Brevet FR2237193A1 — publié le 19750207

La présente invention est relative à la détection et dosage de gaz polluants émis par une source et présents dans l'air atmosphérique, La présente invention concerne donc un nouveau procédé permettant d'effectuer la prise d'un échantillon d'air dont le polluant est repéré par un traceur et d'analyser d'une part le polluant et, d'autre partie traceur contenu dans le meme echantillon d'air. Elle concerne egalement un appareil pour l'échantillonnage de l'air pollue en vue de l'analyse de cet air. La lutte contre-la pollution de l'atmosphère implique la possibilite de dRtecter et d'analyser les polluants, lesquels sont nombreux et de nature diverse.-On peut citer, entres autres, le gaz carbonique, les hydrocarbures, les oxydes de soufre et d'azote ainsi que tous produits chimiques gazeux provenant d'industries. Ainsi, pour la connaissance de la pollution atmosphérique dans une région industrielle et urbaine, il est nécessaire de caract- riser la source de polluants. Généralement, la caractérisation d'une source de polluants est effectuée en injectant un traceur dans ladite source, en récupérant et en analysant ensuite des échantillons de l'air contenant le traceur. Cette technique d'étude de la pollution pose cependant de nombreux problèmes au niveau de l'échantillonnage. En premier lieu, l'échantillonnage doit être tel qu'il soit représentatif de la pollution, les niveaux de pollution présentant de grandes fluctuåtions selon les conditions météorologiques, la- topographie et divers facteurs lies à. l'émission, de sorte que l'échantillonnage doit avoir une durée importante. Aussi, si l'on veut tenir compte de tous les facteurs météorologiques diurnes, il est nécessaire de faire un échantillonnagte prolonge sur la journée. Par ailleurs, de nombreuses précautions sont à prendre lors des prélève. ments. En effet, il est possible que les gaz polluants réagissent entre-eux ou qu'ils réagissent avec l'oxygène et l'humidité de l'air. I1 est alors nétessaire que ces gaz è analyser ne subissent aucune modification entre le prélèvement et-l'introduction dans l'analyseur. De ce fait, les échantillons'doivent être transportés au laboratoire d'une- façon qui ne modifie pas leur composition, La méthode doit en outre permettre la détermination sur un même échantillon d'air de-la teneur en polluant et du traceur.En effet, il est connu que les phénomènes de turbulence au niveau du sol rendent-souvent incohérents l-es résultats obtenus sur deux chantillons pris par deux systèmes distincts On connais de nombreux procédés de dispositif pour la-caracterisation d'une source de pollution. Dans le cas de fortes concentrations, le prelivement se fait généralement dans une ampoule de volume connu, après avoir -fait le vide ou par déplacement d'un gaz-ou d'un liquide. Cetté méthode est également valable dans le cas de gaz relativement inertes. Dans les autres cas, les méthodes d'échantillonnage sont de trois types Les méthodes par absorption, dans lesquelles les gaz analysés sont absor bés dans un liquide contenu dans un barboteur. L'absorption d'un gaz par un liquide est déterminée par le volume de l'chantillon -et par divers facteurs physicochimiques. En tenant compte de ces différents facteurs, on utilise une grande variété d'absorbeurs, comme par exemple des barboteurs simples, des absorbeurs è spirales et des colonnes remplies. Les méthodes par adsorption, dans lesquelles les polluants sont séparés de l'échantillon d'air par contact avec un solide poreux, tel que le charbon de bois, le charbon activé et l'alumine activée. La rétention des composés par adsorption purement physique dépend de la température-et du volume ainsi que de la rétentivité du-lit-adsorbant. Généralement, il est nécessaire d'avoir une température suffisamment basse pour avoir une adsorption totale. Les méthodes par condensation, dans lesquelles les gaz et vapeurs sont concentrés en conservant leur état naturel sans réaction chimique. On utilise pour ce faire des bains froids tels que l'azote liquide-et l'oxygène liquide. Il existe de nombreux appareils de mesure de polluants mais ces appareils présentent des inconvénients. Ils sont généralement conçus pour rester en poste fixe et doivent donc être reliés à une source d'énergie. Ils font -l'analyse en continu d'un ou plusieurs constituants et constituent:l'ensemble des analyseurs de contrôle de la pollution atmosphérique. Pour pouvbir étudier la pollution atmosphérique d'une région, divers laboratoires ont mis au. point des appareils autonomes mais qui généralement-ne sont pratiquables qu'à l'analyse d'un seul polluant ou composé. Ces appareils sont équipés de piles et d'un dispositif de mise en marche à 8 distance. On connaît ainsi un appareil autonome qui fonctionne -par adsorption-. Le traceur et les impuretés de -l'air sont piégés dans une boucle refroidie. Le piège nécessite-toutefois le transport d'un liquide froid de manipulationdélicate. De plus, l'efficacité du piège n'est pas totale. Cet appareil ne permet pas l'analyse de certains composés qui se combinent- facilement ou ne sont pas piégés. Un autre appareil autonome connu permet de récupérer directement l'échantillon dans une vessie. La concentration est faite au laboratoire avant l'analyse, Cet appareil n'a pas la possibilité d'analyser directement le polluant considéré, De plus, il n'est pas entièrement automatique.Ces appareils permettent de doser seulement les composes-inertes qui peuvent astre conservés sans risque, soit dans un piège adsorbant, soit dans-une vessie, Ainsi, dans certains cas-il est indispensable de séparer les composés réactifs pour-pouvoir les doser sans risque d'erreur comme par exemple S02 et No2. La présente invention a pour but un procédé d'identification et de deter- mination de la contribution d'une source dé pollution ainsi qu'un dispositif qui permet l'échantillonnagte en évitant les inconvénients précités. L'appareil selon la présente invention permet l'échantillonnage pour la détection et la mesure de la pollution-de l'air. Il se prête aulx différentes méthodes d'échantillonnage : échantillonnage direct, par adsorption, par absorption et par condensation. L'appareil selon ltinvention permet également d'échantillonner pendant longtemps et de déterminer, d'une façon représentative, par des mesures exactes et non influencées, le niveau de pollution. On sait que les gaz dans un panache de fumée subissent la meme diffusion, c'est-à-dire que le rapport de la concentration en traceur à la concentration en polluant reste constant tout an long du cheminement du panache émis par une source. Ainsi, connaissant le rapport è l'émission et par mesure de concentration du polluant et du traceur, il est possible de déterminer la contribution de la source dans-la pollution au point eonsidéré Ainsi, bien que les résultats obtenus sur deux échantillons pris au m5me endroit par deux systèmes indépendants varient, le rapport de la concentration en traceur à la concentration en polluant reste toutefois constant sur chaque échantillonneur. l'invention se propose de mettre a profit cette propriété pour doser simul tanément le- traceuretle polluant dans un meme échantillon d'air et de détermi- ner le niveau de pollution et la contribution de la source dans la pollution globale. La présente invention a pour objet un procédé d'identification et de détermination de la contribution d'une source de pollution, qui consiste à effectuer, pendant une durée déterminée, une prise d'échantillon d'air contenant le polluant et un traceur approprié, à séparer le polluant par fixation, et è analyser sur le meme échantillon d'air initial le polluant et le traceur, le polluant d'une part étant piégé par une partie de l'appareil et le traceur d'autre part étant recueilli par ailleurs dans un dispositif de récupération et de stockage éventuel du traceur réalise en une substance atanche-et n'absorbant pas le traceur3 et à déterminer enfin le degré de pollution de l'air provenant de ladite- source -et par différence la quantité de polluants provenant d'autres sources non identifiées. Le choix du traceur utilisé est très importantS celui-ci devant posséder les propriétés suivantes - être non toxique5 sans odeur et sans couleurs - être gazeux à température ambiante, - être inexistant dans l'atmosphère, - être stable chimiquement et thermiquement, et - être dosable a des niveaux faibles. Comme traceur approprié, on peut mentionner certains composés fluerés gazeux tels que l'hexafluorure de soufre SF6 , de nombreux fréons tels que C4F8, CC13F, CF2C12, ainsi que des composés gazeux tels que des produits radio-actifs. Toutefois, l'hexafluorure de soufre est préféré Comme traceur du fait qu'il est très stable thermiquement et qu'il peut être injecté dans des sources chaudes comme dans le cas de cheminées. On notera toutefois que l'on peut également utiliser des traceurs solides dans le cas où ceux-ci sont susceptibles d'être émis sous forme de très fines particules. Dans ce cas, le traceur est récupéré sur un filtre *a même temps que les poussières avant l'analyse Comme exemple de tels solides utilisables, on cite des composés radio-actifs absents de l'a naturelle tels que l'uranine, l'indium et la fluorescéine. Le dosage du traceur se fait au laboratoire au moyen d'un détecteur sensible tel qu'un détecteur A capture d'électrons. Le polluant est dosé par une méthode colorimétrique, chimique ou Le dosage peut être effectué sur une solution qui a absorbé le composé polluant, mais peut avoir lieu également sur un échantillon provenant d'une adserptâom ou d'une condensation. La présente invention concerne également un appareil pour la mise en oeuvre du procédé -d'identification et de détermination de la contribution d1une source de pollution, ledit appareil comprenant un moyen de de owp* ; EU moyen de séparation du polluant, un dispositif de récupération et de éventuel du traceur ainsi qu'un système de temporisation, Selon la présente invention, le gaz à analyser est de préférence peupé è travers un moyen permettant de piéger le polluant et le traceur, le compoaé inerte chimiquement qui n1est pas piégé, se retrouve dans un dispositif de récupération et de stockage éventuel réalisé en une substance étanche n'absor- bant pas le traceur.Le polluant est avantageusement piège par une solution absorbante et le dispositif de récupération et de stockage éventuel est de préférence une vessie en saran. Ainsi, la solution permet le dosage du polluant et, d'autre part, le gaz recueilli dans le dispositif de t permet le dosage du traceur contenu dans le même échantillon d'air. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation décrit à titre d'exemple non limitatif dlun appareil d'échantillonnage à l'invention et illustré par la figure unique Dans le mode de réalisation représenté, l'échantillonneur se sous forme d'un coffret A d'une grande maniabilité. La prise d'échantillon 1 se fait en dehors du coffret A et l'air ainsi prélevé traverse un filtre 2 où il est dépoussiéré ; il est ensuite envoyé dans un barboteur 4 par ltinter- médiaire de la pompe 3 commandée par un système de temporisation 6--alimenté par une pile 7. Après sortie du barboteur 4, l'air arrive finalement dans une vessie 5 extérieure au coffret A. Exemple de mise en oeuvre de l'appareil L'échantillonnage est fait dans une atmosphère contenant de l'anhydride sulfureux repéré par-l'hexafluorure de soufre. de temporisation Dn met en route le système/6 alimenté par la pile 7 et on pompe l'air pollué à analyser pendant un temps compris entre quelques mirutes et 12 heures. Cet air, après avoir passé sur -le filtre 2, traverse un barboteur 4 qui con-tient une solution de tétrachloromercurate de sodium 0,1 Net parvient finalement dans la vessie 5 réalisée en saran doublée de chlorure de polyvinyle. On récupere le contenu de l'absorbeur 4-et l'on effectue l'analyse du gaz sulfureux par le procédé colorimétrique connu de West et Gacke en ajoutant une solution de chlorure de p-rosaniline, de l'acide chlorhydrique et du-for- mol à la solution contenant l'ion dichlorosulfitomercurate formé, de façon à développer une couleur violette. Après une concentration par condensation, on dose le traceur qui était contenu dans la vessie en saran 5. On effectue le dosage au laboratoire par une chromatographie-en phase gazeuse munie d'un détecteur à capture d'électro-ns. i:tair recupéré dans la vessie a servi en outre au contrale du volume échantil- lonné. La présente invention présente de nombreux avantages Elle permet un échantillonnage pendant un temps suffisamment long-et déterminé pour tenir compte des conditions météorologiques et ainsi définir le niveau exact de la pollution. Elle permet de séparer et de concentrer sélectivement tout composé, en particulier les composés réactifs au moment de l'échantillonnage. Elle permet analyser directement le polluant choisi et de faire le dosage de polluants variés en modifiant le dispositif selon la-présente invention Ainsi, il suffit par exemple d'intercaler entre la pompe et l'absorbeur un piège à adsorption pour pouvoir doser sélectivement et simul tanément plusieurs polluants. Le système permet d'utiliser toute méthode d'échantillonnage pour une mesure de polluant d'atmosphère Ainsi, l'appareil permet-le-dosage des hydrocarbûres selon une méthode normalisée. Lorsqu'une méthode chimique de dosage est possible, le piègeage se fait dans une solution de titrage elle-même permettant l'analyse directe du polluant. Le dispositif selon la présente invention est- d'une grande simplicité, portatif et autonomie. Le fait avoir disposé tous-les éléments (pompe, piles, -contacteur) dans un coffret, rend pùssible son utilisation dans des atmosphères quelconques. L'appareil peut ainsi etre utilisë pour l'échantillonnage des gaz en général, qu'ils soient corrosifs ou non. Il est utilisable dans la prise d'echantillon d'atmosphère urbaine, dans la prise de fumée d'une cheminée et dans la prise d'une atmosphère quelconque. Un gaz chaud peut être refroidi avant d'atteindre la pompe par circulation dans un tube en acier inoxydable refroidi. Enfin, la présentation de l'appareil en coffret permet une pressurisation de l-'ensemble et par conséquent son utilisation dans une atmosphère explosive ou corrosive. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'identification et de détermination de la contribution d'une source de pollution, caractérisé par le fait qu'il consiste à effectuer, pendant une durée déterminée, une prise d'échantillon d'air contenant le polluant et un traceur approprié, à séparer par fixation le polluant et à analyser sur le même échantillon d'air initial, le polluant et le traceur, le polluant d'une part étant piégé par une partie de l'appareil, et le traceur d'autre part étant recueilli par ailleurs dans un dispositif de récupération et de stockage éventuel réalisé et une substance étanche et n'absorbant pas le traceur, et à déterminer le degré de pollution de l'air provenant de ladite source et par différence la quantité de polluants prove nant autres sources non identifiées. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé parle fait que le traceur utilisé pour repérer le polluant est choisi parmi les traceurs gazeux du type composé halogéné, fréons, composés radio-actifs gazeux 3 -- Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le traceur utilise est 1'hexafluorure de soufre 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérIsé par le fait que le traceur utilisé pour repérer le polluant est choisi parmi les traceurs solides susceptibles d'être émis sous forme de très fines particules, et est. avantageusement un composé radio-actif absent de l'atmosphère. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, carac- térisé par le fait que le polluant est l'anhydride sulfureux 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 è 5, carac térisé par le fait que le polluant est séparé du traceur par absorption, par adsorption ou par condensation. 7 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quel conque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il peut fonction- ner-aussi bien en autonomie complète qu'à proximité dtune source d1énergie. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comprend également un filtre pour le dépoussièrage de l'air et la récu pération du traceur dans le cas où celui-ci serait solide 9 - Dispositif selon les revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait qutil comprend un second moyen de séparation des polluants et permet ainsi le dosage de deux polluants 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le ou les moyens de séparation des polluants sont des dispositifs d'adsorption, d'absorption ou de- -condensation. ll - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que le moyen de récupération et de stockage éventuel du traceur est une vessie en saran qui peut etre doublée de chlorure de polyvinyle.