Les méthodes de mesure de l'ozone dans l'air

Il existe 4 méthodes couramment employées pour la mesure de l'ozone dans l'air :

  • la colorimétrie;
  • les sondes électrochimiques;
  • les capteurs à semi-conducteurs et;
  • les analyseurs d'ozone.

Colorimétrie

Pour la mesure de l'ozone dans l'air, ce type de mesure a pris la forme de tubes contenant un réactif. Il faut faire passer dans le tube un volume d'air spécifié, après quoi on peut lire sur une échelle la concentration d'ozone. En pratique, on trouve sur le marché des tubes à utiliser avec des pompes volumétriques manuelles ou électriques. Si on utilise déjà une telle pompe pour mesurer d'autres gaz, alors l'investissement pour pouvoir mesurer aussi l'ozone est faible. Par contre, chaque mesure est chère.

D'autres limitations de cette méthode sont:

  • Le manque de précision : il est difficile de faire mieux que environ +/- 30%.
  • Le temps : une mesure prend quelques minutes. Si la concentration d'ozone a atteint un niveau dangereux, l'opérateur peut déjà avoir souffert des conséquences de la concentration élevée avant d'avoir pu la mesurer.
  • La difficulté : les opérateurs font souvent des erreurs de manipulation du tube, qui conduisent à des mesures erronées.

Sondes électrochimiques

Les sondes électrochimiques contiennent un électrolyte, séparé de l'air par une membrane sélective. Ces détecteurs dominaient le marché de la détection de l'ozone dans l'air ambiant avant l'apparition des capteurs à semi-conducteurs. Ils sont aujourd'hui encore utilisés, bien qu'ils présentent des désavantages importants par rapport aux nouveaux capteurs à semi-conducteurs, qui sont aussi plus économiques.

  • Sensibilité à d'autres gaz

Leur principe de fonctionnement fait qu'ils mesurent en fait la concentration de tous les gaz oxydants. En purifiant de l'eau, le gaz qui pose problème est le chlore. Les détecteurs à sonde électrochimique sont souvent plus sensibles au chlore qu' à l'ozone. (Autrement dit, la présence de par exemple 0.1 ppm de chlore gazeux dans l'air ambiant donnera une mesure d'ozone supérieure à 0.1 ppm, même si il n'y a pas du tout d'ozone dans l'air.)

  • Nécessité de remplacer le catalyte

Le catalyte peut être sous forme de solution aqueuse (donc liquide) ou de gel. Dans ce dernier cas, il faut en général remplacer la sonde tous les 1 à 2 ans. Une sonde électrochimique a un coût de l'ordre de 5 à 10 fois supérieur à celui d'un capteur à semi-conducteur. Lorsque le catalyte est une solution aqueuse, ce qui est généralement le cas, le coût est essentiellement causé par la main d'œuvre nécessaire pour remplacer le catalyte.

En raison de ces désavantages, ozone.ch ne vous propose pas de détecteurs d'ozone utilisant des sondes électrochimiques.

Capteurs à semi-conducteurs

Les capteurs à semi-conducteurs utilisent une pièce de matériau semi-conducteur dont les caractéristiques électriques (en pratique: la résistance électrique) varient en fonction de la concentration d'ozone dans l'air. Initialement, au début des années 1990, ces détecteurs étaient aussi sensibles aux autres gaz oxydants. Les capteurs actuels sont munis de couches protectrices sélectives qui diminuent cette sensibilité, ce qui les rend aujourd'hui très supérieurs aux sondes électrochimiques. Parmi les détecteurs à capteurs à semi-conducteurs que nous proposons, on trouve des capteurs de 2 technologies différentes :

  • Technologie HMOS (Heated Metal Oxyde Semiconductor)

Les avantages de la technologie HMOS sont essentiellement des/un :

  • capteurs solides et fiables;
  • capteurs de remplacement économiques;
  • capteurs économes en énergie. La faible consommation des capteurs HMOS permet, par exemple, au détecteur A-21ZX d'avoir une autonomie sur batterie de plus de 8 heures, soit environ 2 fois plus que ce que l'on peut avoir avec des détecteurs portables employant la technologie GSS.
  • faibles sensibilités croisées aux autres gaz, en particulier au chlore. En pratique, cela signifie que des détecteurs équipés de capteurs HMOS peuvent être utilisés dans des stations de traitement d'eau.
  • temps de réponse très rapide (typiquement de l'ordre de la dizaine de secondes).
  • Technologie GSS (Gas Sensitive Semiconductor)
Technologie_GSS

Ces capteurs équipent les détecteurs suivants : 205, 305, 505, SM-70, 945.

 

Les avantages de la technologie GSS sont essentiellement :

 

  • une précision de mesure supérieure;
  • une plage de mesure plus large.

 

Analyseurs d'ozone

Les analyseurs d'ozone mesurent la concentration d'ozone en utilisant la loi de Beer-Lambert, qui permet de déterminer la concentration d'ozone en fonction de l'absorption de rayonnement ultraviolet sur une distance connue:

beer_lambert

C : Concentration d'ozone

lo : Intensité du rayonnement UV avant l'absorption

li : Intensité du rayonnement UV après l'absorption

X : Constante: coefficient d'absorption de l'ozone

L : Longueur sur laquelle il y a absorption

L'utilisation de l'absorption de rayonnement ultraviolet présente de nombreux avantages:

  • pratiquement pas de consommables : seule la lampe UV doit être remplacée une fois toutes les quelques années.
  • une mesure directe : dans l'équation de Beer-Lambert, la seule inconnue est la concentration d'ozone.
  • pas d'interférences avec des autres polluants.
  • un temps de réponse inférieur à une seconde : la réponse immédiate est un avantage important pour les applications concernant la sécurité ou le réglage d'installations.

Comparaison des méthodes

Méthodes

Colorimétrie              

Sondes électrochimiques

Capteurs HMOS ou GSS   

Analyseurs d'ozone

 

Investissement

Faible

Moyen

Modéré

Élevé

Coûts de maintenance        

Élevés

Moyens                      

Très faible

Limités                                 

Précision

Env. 30%

Env. 30%                       

10 à 15%

De l'ordre du %

Interférences

Élevées

Élevées

Faibles

Inexistantes

 

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