infra-rouge très haute définition. Il apporte aux industriels une mesure des rejets à l'émission sans interférence quelle que soit la matrice du gaz à analyser, sans ligne chauffée ni traitement d’échantillon.
Les méthodes de mesure en continue de polluants à l'émission (CEM) ont été développées afin de vérifier le respect des obligations réglementaires des installations industrielles. Les évolutions dans la réglementation européenne, la normalisation environnementale mondiale, la comparaison de mesures à l’émission font apparaître de nouveaux besoins métrologiques dans la mesure des CEM dont le marché mondial a atteint 583 millions de dollars 2009 et est évalué à un million de dollars cette année. Un créneau sur lequel se positionne le LaserCEM qui fait appel à 2 innovations brevetées :
- l’échantillonnage très basse pression breveté par AP2E, un spécialiste de la mesure en ligne dans l’environnement et le process qui développe, industrialise et commercialise des solutions innovantes pour le compte d’industriels ou d’intégrateurs ;
- la technologie laser infrarouge spectroscopique OFCEAS (Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy) brevetée par l’Université Joseph Fourier de Grenoble (licence exclusive mondiale pour AP2E).
La plupart des techniques de mesure des gaz nécessitent un traitement des échantillons pour éviter le phénomène de condensation des gaz corrosifs (utilisation de membranes de filtration en tête de cheminée pour enlever l’eau, ou installation de ligne chauffée entre le point de prélèvement et l’analyseur). Ces technologies représentent certains inconvénients au niveau de la maintenance (échange des membranes), de l’investissement (utilisation de ligne chauffée ou de matériels conformes aux normes ATEX selon les contextes) et parfois de la dénaturation de l’échantillon.
Une mesure directe sans aucun risque d'interférence
À la différence des autres techniques laser infrarouge, la technologie OFCEAS permet une mesure directe sans aucun risque d’interférence quel que soit le gaz analysé (monoxyde d'azote (NO), dioxyde de soufre (SO2), l’ammoniac (NH3), protoxyde d'azote (N2O), monoxyde de carbone (CO), dioxyde de carbone (CO2), chlorure d’hydrogène (HCl), fluorure d'hydrogène (HF), sulfure d'hydrogène (H2S), H2O (eau)...) grâce à la plus haute résolution spectrale jamais atteinte avec un laser. C’est une technologie spectroscopique laser : elle utilise une source laser pour sonder un échantillon. Par variation de paramètres internes, on balaie une plage spectrale pour qualifier et quantifier un échantillon (voir schéma de principe ci-dessous).
En créant un phénomène de résonance, la technologie OFCEAS de l’Université Joseph Fourier permet des mesures avec une très haute résolution spectrale. L’OFCEAS utilise le principe de la cavité étendue ce qui permet au système une analyse sur de longs trajets optiques (1 km à 10 km) et donc des limites de détection très basses. La source laser est une source laser continue (non pulsée) ce qui confère au système une grande stabilité de la mesure. Enfin, la grande originalité de la technologie OFCEAS est son principe de « feedback » : une partie du rayonnement émis est renvoyée de la cavité vers le laser. Ce renvoi permet d’accorder le laser et la cuve et de créer un phénomène de résonance. La conséquence immédiate de ce phénomène est l’émission de longueurs d’onde d’intensité particulièrement forte et de largeur spectrale très fine. On obtient alors une mesure avec une très haute résolution spectrale.
L’autre innovation (brevetée par AP2E) concerne l’échantillonnage des gaz qui permet une mesure des gaz en direct sans aucun système de traitement des échantillons. Il est réalisé par une sonde basse pression qui véhicule l’échantillon du point de prélèvement à l’analyseur sans risque d’absorption/désorption des composés, sans aucun risque de condensation, ni besoin de le véhiculer via une ligne chauffée. L’intégrité de l’échantillon est ainsi assurée. Le très faible débit d’aspiration permet d’avoir de très faibles temps de réponse et un minimum d’encrassement du système.
L’association de ces 2 innovations donne naissance à un analyseur sans dérive de zéro ni dérive de la mesure grâce à la technologie utilisée qui permet de réaliser une vraie mesure absolue (étalonnage 1 fois par an) qui offre une limite de détection basse (ppb), une maintenance réduite (10 ans de durée de vie des sources laser infra rouge), une grande robustesse (aucune pièce en mouvement)… avec des coûts d’exploitation réduits.
Marc CHABREUIL
