Les capteurs pour le suivi de la qualité de l’air : le LCSQA évalue leurs performances métrologiques

 

Les capteurs permettent de réaliser un diagnostic rapide de la qualité de l’air. Ils se sont largement développés et implantés dans de nombreux secteurs afin de disposer d’informations en temps réel sur l’évolution des mesures et des expositions humaines ainsi que sur les tendances à court et moyen termes. Une évaluation de ces dispositifs est cependant indispensable afin de s’assurer de leurs performances métrologiques et de l’adéquation des informations délivrées en fonction du niveau d’exigence visé.

C’est dans ce cadre que le LCSQA, ou ses trois membres individuellement, ont engagé différents types de travaux ou actions (techniques, normatifs…) afin de consolider et diffuser les connaissances acquises sur ce type d’instruments. Cet article en propose un tour d’horizon.

L’attractivité et les possibilités offertes par les capteurs sont multiples. Par exemple, leur faible taille et le développement de leur connectivité les inscrivent dans les outils identifiés pour mieux sensibiliser et impliquer les citoyens dans les enjeux liés à la qualité de l’air (objectif n°6 de la feuille de route environnementale 2015). Le développement de ces outils a conduit le LCSQA et ses membres à engager différents travaux ou participer à des actions tels que :

• Participation du LCSQA à la première réunion du CEN/TC 264/WG 42 pour la rédaction d’une spécification technique sur l’évaluation des performances des capteurs

Dans le cadre du comité européen de normalisation (CEN), un groupe de travail (TC 264/WG 42) a récemment été créé pour élaborer une spécification technique. Ce document visera à fournir des lignes directrices pour l’évaluation des performances des capteurs utilisés pour la mesure indicative de polluants gazeux et particulaires de l’air ambiant. Au vu de l’expérience acquise dans ce domaine,le LCSQA a été mandaté par l’Association Française de Normalisation (AFNOR) pour participer à la première réunion du CEN/TC 264/WG42 des 29 et 30 septembre 2015.

• Evaluation des capteurs de gaz d’intérêt pour les réseaux de surveillance

En 2014 et avec le concours d’Air Normand, le LCSQA a procédé à l’évaluation du capteur Cairpol pour la mesure du Sulfure d’hydrogène (H₂S) en laboratoire et sur le terrain. Dansle cadre de ses missions d’assistance aux AASQA et en adéquation avec leurs besoins, le LCSQA a fourni des éléments techniques pour la sélection du moyen de mesure en H₂S. Il a ainsi conduit des essais permettant d’évaluer les performances métrologiques de plusieurs dispositifs de mesures pertinents (analyseurs automatiques, capteurs et préleveurs passifs). Ces essais ont été menés selon les procédures décrites dans le guide de démonstration d’équivalence des méthodes de surveillance de l’air ambiant (EC Working Group, 2010). Les résultats de cette étude sont consultables sur le site du LCSQA dans le rapport  « Mesure de l’ammoniac et des composés soufrés – Nuisances olfactives (LCSQA, 2014).

En 2015, le LCSQA a également défini un protocole de détermination des caractéristiques de performance des micro-capteurs en se basant sur les travaux du centre européen Joint Research Center (Spinelle et al., 2013). Le protocole a été validé par des essais menés sur deux micro-capteurs commerciaux destinés à la mesure de l’ozone (Cairpol et Aeroqual). Les résultats de cette étude feront l’objet d’une note dès début 2016.

Graphique ci-dessus :
Profils temporels des teneurs en H2S (ou en équivalent H2S)
mesurés par 3 dispositifs de mesures différents (2 analyseurs
automatiques par conversion et un capteur électrochimique)

Contact Mines Douai : sabine.crunaire@mines-douai.fr (Tél. : 03 27 71 26 01)

• Les moyens d’essais mis à disposition du LCSQA utiles pour l’évaluation des capteurs

L’INERIS a développé une chambre d’exposition dynamique de 150L consistant en une boucle à fuite permettant de générer des atmosphères de polluants gazeux. Un volume utile de 28L permet, par exemple, l’exposition simultanée de 80 tubes passifs pour lesquels l’homogénéité a été démontrée. Les principales grandeurs pouvant influencer les prélèvements sont ajustables et font l’objet d’un suivi durant la génération afin de suivre leur stabilité (température, humidité relative, vitesse de vent). La concentration générée en polluants est suivie au moyen de prélèvements actifs sur cartouches munies d’un adsorbant approprié au composé à mesurer ou par analyseur en continu conformément aux normes de référence.

Cette chambre d’exposition (photo et schéma ci-dessus) est utilisée pour la réalisation d’études menées par l’INERIS concernant l’évaluation des performances des dispositifs de mesure du benzène dans l’air ambiant (travaux du LCSQA). Elle est également utilisée pour l’évaluation métrologique de capteurs air ambiant et pour la préparation de matériaux d’essais dans le cadre de l’organisation de comparaison

s inter-laboratoires sur la mesure du benzène et du formaldéhyde en air intérieur*.
 

Bien que destinées initialement à l’évaluation d’analyseurs (étant donné leur gros volume),
l’INERIS dispose également de deux enceintes climatiques (volumes de 2 et 50 m³)
permettant la réalisation d’essais sous conditions régulées de température (T)
et d’hygrométrie (HR), sur une gamme plus large que la chambre d’exposition.

(Photos ci-contre)

*Accréditation OCIL COFRAC n°1-2291 (portée disponible sur http://www.cofrac.fr/)

Contacts INERIS : stephane.verlhac@ineris.fr (03 44 55 69 86) & nathalie.bocquet@ineris.fr (03 44 55 63 06)

Mines-Douai dispose également d’enceintes climatiques, pouvant accueillir des chambres d’exposition de différents volumes (3 à 100 L) et de différentes formes géométriques (annulaires, cylindri-ques, cubiques). Ces équipements sont utilisés pour évaluer les performances métrologiques des capteurs et les essais sont effectués en conditions contrôlées de vitesses de vent, de température et d’humidité relative.

L’expérience se déroule en 3 phases : les capteurs sont d’abord calibrés par un balayage sous air zéro sous une humidité relative de 50% afin d’obtenir des lignes de base stables, puis, un polluant est injecté dans l’enceinte pour une durée fixe. Enfin de l’air zéro à 50% RH est réintroduit afin de nettoyer la chambre d’exposition et d’observer le retour à l’équilibre du signal des capteurs. Le débit total de gaz est maintenu constant pour chacune des phases. Le contrôle des teneurs en polluants est généralement effectué en continu à l’aide d’analyseurs automatiques homologués.

 

photo : Chambre d'exposition annulaire à Mines-Douai

 

 

• Mines Douai développe des capteurs électroniques pour la mesure de gaz et met en place des stratégies utilisant des réseaux de capteurs pour la définition en temps réel d’indice de qualité de l’air (ambiant et intérieur)

Réponse relative de capteurs organiques à de faibles concentrations en ammoniac	Exemple de réseau multi-capteurs de gaz – types Figaro et Mics sur carte Libelium

En complément, Mines-Douai mène des travaux de recherches concernant les réseaux de capteurs et leurs utilisations en lien avec un traitement des données par réseaux de neurones. L’objectif est  d’établir des corrélations entre les mesures issues des capteurs et des situations caractéristiques d’un type de pollution tant en air ambiant qu’en air intérieur.

Contact : Mines Douai nathalie.redon@mines-douai.fr (Tél. : 03 27 71 24 77)

• Le LNE organise une journée d’information technique « MESURE ET DIAGNOSTIC DES MILIEUX ENVIRONNEMENTAUX -
  Comment sélectionner, développer et utiliser les outils de diagnostic rapide ? »

Il existe un grand nombre d’outils de diagnostic capables de fournir des indications ou des mesures de la pollution chimique, radiologique ou biologique. Malgré leur intérêt évident, des questionnements restent en suspens pour les utilisateurs finaux : Quels niveaux d’informations sont fournis par ces outils ? Quelle est qualité de cette information ? Comment la démontrer ? Cette journée sera également l’occasion de faire un focus sur la normalisation et le dispositif ETV.

Afin d’identifier des éléments de réponse à ces questions, le LNE vous invite, le 10 décembre 2015, à une journée d’information technique sur les outils de diagnostic rapide appliqués à la surveillance des milieux environnementaux (air/eaux/sols) et de process industriels.

http://www.lne.fr/fr/formation/journees-techniques.asp

Contact LNE : tatiana.mace@lne.fr (tél +33 1 40 43 38 53)