FR2961906A1 - Installation pour la capture en continu d'un analyte gazeux susceptible d'etre contenu dans l'air, et pour la mesure en ligne de la concentration dudit analyte gazeux dans l'air - Google Patents
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Abstract
La présente invention porte sur une installation pour la capture en continu d'un analyte gazeux susceptible d'être contenu dans l'air et pour la mesure de la concentration dudit analyte gazeux dans l'air. Cette installation comprend : - des moyens (2) pour capter en continu ledit analyte gazeux contenu dans l'air, au moyen d'une phase liquide apte à capter la totalité dudit analyte gazeux, - des moyens (4) pour stocker ladite phase liquide, sous forme de fractions (F) de ladite phase liquide collectées, - des moyens (5) pour mesurer la concentration dudit analyte solubilisé dans chacune desdites fractions (F) de phase liquide, - des moyens de commande, assurant le pilotage de premiers et seconds moyens de communication (10, 11) pour la réalisation d'une succession de cycles de stockage/mesure, et - des moyens pour calculer la concentration dudit analyte gazeux dans la fraction dudit flux d'air traversant ladite chambre d'échange au cours de chacun desdits cycles de stockage/mesure.
Description
La présente invention concerne une installation pour la capture en continu d'un analyte gazeux susceptible d'être contenu dans l'air, et pour la mesure en ligne de la concentration dudit analyte gazeux dans l'air. L'étude des polluants atmosphériques, notamment par la mesure de leurs concentrations et de leurs flux respectifs dans l'air, est un élément essentiel pour analyser l'intensité et l'origine (anthropique ou naturelle) des émissions ou les lieux de leurs dépôts. Ces mesures de concentration et de flux sont par exemple intéressantes pour les polluants du genre ammoniac atmosphérique (NH3), dioxyde de soufre (SO2), acide nitrique (HNO3), acide nitreux (HONO), aérosols minéraux et composés organiques volatiles. En particulier, les polluants cités ci-dessus ont généralement une origine agricole ou rurale ; et ces polluants contribuent à la formation d'aérosols.
L'ammoniac atmosphérique, de par ses dépôts, est un polluant majeur pour les écosystèmes sensibles (acidification, eutrophisation, changement de biodiversité) et constitue un précurseur de certains aérosols. Ce composé chimique constitue donc un élément important dans les questions de pollution de l'air et de changement climatique.
Certains composés organiques volatiles (désignés ci-après COV) présentent des risques pour la santé. D'autres, en se dégradant dans l'atmosphère, contribuent à perturber l'équilibre chimique. Ces perturbations peuvent avoir pour conséquences la formation ou l'accumulation dans l'environnement de composés nocifs pour les espèces animales et végétales (par exemple formation d'ozone dans la basse atmosphère). Les COV regroupent une multitude de substances qui peuvent être d'origine biogénique (origine naturelle) ou anthropogénique (origine humaine). A titre d'exemple, les COV bien connus sont : le butane, le propane, l'éthanol, l'acétone, etc.
Le dioxyde de soufre (SO2) ainsi que l'acide nitrique (HNO3) contribuent à l'acidification des milieux, en particulier l'atmosphère et, par leur dépôt, les sols et les couverts végétaux. Ces deux composés conduisent également à des perturbations sur les écosystèmes touchés. Si leur concentration est très élevée, les composés correspondants peuvent également avoir des impacts sur la santé.
Le HONO est un gaz qui entre dans les processus de chimie de l'atmosphère (en particulier photochimie) et qui perturbe le cycle de l'ozone. Ce gaz a un impact sur la santé de part ses propriétés oxydantes. Quant aux aérosols minéraux, leurs impacts sont multiples, allant de la réduction du rayonnement incident arrivant sur la planète, aux problèmes respiratoires lors de leur inhalation, en passant par les interrogations qui se posent par rapport à leur rôle dans les déclenchements allergiques ou de cancers. Or, les données permettant d'estimer précisément les quantités de 1 o polluants atmosphériques émises par les activités anthropiques, mais également celles échangées entre la surface et l'atmosphère (les plantes peuvent émettre de l'ammoniac atmosphérique dans certaines conditions) sont relativement peu importantes. En effet, un ensemble de phénomènes rendent complexe la mesure 15 des concentrations en analytes gazeux, et aussi des flux d'analytes entre l'atmosphère et la surface. Parmi ces phénomènes, on peut en particulier citer le fait que : - les sources sont souvent ponctuelles (bâtiments d'élevage), - les sources sont très variables dans le temps (par exemple, la majeure 20 partie des émissions d'ammoniac après épandage du lisier ont lieu dans la semaine qui suit l'épandage), et - les dépôts secs sont de faible intensité. Cette lacune en résultats peut également être expliquée par des limites techniques : les installations actuelles ne permettent pas de mesurer 25 les concentrations dans l'air d'un analyte gazeux, de manière précise et simple. Les installations correspondantes, en particulier pour la mesure de la concentration en ammoniac atmosphérique, peuvent être classées dans deux grandes catégories. 30 Une première catégorie consiste en des installations fondées sur les propriétés optiques d'absorption des analytes d'intérêt, et par la mesure d'absorption d'un rayonnement dans une longueur d'onde donnée. On peut citer, par exemple, les installations de type spectromètres à transformées de Fourrier, de type lasers à diodes accordables ou « TDL » (« Tunable Diode Laser »), de type lasers à cascade quantique ou « QCL » (« Quantum Cascade Laser ») ou du type photo-acoustiques. De telles installations sont particulièrement performantes pour les mesures d'analytes à haute fréquence. Cependant, ces installations ne distinguent pas les aérosols par rapport aux gaz ; elles nécessitent de plus une mesure déportée, qui entraîne une perte de sensibilité, voire un biais, du fait de l'absorption d'analytes gazeux et d'aérosols sur le tube d'échantillonnage. Une seconde catégorie englobe les installations fonctionnant sur le 1 o principe de (i) l'adsorption de l'analyte gazeux sur une phase liquide au sein d'un dispositif couramment dénommé « dénudeur » ou « tube dénudeur » (« denuder » en anglais), couplée à (ii) une analyse (par exemple un dispositif de mesure de la conductimétrie ou un dispositif de chromatographie ionique). 15 Ce type d'installation, connus encore sous l'appellation de « AMANDA », a l'avantage d'être sélectif, et de permettre une séparation des aérosols par rapport aux gaz. Cependant, ces dernières installations de captage/mesure sont en pratique lourdes à mettre en oeuvre, ce qui limite leur généralisation. De plus, 20 les débits d'air pour le prélèvement d'échantillons sont souvent importants, pouvant provoquer une perturbation du milieu mesuré : les débits d'air au travers des tubes dénudeurs sont généralement de l'ordre de 10 L/min, ce qui n'est pas adapté pour réaliser des mesures dans de petites chambres ou au sein du couvert végétal. 25 Au regard de cet environnement technique, la demanderesse a constaté qu'il n'existe pas à ce jour d'installation pour le captage et la mesure de la concentration d'un analyte gazeux susceptible d'être contenu dans l'air, cela de manière continue et simple. Dans ce contexte, la demanderesse propose une solution technique 30 reposant sur le couplage de (1) un piégeage en continu de l'analyte gazeux contenu dans l'air, dans une phase liquide apte à capter la totalité dudit analyte gazeux sous la forme d'un analyte solubilisé, et (2) une mesure en ligne de la concentration de l'analyte solubilisé dans ladite phase liquide. Pour cela, l'installation de captage/mesure selon l'invention comprend 35 la combinaison des moyens techniques suivants : (a) des moyens pour capter en continu ledit analyte gazeux contenu dans l'air, lesquels moyens de captage comprennent au moins une chambre d'échange qui est équipée : - de moyens pour générer un flux continu dudit air au travers de ladite chambre d'échange, et - de moyens pour générer un flux continu d'une phase liquide au travers de ladite chambre d'échange, ladite phase liquide étant apte à capter la totalité dudit analyte gazeux contenu dans ledit flux d'air, sous la forme d'un analyte solubilisé dans ladite phase liquide, (b) des moyens pour stocker ladite phase liquide, comprenant au moins deux 1 o réservoirs de stockage qui sont destinés à recevoir des fractions de ladite phase liquide collectées successivement dans le temps à partir desdits moyens de captage, (c) des moyens pour mesurer la concentration dudit analyte solubilisé dans chacune desdites fractions de phase liquide, 15 (d) des premiers moyens de communication fluidique, aptes à générer une circulation continue de ladite phase liquide, après captage dudit analyte gazeux, depuis lesdits moyens de captage jusqu'auxdits moyens de stockage, lesquels premiers moyens de communication sont pilotables selon au moins deux configurations alternatives, chaque configuration étant 20 destinée à réaliser une circulation fluidique depuis lesdits moyens de captage jusqu'à l'un des réservoirs de stockage desdits moyens de stockage, (e) des seconds moyens de communication fluidique, aptes à générer une circulation de ladite phase liquide depuis les moyens de stockage jusqu'aux moyens de mesure, lesquels seconds moyens de communication sont 25 pilotables selon au moins deux configurations alternatives, chaque configuration étant destinée à réaliser une circulation fluidique depuis l'un des réservoirs de stockage desdits moyens de stockage jusqu'auxdits moyens de mesure, (f) des moyens de commande, assurant le pilotage desdits premiers et 30 seconds moyens de communication pour la réalisation d'une succession de cycles de stockage/mesure, s'écoulant chacun sur un intervalle de temps prédéterminé, de sorte que, lors de chacun desdits cycles : (f1) lesdits premiers et seconds moyens de communication sont pilotés selon une configuration dans laquelle la circulation fluidique est destinée à être 35 générée depuis lesdits moyens de captage jusqu'à un réservoir de stockage vide des moyens de stockage, pour assurer le remplissage dudit réservoir de stockage vide avec ladite phase liquide collectée à partir desdits moyens de captage au cours dudit cycle, et (f2) lesdits seconds moyens de communication sont pilotés selon une configuration dans laquelle la circulation fluidique est destinée à être générée depuis l'un desdits réservoirs de stockage, distinct de celui utilisé par les premiers moyens de communication, jusqu'aux moyens de mesure, pour assurer, au cours dudit cycle, la vidange de la fraction de ladite phase liquide contenue dans ledit réservoir de stockage et l'acheminement d'au moins une 1 o partie de ladite fraction jusqu'auxdits moyens de mesure, et (g) des moyens pour calculer la concentration dudit analyte gazeux dans la fraction dudit flux d'air traversant ladite chambre d'échange au cours de chacun desdits cycles de stockage/mesure, lesdits moyens étant aptes à calculer ladite concentration à partir des concentrations en analyte solubilisé 15 mesurées par les moyens de mesure dans les fractions de ladite phase liquide obtenues au cours desdits cycles successifs respectifs. Selon un mode de réalisation préféré, l'installation comporte encore : (h) des moyens pour contrôler et/ou mesurer la valeur du débit d'air traversant la chambre d'échange au cours de chacun des cycles, et 20 (i) des moyens pour contrôler et/ou mesurer la valeur du débit de phase liquide traversant ladite chambre d'échange au cours de chacun desdits cycles. Dans ce cas, les moyens pour calculer la concentration en analyte gazeux dans la fraction d'air traversant ladite chambre d'échange au cours 25 de chacun desdits cycles sont avantageusement aptes à calculer ladite concentration en fonction également de ladite valeur de débit d'air et de ladite valeur de débit de liquide mesurées au cours desdits cycles respectifs. Encore dans ce cas, les moyens pour contrôler et/ou mesurer le débit d'air comprennent avantageusement des moyens pour créer un débit 30 d'aspiration d'air au travers de la chambre d'échange, associés à des moyens pour mesurer le débit massique dudit air. Toujours dans ce cas et de préférence, les moyens pour contrôler et/ou mesurer le débit de phase liquide comprennent des moyens pour assurer une pesée. Les seconds moyens de communication sont aptes à 35 générer une circulation de ladite phase liquide issue de la vidange d'un réservoir de stockage également jusqu'auxdits moyens de pesée, et les moyens de commande pilotent lesdits seconds moyens de communication, lors de chaque cycle de stockage/mesure, selon une configuration dans laquelle la circulation fluidique est destinée à être générée également jusqu'auxdits moyens de pesée, pour mesurer le poids des fractions successives de phase liquide. Selon encore une caractéristique de réalisation, les moyens de commande sont avantageusement adaptés de sorte que chaque configuration des premiers moyens de circulation, correspondant à l'intervalle 1 o de temps prédéterminé d'un cycle de stockage/mesure, est maintenue pendant une durée d'au maximum 30 minutes. Egalement selon une caractéristique de réalisation, la forme solubilisée dudit analyte dans ladite phase liquide consiste avantageusement en un analyte solubilisé ionique. 15 Toujours selon une caractéristique avantageuse, la phase liquide consiste en une solution acide apte à capter l'ammoniac gazeux contenu dans le flux d'air, sous la forme d'ions ammonium ; et les moyens de mesure comprennent des moyens pour déterminer la concentration en ions ammonium captés dans ladite phase liquide. 20 Selon encore une caractéristique avantageuse, les moyens (c) pour mesurer la concentration en analyte solubilisé dans les fractions de la phase liquide comprennent : (cl) des moyens pour mesurer, dans chacune desdites fractions de phase liquide, un paramètre physique quantitatif dont la valeur est corrélée avec la 25 valeur de la concentration en analyte dans lesdites fractions respectives, (c2) des moyens pour étalonner lesdits moyens de mesure de paramètre physique quantitatif, et (c3) des moyens pour calculer lesdites valeurs de paramètre physique quantitatif mesuré, en valeurs de concentrations en analyte dans lesdites 30 fractions respectives. Dans ce cas, les moyens pour mesurer le paramètre physique quantitatif dans les fractions de la phase liquide, comprennent avantageusement : - d'une part, une membrane semi-perméable, autorisant le passage sélectif 35 de l'analyte gazeux capté dans la phase liquide, et - d'autre part, des moyens de mesure par conductimétrie dans une phase liquide de réception, contenant l'analyte solubilisé ayant traversé ladite membrane semi-perméable. Les moyens de mesure de conductimétrie comportent avantageusement des moyens pour contrôler et maintenir la température de la phase liquide de réception. Toujours dans ce cas, l'installation comprend avantageusement des moyens d'étalonnage comportant une pluralité de réservoirs d'étalonnage, chacun desdits réservoirs d'étalonnage contenant une phase liquide étalon, lesdites phases liquides d'étalonnage contenant une concentration déterminée de l'analyte solubilisé. Les seconds moyens de communication sont alors aptes à générer également une circulation desdites phases liquides d'étalonnage depuis lesdits réservoirs d'étalonnage jusqu'auxdits moyens de mesure du paramètre physique quantitatif ; et lors de certains au moins des cycles de stockage/mesure, les moyens de commande pilotent lesdits seconds moyens de communication selon une série de configurations d'étalonnage dans lesquelles la circulation fluidique de chacune desdits phases liquides étalon est destinée à être réalisée successivement depuis l'un desdits réservoirs d'étalonnage jusqu'aux moyens de mesure du paramètre physique quantitatif. Selon un mode de réalisation préféré, l'installation comporte au moins deux chambres d'échange, et de préférence entre 3 et 6 chambres d'échange, avantageusement réparties selon des hauteurs distinctes par rapport au sol, pour réaliser des mesures de flux dudit analyte gazeux dans l'air. Les moyens de calcul comportent des moyens pour calculer le flux dudit analyte gazeux dans l'air entre lesdites chambres entre deux cycles de stockage/mesure, lesdits moyens étant aptes à calculer ledit flux à partir de la succession de concentrations en analyte dans l'air calculées par lesdits moyens de calcul. Selon une forme de réalisation intéressante, la chambre d'échange des moyens de captage est délimitée par une surface intérieure de section annulaire comportant un axe orienté verticalement, et laquelle chambre d'échange comporte deux paires d'orifices débouchants : - deux conduits d'extrémité, l'un inférieur et l'autre supérieur, agencés coaxialement par rapport à l'axe de ladite chambre d'échange, pour former respectivement les conduits d'entrée et de sortie du flux d'air, - deux conduits latéraux, l'un inférieur et l'autre supérieur, formant un angle avec l'axe de ladite chambre d'échange, pour former respectivement les conduits de sortie et d'entrée du flux de phase liquide, laquelle phase liquide est destinée à cheminer en continu sur toute ladite surface intérieure, lequel flux d'air est destiné à cheminer en contrecourant au sein dudit flux de phase liquide. 1 o Dans ce cadre, les moyens pour générer le flux d'air sont avantageusement configurés de sorte à obtenir un flux laminaire d'air. Encore dans ce cadre, la surface intérieure définissant la chambre d'échange est avantageusement constituée par une surface en verre dépoli, pour assurer une répartition optimale du flux de phase liquide sur ladite 15 surface intérieure. La présente invention porte encore sur un procédé pour la mesure de la concentration d'un analyte gazeux susceptible d'être contenu dans l'air, ledit analyte gazeux étant soluble dans une phase liquide où il peut être présent sous la forme d'un analyte solubilisé. Ce procédé est caractérisé en 20 ce qu'il comprend : (a) une étape continue de captage dudit analyte gazeux dans un flux continu d'une phase liquide cheminant par rapport à un flux d'air, ladite phase liquide étant apte à capter la totalité dudit analyte gazeux contenu dans ledit flux d'air, sous la forme d'un analyte solubilisé dans ladite phase liquide, et 25 (b) une succession de cycle de stockage/mesure, chacun desdits cycles comprenant : - une étape de stockage du flux de phase liquide généré par l'étape de captage continue (a), pour constituer une fraction de phase liquide contenant l'analyte solubilisé et capté tout au long dudit cycle, 30 - une étape de mesure de la valeur de la concentration dudit analyte solubilisé dans une fraction de phase liquide issue d'une étape de collecte d'un cycle précédent, et (c) une étape de calcul de la valeur de la concentration dudit analyte gazeux dans la fraction dudit flux d'air au cours de chacun desdits cycles 35 stockage/mesure, à partir de la succession de concentrations en analyte solubilisé mesurées dans les fractions successives de ladite phase liquide obtenues au cours de l'étape de mesure desdits cycles respectifs. Selon un mode de réalisation préféré, dans le cadre d'une installation de mesure telle que définie dessus, le procédé comprend : (a) une étape continue de captage dudit analyte gazeux dans le flux de phase liquide, par le biais des moyens de captage, (b) une succession de cycle de stockage/mesure, parallèlement à l'étape de captage continu (a), chaque cycle de stockage/mesure comprenant les étapes suivantes : (b1) une étape de remplissage d'un réservoir de stockage vide desdits moyens de stockage avec ladite phase liquide collectée à partir desdits moyens de captage, (b2) une étape de vidange d'un réservoir de stockage, distinct du réservoir de stockage utilisé à l'étape (b1) et rempli par une fraction de ladite phase liquide au cours de l'étape (b1) d'un cycle précédent, ladite étape (b2) consistant en une vidange de ladite fraction de phase liquide contenue dans ledit réservoir de stockage et l'acheminement d'au moins une partie de ladite fraction de phase liquide jusqu'aux moyens de mesure, (b3) une étape de mesure de la valeur de la concentration dudit analyte solubilisé dans ladite partie de fraction de phase liquide acheminée jusqu'auxdits moyens de mesure au cours de ladite étape de vidange (b2) préalable, (c) une étape de calcul de la valeur de la concentration dudit analyte gazeux dans la fraction dudit flux d'air traversant ladite chambre d'échange au cours de chacun desdits cycles stockage/mesure (b), à partir de la succession de valeurs de concentration en analyte solubilisé mesurées dans les fractions successives de ladite phase liquide obtenues au cours de l'étape (b3) desdits cycles respectifs. Dans ce cadre, pour une installation comportant des moyens de contrôle et/ou de mesure tels que définis dessus, chaque cycle de stockage/mesure (b) comporte encore avantageusement : (b4) une étape de contrôle et/ou mesure de la valeur du débit d'air traversant la chambre d'échange au cours dudit cycle, et (b5) une étape de contrôle et/ou mesure de la valeur du débit de phase liquide traversant ladite chambre d'échange au cours dudit cycle, et en ce que l'étape de calcul (c) au cours de chacun desdits cycles stockage/mesure tient compte également de ladite valeur de débit d'air et de ladite valeur de débit de liquide mesurées au cours desdits cycles (b) respectifs.
Encore dans ce cadre, pour une installation comportant des moyens d'étalonnage, certains des cycles de stockage/mesure, espacés d'un nombre déterminé de cycles de stockage/mesure, comportent encore avantageusement une étape supplémentaire (b6) consistant à réaliser l'analyse desdites phases liquides d'étalonnage par les moyens de mesure. 1 o Toujours dans ce cadre, pour une installation comportant au moins deux chambres d'échange connectées chacune à deux réservoirs de stockage, l'étape de vidange (b2) des cycles est avantageusement réalisée successivement sur un premier réservoir de stockage de chacune desdits chambres puis un second réservoir de stockage de chacune des chambres, 15 selon une boucle qui se répète ; et l'étape de remplissage (b1) d'un cycle est réalisée au niveau du réservoir de stockage vidangé lors du cycle précédent. Le procédé selon l'invention comporte encore avantageusement, suite à l'étape de calcul de la valeur de la concentration dudit analyte gazeux (c) constituant une première étape de calcul, une seconde étape de calcul (d) 20 pour déterminer la valeur du flux de l'analyte gazeux dans l'air entre lesdites chambres entre deux desdits cycles stockage/mesure (b), en fonction de la succession de valeurs de concentration en analyte dans l'air calculées au cours de la première étape de calcul (c). L'invention est encore illustrée, sans être aucunement limitée, par la 25 description suivante d'une forme de réalisation particulière, donnée uniquement à titre d'exemple, en relation avec les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue générale et schématique d'une installation de captage/mesure conforme à l'invention ; 30 - la figure 2 représente, en détails et de manière schématique, les moyens de captage et de stockage équipant l'installation de la figure 1 ; - la figure 3 représente, encore en détails et de manière schématique, l'un des dénudeurs associé à ses moyens pour générer les flux d'air et de liquide de captage ; - la figure 4 représente, selon un plan de coupe vertical longitudinal, la structure d'un dénudeur équipant les moyens de captage de l'installation selon les figures 1 à 3, formant la chambre d'échange destinée à être traversée par le flux continu d'air et le flux continu de phase liquide de captage ; - la figure 5 est une représentation schématique des phénomènes intervenant au sein des moyens de mesure équipant l'installation selon la figure 1 ; - la figure 6 représente les principales configurations successives des moyens de communication fluidique raccordant les moyens de captage et les moyens de stockage, au cours d'un cycle de stockage/mesure. L'installation 1 selon l'invention est adaptée pour le captage en continu d'un analyte gazeux susceptible d'être contenu dans l'air, et pour la mesure en ligne de la concentration et du flux dudit analyte gazeux dans l'air.
Par « air », on entend le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre, dans un état naturel ou dans un état contrôlé (notamment en termes de compositions en gaz). L'air comprend en particulier une phase gazeuse contenant des particules appelées « aérosols ». Par « analyte gazeux », on entend une substance d'intérêt constitutive d'au moins une partie de la phase gazeuse de l'air, dont on souhaite mesurer la concentration (et avantageusement le flux). Cet analyte gazeux consiste en des molécules de gaz. Parmi les analytes gazeux d'intérêt, on peut citer l'ammoniac atmosphérique (NH3), le dioxyde de soufre (SO2), l'acide nitrique (HNO3), l'acide nitreux (HONO), les aérosols minéraux et les composés organiques volatiles. Par « capture en continu » ou « captage en continu », on entend une récupération de l'analyte gazeux susceptible d'être contenu dans l'air, sur une période de temps donnée ; une pluralité d'analyses de concentrations sont mises en oeuvre sur cette période, notamment pour le calcul de flux dudit analyte gazeux. Par « mesure en ligne », on entend une mesure de la concentration de l'analyte gazeux dans l'air, cela sans transport d'échantillons jusqu'à un site distinct où la mesure en question serait effectuée.
Par « concentration d'un analyte gazeux dans l'air », on entend un paramètre exprimé en quantité en poids d'analyte gazeux, par unité de volume d'air (par exemple pg.m-3). Par « flux d'un analyte gazeux dans l'air », on entend un paramètre exprimé en quantité d'analyte gazeux, par unité de surface et de temps (par exemple en ng.m-2.s-l). Ce flux d'analyte gazeux est avantageusement du type « flux vertical ». Selon une variante de réalisation non représentée, ce flux d'analyte gazeux peut également consister en une mesure différentielle, si l'installation est utilisée dans le cadre d'une étude avec une enceinte au sein de laquelle un bilan des gaz entrants et des gaz sortants est effectué. Le principe de cette installation 1 est de coupler (1) un prélèvement de l'analyte gazeux dans l'air, par le biais de moyens de captage du type « dénudeur liquide » dans lequel circule une phase liquide apte, d'une part, à capter la totalité dudit analyte gazeux contenu dans l'air et, d'autre part, à transformer ledit analyte en un analyte solubilisé, avec (2) une analyse de la concentration de l'analyte solubilisé dans la phase liquide de captage. L'installation 1 selon l'invention est décrite plus en détails ci-dessous en relation avec les figures 1 à 6 ; elle est ici adaptée pour le captage en continu, et la mesure en ligne de la concentration et des flux, d'ammoniac atmosphérique (NH3) susceptible d'être contenu dans l'air. A cet effet, l'installation 1 comprend une partie « opérative », telle que représenté sur la figure 1, comportant les moyens techniques suivants : - des moyens 2 pour capter en continu l'analyte gazeux susceptible d'être contenu dans l'air, comprenant plusieurs dispositifs de captage 3a, 3b, 3c, destiné à être traversé par une phase liquide apte à capter / piéger l'ammoniac gazeux contenu dans l'air ; - des moyens 4 pour stocker ladite phase liquide de captage issue des moyens de captage 2, consistant ici en des paires de réservoirs de stockage ou de contenants 4a, 4b et 4c qui sont chacune associées à l'un desdits dispositifs de captage 3a, 3b et 3c ; - des moyens 5 pour mesurer la quantité d'ammoniac piégée dans la phase liquide de captage, comprenant en particulier (i) une cellule d'analyse dédiée 6, apte à mesurer un paramètre physique quantitatif variable en fonction de la concentration en ammoniac solubilisé dans ladite phase liquide de captage, et (ii) des moyens d'étalonnage 7, comprenant une pluralité de réservoirs d'étalonnage 8 pour la calibration de ladite cellule d'analyse 6, et - des moyens de pesée 9, pour mesurer la valeur du débit de ladite phase liquide de captage traversant les dispositifs de captage 3a, 3b et 3c.
Cette partie opérative de l'installation 1 comporte encore des moyens de communication fluidique 10 et 11 (constitués de tubulures, de pompes et d'électrovannes décrites par la suite), reliant les moyens précités pour assurer une circulation contrôlée de la phase liquide de captage entre eux. Ces moyens de communication fluidique 10 et 11 sont avantageusement étanches à l'air, pour éviter ou au moins limiter les contaminations en aval des dispositifs de captage 3a, 3b et 3c. Plus précisément, des premiers moyens de communication fluidique 10 sont agencés pour connecter ensemble (i) chaque dispositif de captage 3a, 3b et 3c des moyens de captage 2 et (ii) l'une des paires de réservoirs de stockage 4a, 4b et 4c, respectivement. Des seconds moyens de communication fluidique 11 sont quant à eux agencés de sorte à connecter ensemble (i) les paires de réservoirs de stockage 4a, 4b et 4c, (ii) la cellule d'analyse 6, (iii) les réservoirs d'étalonnage 8 et (iv) les moyens de pesée 9.
L'installation 1 comporte encore une partie « commande » associée avec la partie opérative décrite ci-dessus. La partie commande correspondante consiste ici en un dispositif du type automate programmable industriel ou « API » (non représenté). Cet automate programmable industriel intègre en particulier des moyens électronique / informatique constituant des moyens de commande adaptés pour la mise en oeuvre d'une succession de cycle dits de « stockage/mesure », au cours de chacun desquels (i) des fractions F de la phase liquide de captage sont stockées dans les moyens de stockage 4, et (ii) les fractions F de phase liquide de captage collectés au cours du cycle précédent sont analysées. Les moyens électronique / informatique constituent également des moyens de calcul adaptés pour la mise en oeuvre d'étape de calcul de la concentration et du flux dudit analyte gazeux dans l'air, au cours de chacun des cycles stockage/mesure.
Les moyens de l'installation 1 sont décrits plus en détail ci-dessous.
La structure générale des moyens de captage 2 est illustrée sur la figure 3, dans laquelle est représenté uniquement un premier dispositif de captage 3a. Les autres dispositifs de captage 3b et 3c de l'installation 1 ont une structure identique.
Les dispositifs de captage 3a, 3b et 3c consistent en des dispositifs connus sous le nom de « dénudeur », et sont en particulier choisis parmi les « dénudeur liquide » ou « WEDD » (correspondant à l'acronyme de « Wett Effluent Diffusion Denuder »). Dans un souci de simplification, les dispositifs de captage 3a, 3b et 3c 1 o seront désignés par l'appellation de « dénudeur » dans la suite de la description. Le principe de ces dénudeurs est d'utiliser la différence de vitesse de diffusion entre les molécules gazeuse et les particules. Le coefficient de diffusion d'une molécule gazeuse est en effet significativement plus élevé 15 que le coefficient de diffusion d'une particule. Les dénudeurs 3a, 3b et 3c définissent chacun une chambre d'échange 3a', 3b' et 3c', respectivement, agencée verticalement et au travers de laquelle est destiné à cheminer (i) un flux ascendant d'air, continu et laminaire, représenté schématiquement par la flèche A, et (ii) un flux 20 descendant continu de phase liquide de captage, représenté schématiquement par la flèche B, apte à piéger les analytes gazeux d'intérêt présents dans ledit flux d'air à analyser. Ainsi, dans des conditions de flux d'air A laminaire (Nombre de Reynolds inférieur à 2000), la phase liquide de captage piège 25 quantitativement l'analyte gazeux, sans capter la phase particulaire. De telles structures de dénudeurs peuvent être choisies parmi les dénudeurs connues, et adaptés à la présente application. Une structure intéressante pour un tel dénudeur est décrite par la suite en relation avec la figure 4. 30 Les moyens de captage 2 comportent encore des moyens 16 et 17 connectés avec chacun des dénudeurs 3a, 3b et 3c, pour générer les flux d'air A et de liquide de captage B au sein de leur chambre d'échange 3a', 3b' et 3c' respective. Ces moyens 16 et 17 ne sont pas représentés sur les figures 1 et 2 35 dans un souci de simplification.
Sur la figure 3, le dénudeur 3a est ainsi connecté avec : (i) des moyens 16 pour générer le flux continu ascendant d'air A au travers de la chambre d'échange 3a' du dénudeur 3a, et (ii) des moyens 17 pour générer le flux continu descendant de phase liquide de captage B au travers de la même chambre d'échange 3a' du dénudeur 3a. Les moyens 16 pour générer le flux d'air, consistent ici en un débitmètre massique 16a couplé à une pompe d'aspiration 16b. Comme évoqué ci-dessous, ces moyens pour générer le flux d'air 16 1 o sont avantageusement adaptés pour contrôler le flux d'air de long de la chambre d'échange 3a', de sorte qu'il soit laminaire. Par « flux d'air laminaire », on entend un écoulement des composantes du flux d'une manière parallèle les unes aux autres, c'est-à-dire de préférence un flux dont le nombre de Reynolds serait inférieur à 15 2000. Par exemple, le débitmètre massique 16a et la pompe d'aspiration 16b consistent respectivement en un appareil de régulation numérique du débit d'air d'aspiration avec valve de contrôle et une pompe à palles. Les moyens 17 pour générer le flux de phase liquide de captage B, 20 consistent quant à eux en une pompe de type péristaltique 17a prélevant la phase liquide de captage depuis un réservoir 17b. Cette phase liquide de captage consiste avantageusement en une solution acide, de préférence une solution acide faiblement concentrée à 0,5 g/L, par exemple une solution acide du genre hydrogénosulfate de sodium 25 (dénommée encore bisulfate de sodium ou Na(HSO4)2). Les autres dénudeurs 3b et 3c sont connectés également à ces moyens 16 et 17 pour générer, dans leur chambre d'échange 3b' et 3c' respective, le flux d'air et le flux de liquide de captage recherchés. La figure 4 représente une structure préférée du premier dénudeur 30 3a ; les autres dénudeurs 3b et 3c de l'installation 1 ont une structure identique. Ce dénudeur 3a comprend un tube débouchant rectiligne 20 sur lequel est rapporté hermétiquement deux pièces d'extrémité, l'une inférieure 21 et l'autre supérieure 22, pour son raccordement aux moyens 16, 17 de 35 production du flux d'air et de liquide de captage.
Ce tube débouchant 20, avantageusement réalisé en verre, comporte une section circulaire délimitée par une surface intérieure cylindrique 23 et une surface extérieure cylindrique 24. Il comporte encore deux orifices d'extrémité, l'un inférieur 25 et l'autre supérieur 26.
La surface intérieure 23 comporte une section annulaire présentant un axe longitudinal 23', définissant la chambre d'échange 3a' qui est orientée verticalement et qui est destinée à être traversée par le flux d'air et le flux de liquide de captage. Cette surface intérieure 23 est constituée par du verre dépoli, pour assurer la répartition optimale de la phase liquide. Cette phase liquide se présente sous la forme d'une lame de liquide de section annulaire, cheminant de manière descendante et par simple gravité sur toute la circonférence de la surface intérieure 23 du tube débouchant 20. La chambre d'échange 3a' présente une forme générale cylindrique, comportant un axe longitudinal 3a" orienté verticalement et coaxialement par rapport à l'axe 23' de la surface intérieure 23. Les deux pièces d'extrémité 21 et 22, rapportées sur le tube débouchant 20 et formant embouts de liaison, forment deux paires de conduits débouchants : - deux conduits d'extrémité, l'un inférieur 28 et l'autre supérieure 29, pour former respectivement les conduits d'entrée et de sortie du flux d'air, et - deux conduits latéraux, l'un inférieur 30 et l'autre supérieure 31, agencés de sorte à former un angle avec l'axe longitudinal 3a" de la chambre d'échange 3a', pour former respectivement les conduits de sortie et d'entrée du flux de phase liquide. Les conduits d'extrémité 28 et 29 sont agencés coaxialement par rapport à l'axe 3a" de ladite chambre d'échange 3a', et présentent un diamètre intérieur correspondant au diamètre de la surface inférieur 23 du tube débouchant 20.
Les conduits latéraux supérieur 31 et inférieur 30 présentent tous deux une pente descendante, pour assurer l'écoulement de la phase liquide de captage, respectivement, vers et depuis la chambre d'échange 3a' par simple gravité. Ces pièces d'extrémité inférieure 21 et supérieure 22 délimitent encore chacune une chambre 32, 33, respectivement, dans laquelle le conduit d'extrémité correspondant 28, 29 comporte un tronçon saillant pourvu d'une extrémité libre qui s'étend à proximité de l'orifice d'extrémité 25, 26 en regard du tube débouchant 20. De plus, les conduits latéraux 30, 31 débouchent chacun dans l'une des chambres 32 et 33, cela en regard du tronçon saillant correspondant des conduits d'extrémité 28 et 29. Cette forme particulière vise à optimiser le cheminement du flux d'air laminaire au travers de la chambre d'échange 3a', tout en assurant une circulation du liquide de captage le long de la surface intérieure 23.
Pour être complet, la surface intérieure 23 délimitant la chambre d'échangeur 3a' est terminée par deux portions tronconiques : une portion tronconique inférieure 23a et une portion tronconique supérieure 23b. La portion tronconique inférieure 23a est divergente du haut vers le bas, et elle est située au niveau de l'orifice inférieur 25 du tube 20.
Cette portion tronconique 23a permet le passage de la phase liquide de captage depuis ladite surface intérieure 23 jusqu'à la chambre d'extrémité inférieur 32, autour du conduit d'extrémité inférieur 28, pour éviter la contamination de l'air entrant dans le dénudeur 3a. La portion tronconique supérieure 23b convergente du haut vers le bas, et elles est située au niveau de l'orifice supérieur 26 du tube 20. Cette portion tronconique 23b a pour fonction d'assurer une répartition optimale de la phase liquide de captage sur ladite surface intérieure 23, tout en évitant la formation d'éclaboussures de phase liquide dans la chambre d'échange 3a'.
En pratique et tel que représenté sur la figure 3, le dénudeur 3a est implanté dans l'installation 1 de sorte que : - son conduit axial inférieur 28 reste libre pour l'aspiration de l'air environnant, - son conduit axial supérieur 29 est raccordé aux moyens pour générer le flux d'air 16, - son conduit latéral supérieur 31 est raccordé aux moyens pour générer le flux de phase liquide de captage 17, et - son conduit latéral inférieur 30 est raccordé aux premiers moyens de communication fluidique 10.
A titre indicatif, les dimensions de ce dénudeur sont par exemple : une longueur de 50 cm, et un diamètre interne de 5 mm. Pour une mesure de flux en ammoniac gazeux dans l'air, au sein d'un environnement ouvert ou fermé, les dénudeurs 3a, 3b et 3c sont avantageusement répartis selon des hauteurs différentes les uns par rapport aux autres, par exemple à 1,2 m et 2,5 m par rapport au sol. Sur une même hauteur, on peut prévoir au moins deux dénudeurs 3, pour obtenir des valeurs moyennes plus fiables. Selon un autre mode de réalisation, on peut envisager d'installer ces dénudeurs 3 sur une enceinte : au moins un dénudeur est implanté à l'entrée et au moins un dénudeur est implanté à la sortie de ladite enceinte. Une telle installation permettrait alors de calculer un différentiel, pour étudier un bilan de masse. Tel qu'illustré par les figures 2 et 3, les dénudeurs 3a, 3b et 3c de l'installation sont chacun en connexion fluidique avec l'une des trois paires de réservoirs de stockage 4a, 4b, et 42, respectivement. Pour simplifier la suite de la description, les réservoirs de stockage sont désignés, respectivement, (i) par les repères 4a1 et 4a2 pour la première paire de réservoirs de stockage 4a, (ii) par les repères 4b1 et 4b2 pour la deuxième paire de réservoirs de stockage 4b et (iii) par les repères 4c1 et 422 pour la troisième paire de réservoirs de stockage 4c. Ces réservoirs de stockage 4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 421, 422 sont destinés chacun à recevoir temporairement une fraction F de la phase liquide de captage, en sortie des dénudeurs 3a, 3b ou 3c associés.
Pour cela, les réservoirs de stockage 4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 421, 422 sont tous identiques en eux. Ils sont de plus réalisés dans un matériau hermétique à l'air et au liquide. Ces réservoirs de stockage 4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 421, 422 consistent ici chacun en un contenant en forme de tube à essai, qui se compose d'un tube borgne 34a comportant une ouverture supérieure obturée par un bouchon 34b. Chaque bouchon 34b est rapporté sur son tube borgne 34a de manière à obtenir une fermeture hermétique à l'air et au liquide, en particulier pour prévenir toute contamination de la phase liquide de captage stockée par l'air environnant.
Sur les figures 2 et 3, on observe que les bouchons 34b sont chacun traversés par une tubulure constitutive des premiers moyens de communication fluidique 10 et par une tubulure constitutive des seconds moyens de communication fluidique 11 (seule une partie de ces seconds moyens de communication fluidique 11 est représentée sur les figures 2 et 3). Ces bouchons 34b sont également traversés chacun par une tubulure 35a raccordée à des moyens 35b (représentés sur la figure 3) pour l'alimentation des réservoirs de stockage 4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 4c1, 4c2 avec un air épuré en ammoniac gazeux. Comme développé par la suite, cette structure est utile lors des opérations de vidange des réservoirs de stockage 4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 4c1, 4c2, de sorte à les alimenter avec un air non contaminé par de l'ammoniac gazeux.
Ces moyens d'épuration 35b consistent par exemple en une filtration de l'air au travers d'une cartouche composée de cristaux d'acide citrique. Le passage de ces différentes tubulures au travers des bouchons 34b est réalisé également de manière hermétique à l'air et aux liquides, toujours pour éviter la contamination des fractions de phase liquide stockées.
Tel que représenté encore sur les figures 2 et 3, la connexion fluidique entre chaque dénudeurs 3a, 3b et 3c, et sa paire de réservoirs de stockage 4a, 4b, et 4c, est réalisée par l'intermédiaire d'une partie 10a, 10b et 10g, respectivement, des premiers moyens de communication fluidique 10. Comme développé par la suite, ces premiers moyens de communication fluidique 10 sont aptes à générer une circulation continue et contrôlée de la phase liquide de captage, après récupération de l'analyte gazeux (en aval des dénudeurs), depuis chaque dénudeur 3a, 3b et 3c jusqu'à l'un ou l'autre des deux réservoirs de stockage 4a1 ou 4a2, 4b1 ou 4b2, et 4c1 ou 4c2 qui lui sont associés.
Chaque partie 10a, 10b et 10c de ces premiers moyens de communication fluidique 10 comprend, à cet effet, des tubulures 10al , 10b1, 10cl équipées, respectivement : (i) d'une pompe de type péristaltique 10a2, 10b2, 10c2, située en amont et côté dénudeur 3a, 3b et 3c, et (ii) d'une vanne trois voies 10a3, 10b3, 10c3, située en aval et côté d'une paire de réservoirs de stockage 4a, 4b, 4c, dont une première voie d'entrée est raccordée à la pompe précitée 10a2, 10b2, 10c2 et dont les deux autres voies de sortie sont raccordées chacune à l'un des réservoirs de stockage associés 4a1, 4a2, 4b1, 4b2 ou 4c1, 4c2. Ces vannes trois voies 10a3, 10b3 et 10c3, de type électrovanne, sont pilotables selon deux positions alternatives, définissant les deux configurations des premiers moyens de communication fluidique 10, à savoir : (i) une première position réalisant la connexion fluidique entre la voie d'entrée raccordée à la pompe 10a2, 10b2, 10c2 et la voie de sortie raccordée à un premier réservoir de stockage associé 4a1, 4b1 et 4ç1, et (ii) une seconde configuration réalisant la connexion fluidique entre ladite voie d'entrée raccordée à la pompe 10a2, 10b2, 10c2 et la voie de sortie raccordée à un second réservoir de stockage associé 4a2, 4b2 et 4c2. La cellule d'analyse 6 des moyens de mesure de la concentration en ammoniaque 5 comporte un double rôle : (i) de sélectionner le composé ammoniac et sa forme aqueuse en solution acide NH4+ et (ii) de déterminer la concentration en ions ammonium NH4+ dans la phase liquide de captage.
Pour faciliter sa description, la cellule d'analyse 6 est représentée très schématiquement sur la figure 5. Cette cellule d'analyse 6 se compose : (i) d'un dispositif de séparation 36, comprenant une membrane semi-perméable 37, permettant la sélection du composé ammoniac NH3 parmi tous les composés gazeux piégés dans l'air par la phase liquide de captage, et (ii) d'un dispositif 38 du type cellule conductimétrique, pour la mesure de la conductimétrie générée par les composés ammoniac sélectionnés, et fonction de la concentration de ces derniers. La membrane semi-perméable 37 est par exemple une membrane filtrante en polytétrafluoroéthylène (sigle PTFE) non supportée dont le seuil de rétention est de 0,2 µm. La phase liquide à analyser est mélangée, en amont de la membrane semi-perméable 37, par exemple avec de la soude concentrée (NaOH 0,5M), de sorte à transformer l'ammoniaque NH4+ en ammoniac aqueux NH3aq.
A cet effet, tel que représenté sur la figure 1, la cellule d'analyse 6 est associée à un réservoir 39a destiné à contenir la soude, par l'intermédiaire de moyens de connexion fluidiques équipés d'une pompe péristaltique d'alimentation 39b.
L'ammoniac aqueux NH3 diffuse au travers de la membrane semi-perméable 37 sous une forme d'ammoniac gazeux, et repasse sous forme d'ions ammonium NH4+ au contact d'une solution de réception en contreflux, constituée par exemple par une eau ultra pure. Pour cela, la cellule d'analyse 6 est également associée à un réservoir 40, destiné à contenir l'eau ultrapure, par l'intermédiaire d'une connexion fluidique équipée d'une pompe d'alimentation 41 de type péristaltique (également figure 1). La cellule conductimétrique 38 permet l'analyse de la conductimétrie de la solution de réception contenant les ions ammonium.
De telles cellules conductimétrique sont connues de l'homme de l'art. Elles consistent en deux électrodes entre lesquelles circule la solution à analyser. Dans la présente installation, on peut utiliser toute cellule conductimétrique adaptée.
La cellule conductimétrique 38 permet de mesurer la valeur de conductance de la solution de réception, exprimée en siemens (symbole « S »), qui dépend de la conductivité de la solution en siemens/m, de la surface des électrodes (m2) et de la distance qui les sépare. Cette cellule conductimétrique 38 permet également de déterminer la valeur de résistivité de la solution de réception (siemens/mètre), qui dépend de l'espèce ionique en présence, en l'occurrence ammonium, de sa charge, de sa concentration molaire (mol/m3), de la conductivité molaire ionique (aptitude de l'ion à conduire le courant en siemens.m2.mol-'). De manière générale, la cellule d'analyse 6 peut être choisie de sorte à mesurer tout autre paramètre physique quantitatif dont la valeur est corrélée avec la valeur de la concentration en ions ammonium dans la solution de réception. Par exemple, on peut mesurer le ou les paramètres physiques quantitatifs suivants : (i) l'absorption spécifique dans des longueurs d'onde propres au composé (absorption UV par exemple), ou (ii) la conductivité thermique du composé (catharomètre). En pratique, cette mesure de la résistivité/conductance est sensible à la température. Il est ainsi préférable (i) de maintenir une température constante au niveau de la cellule d'analyse 6 et/ou (ii) d'apporter une correction au résultat brut d'analyse de la conductance/résistivité en fonction de la température de la solution de réception. En l'espèce, la cellule d'analyse 6 est avantageusement logée dans un caisson (non représenté) dont la température est contrôlée, par exemple selon une température de 20°C +/- 0,5°C. D'autre part, les réservoirs 8 des moyens d'étalonnage 7 contiennent des solutions d'étalonnage, comportant chacune une concentration différente et prédéterminée en ions ammonium NH4+ Comme préciser par la suite, ces moyens d'étalonnage 7 permettent de calibrer les valeurs de résistivité/conductance issues de la cellule d'analyse 6, et ainsi de déterminer la valeur de la concentration en ions ammonium dans la phase liquide de captage analysée. Ces réservoirs 8, ici au nombre de quatre et désignés respectivement par les repères 9a, 9b, 9c et 9d, contiennent des solutions présentant avantageusement les concentrations suivantes en ions ammonium NH4+ : 50 µg. kg-1, 200 µg. kg-1, 500 µg. kg-1 et 1000 µg.kg-1. Cette gamme de solutions d'étalonnage peut tout à fait être adaptée en fonction de la précision recherchée de calibration. De manière alternative, les moyens 5 de mesure de la concentration en ammonium solubilisé dans ladite phase liquide de captage, peuvent consister en (i) des moyens pour spectroscopie d'absorption dans le domaine du visible ou (ii) des moyens pour chromatographie liquide ionique. Les moyens de pesée 9 consistent quant à eux en une balance de précision 42 sur laquelle est rapportée un réservoir 43.
On peut choisir, par exemple, une balance 42 présentant les caractéristiques techniques suivantes : précision de la balance égale à 0,01g, avec pesée maximale supérieure à 1 kg. Tel que développé par la suite, le réservoir 43 qui est destiné quant à lui à recueillir, successivement, le contenu des réservoirs de stockage 4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 4c1, 4c2 au cours des cycles successifs de captage/mesure.
La valeur de poids mesurée sera utile pour déterminer le débit de phase liquide de captage traversant chacun des dénudeurs 3a, 3b, 3c au cours des cycles de stockage/mesure, en vue du calcul notamment de la concentration en ammoniac gazeux dans l'air.
Les réservoirs de stockage 4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 4c1, 4c2, la cellule d'analyse 6 et les moyens de pesée 9, sont raccordés par les seconds moyens de communication fluidique 11, décrits en détails ci-dessous en relation avec la figure 1. Comme détaillé par la suite, ces seconds moyens de communication 1 o fluidique 11 sont aptes à générer une circulation contrôlée de la phase liquide de captage depuis les moyens de stockage 4 jusqu'à, simultanément, la cellule d'analyse 6 et les moyens de pesée 9 ; ces seconds moyens de communication fluidique 11 sont également aptes à générer ici une circulation de la phase liquide depuis les moyens d'étalonnage 7 jusqu'à la 15 cellule d'analyse 6. Ces seconds moyens de communication fluidique 11 comportent une vanne six voies 45 dont les voies sont raccordées par des tubulures à différents dispositifs de l'installation 1, à savoir : - une première voie est raccordée aux moyens de stockage 4 par le biais de 20 tubulures 46 dites « amont », - une seconde voie est raccordée simultanément à la cellule d'analyse 6 et aux moyens de pesée 9, par le biais de tubulures 47 dite « aval », et - les troisième, quatrième, cinquième et sixième voies sont ici raccordées chacune à l'un des réservoirs d'étalonnage 8a, 8b, 8c, 8d des moyens 25 d'étalonnage 7, par le biais d'une tubulure 48 dite « d'étalonnage ». Cette vanne six voies 45, du type électrovanne, est pilotable selon différentes positions, à savoir : (i) une position de « mesure », réalisant la connexion fluidique entre la voie raccordée aux tubulures amont 46, et la voie raccordée aux tubulures aval 30 47, et (ii) des positions de « étalonnage », réalisant chacune la connexion fluidique entre l'une des voies raccordée aux tubulures d'étalonnage 48, et la voie raccordée aux tubulures aval 47.
Les tubulures amont 46 sont équipées, de l'amont vers l'aval (tenant compte du sens de cheminement de la phase liquide de captage), des éléments suivants : (i) trois premières vannes trois voies 50a, 50b et 50c, du type électrovanne, agencées en parallèle et connectées aux paires de réservoir de stockage 4a, 4b et 4c, respectivement, (ii) trois seconds vannes trois voies 51a, 51b et 51ç, du type électrovanne, connectées à chacune des premières vannes trois voies 50a, 50b et 50c, respectivement, et montées en série sur une même tubulure, et (iii) une pompe d'aspiration 52 de type péristaltique, raccordée à la vanne six voies 45. Plus précisément, les premières vannes trois voies 50a, 50b, 50c ont : (i) deux voie d'entrée, raccordées chacune à l'un des réservoirs de stockage 4a1, 4a2, ou 4b1, 4b2 ou 4c1, 4c2 associés, et (ii) une voie de sortie, raccordée à l'une des secondes vannes trois voies 51a, 51b et 51g, respectivement. Ces premières vannes trois voies 50a, 50b, 50c sont ici pilotables selon deux positions alternatives, à savoir : (i) une première position réalisant la connexion fluidique entre, d'une part, la voie raccordée à un premier réservoir de stockage 4a1, 4b1 et 4c1 associé, et d'autre part, la voie raccordée à la seconde vanne trois voies 51a, 51b et 51c associée, et (i) une seconde position réalisant la connexion fluidique entre d'une part, la voie raccordée à un second réservoir de stockage 4a2, 4b2 et 4c2 associé, et toujours la voie raccordée à la seconde vanne trois voies 51a, 51b et 51c associée. Les secondes vannes trois voies 51a, 51b, 51c ont quant à elles : (i) une voie d'entrée, raccordées à l'une des premières vannes trois voies 50a, 50b et 50g, respectivement, (ii) deux voies de sortie, raccordée directement (pour la vanne trois voies 51ç) ou indirectement (pour les vannes trois voies 51a et 51b) à la pompe d'aspiration aval 52. Les secondes vannes trois voies 51a, 51b et 51c sont chacune pilotables également selon deux positions alternatives, à savoir : (i) une première position réalisant la connexion fluidique entre, d'une part, la voie raccordée à première vanne trois voies 50a, 50b, 50c associée, et d'autre part, la voie raccordée à la pompe d'aspiration 52, et (i) une seconde position dite « passante », réalisant la connexion fluidique entre, d'une part, les voies raccordées aux autres secondes vannes trois voies 51a, 51 b et 51ç, et d'autre part, à la pompe d'aspiration aval 52. Les tubulures aval 47 comportent quant à elles, de l'amont vers l'aval, les éléments techniques suivants : (i) une pompe d'aspiration 55, de type pompe péristaltique, et (ii) un dispositif injecteur 56. Ce dispositif injecteur 56 comporte : (i) une boucle d'injection, connectée à la cellule d'analyse 6, et (ii) une sortie « poubelle », connectée au réservoir 43 des moyens de pesée 9.
Cet injecteur 56 permet ainsi d'apporter, avec précision, toujours le même volume de liquide jusqu'à la cellule d'analyse 6. Le volume correspondant est par exemple choisi entre 300 µL et 1000 µL, préférablement de 500 µL. Les critères de choix sont la sensibilité de l'analyse, le volume d'échantillon et le temps de réponse.
La phase liquide restant, non acheminée vers la cellule d'analyse, est ainsi envoyée vers les moyens de pesée 9. On pourra par exemple choisir un injecteur de type vanne six voies Valco dite HPLC (« High Performance/Pressure Liquid Chromatography »). Par ailleurs, comme abordé précédemment, les moyens de commande (non représentés), constitués par un automate programmable industriel (API), ont pour fonction : (i) de piloter les premiers moyens de communication fluidique 10 et les seconds moyens de communication fluidique 11, et (ii) de calculer la concentration en ammoniac atmosphérique dans l'air, sur la base des données générées notamment par la cellule d'analyse 6 et par les moyens de pesée 9. Plus précisément, les moyens de commande contrôlent les premiers moyens de communication fluidique 10 et les seconds moyens de communication fluidique 11 selon différentes configurations, afin d'obtenir une succession de cycles de stockage/mesure.
Ces moyens de commande pilotent pour cela, en particulier, la position de chacune des vannes équipant les premiers et seconds moyens de communication fluidique 10 et 11. Les moyens de commande comportent également des moyens pour effectuer des calculs à partir des données issues de la partie opérative de l'installation 1, en particulier la cellule d'analyse 6 et les moyens de pesée 9. Les moyens pour effectuer les calculs peuvent également être distincts par rapport aux moyens de commande. A partir des données collectées, les moyens de calcul déterminent le 1 o débit d'acide « Dacide » circulant dans les dénudeurs 3a, 3b et 3c au cours de chacun des cycles de stockage/mesure. Cette valeur est obtenue par le rapport (i) du poids d'une fraction F collectée au cours du cycle de stockage/mesure, mesuré par les moyens de pesée 9, sur (ii) l'intervalle de temps dudit cycle de stockage/mesure. 15 De manière alternative, ce débit peut être obtenu sans calcul, en collectant directement le débit réglé sur la pompe péristaltique 17a constitutive des moyens pour générer le flux de phase liquide de captage 17. A cet effet et par exemple, on peut également employer des débitmètres massiques liquides. 20 Toujours à partir des données collectées, les moyens de calcul déterminent également la concentration en ions ammonium [NH4] dans chacune des fractions F de phases liquides de captage issues des dénudeurs 3a, 3b et 3c, au cours de chacun des cycles de stockage/mesure. Cette valeur est ici obtenue à partir de la valeur de conductivité 25 mesurée pour chaque fraction F par la cellule d'analyse 6, et tenant compte d'une courbe d'étalonnage ou de calibration générée via l'analyse par la même cellule d'analyse 6 de la conductivité des solutions d'étalonnage constitutifs des moyens d'étalonnage 7. Encore à partir des données collectées, les moyens de calcul 30 déterminent la concentration en ammoniac gazeux dans l'air [NH3], au cours de chacun des cycles de stockage/mesure, au niveau de chacun des dénudeurs 3a, 3b et 3c, sur la base de la formule (1) suivante :
[NH3] = (([NH4] x Dacide)/Dair))x(M(NH3)/M(NH4+)) (1) 35 où [NH3] est la concentration en ammoniac gazeux dans l'air, exprimée en µg de NH3 par m3 d'air ; [NH4] est la concentration en ions ammonium dans une fraction de la phase liquide de captage analysée, exprimée en µg de NH4+ par litre de liquide ; Dair et Dacide sont respectivement les débits d'air et d'acide circulant dans le dénudeur duquel est issu la fraction de phase liquide de captage, exprimée en litre par minute et en mL/min (on note que la valeur du débit d'air est transmise aux moyens de calcul par le débitmètre massique 16a) ; M(NH3) et M(NH4+) sont respectivement les masses molaires de l'ammoniac et io l'ammonium, à savoir respectivement 17 g/mol et 18 g/mol. A partir des concentrations calculées en ammoniac gazeux dans l'air, les moyens de calcul peuvent encore déterminer le flux d'ammoniac gazeux dans l'air sur la base de la formule (2) suivante :
15 FNH3 = ((CNH3 Dénudeur 2) - (CNH3 Dénudeur 1)/(ra) (2) dans laquelle FNH3 est exprimé en µg NH3 m-2 s-1 CNH3 Dénudeur i correspond à la concentration calculé en ammoniac (pg.m-3) dans l'air dans le dénudeur i et 20 ra est la résistance atmosphérique (s.m-1) calculée à l'aide de la connaissance des variables climatiques (température de l'air, vent, état hydrique de l'air) pendant la phase d'échantillonnage de l'air. L'action des moyens de commande est développée ci-dessous dans le cadre d'un fonctionnement de l'installation 1, pour la mesure des 25 concentrations et des flux en ammoniac gazeux dans l'air. Tout d'abord et tout au long du temps de fonctionnement de l'installation, les moyens pour générer le flux d'air 16 et les moyens pour générer le flux de phase liquide de captage 17 fonctionnent de manière continue. 30 Dans chacun des dénudeurs 3a, 3b et 3c de l'installation 1, ces deux moyens 16 et 17 génèrent ainsi (i) le flux continu d'air laminaire, ascendant et central, et (ii) le flux descendant de phase liquide de captage, sous la forme d'une lame annulaire entourant ledit flux laminaire d'air. En pratique, ce flux laminaire d'air est obtenu par un pilotage adapté 35 des moyens pour générer le flux d'air 16, et en particulier de sa pompe 16b.
De plus, le flux de phase liquide de captage est également continu et recouvre toute la surface intérieure 23 des chambres d'échange 3a", 3b" et 3c", pour piéger de manière optimale l'ammoniac gazeux contenue dans l'air. L'aspect laminaire du flux d'air cheminant au travers de la chambre d'échange 3a', 3b' et 3c' de chacun dénudeurs 3a, 3b et 3c permet de piéger la totalité de l'ammoniac atmosphérique dans le flux continu de phase liquide de captage, tout en évitant de piéger les éventuelles particules en suspension contenant de l'ammoniaque aqueux. A titre indicatif, les débits d'air et de phase liquide sont 1 o avantageusement de l'ordre de 1 L/min pour l'air et de 0,3L/min pour la phase liquide de captage. L'analyte gazeux se retrouve ainsi piégé sous la forme d'un analyte solubilisé dans la phase liquide de captage, en l'occurrence sous forme d'ammoniaque. 15 Après avoir traversé la chambre d'échange 3a', 3b' et 3c', cette phase liquide de captage est récupérée au niveau des conduits latéraux inférieurs 30 de chacun des dénudeurs 3a, 3b et 3c. Ces phases liquides collectées circulent en continu au sein des parties 10a, 10b et 10g, respectives, constitutives des premiers moyens de 20 communications fluidiques 10. On obtient ainsi une étape continue de captage de l'ammoniac atmosphérique dans le flux continu de phase liquide cheminant par rapport au flux d'air. Parallèlement à ce captage continu de l'ammoniac gazeux, les vannes 25 10a3, 10b3 et 10c3 des premiers moyens de communication fluidique 10 et les vannes 50 et 51 des tubulures amont 46 des seconds moyens de communication fluidique 11, sont piloter par les moyens de commande de sorte à obtenir les cycles de stockage/mesure précités. Ces cycles de stockage/mesure comprennent chacun deux étapes 30 simultanées, à savoir : - une étape de stockage du flux de phase liquide généré par l'étape de captage continu, pour constituer des fractions F de phase liquide contenant l'analyte solubilisé et capté tout au long dudit cycle par chacun des dénudeurs 3a, 3b et 3c, - une étape de mesure de la valeur de la concentration dudit analyte solubilisé dans les fractions F de phase liquide obtenues à l'issue d'une étape de stockage mise en oeuvre lors d'un cycle précédent. Les cycles de stockage/mesure correspondants s'écoulent avantageusement chacun sur un intervalle de temps compris entre 20 et 30 minutes. Ces cycles sont avantageusement répétés sur une période de plusieurs jours, jusqu'à épuisement des réserves de liquide. Ces cycles de stockage/mesure sont décrits ci-dessous en relation notamment avec la figure 6 qui représente, pour simplifier la description, uniquement la première paire de réservoirs de stockage 4a en association avec (i) la vanne 10a3 des premiers moyens de communication fluidique 10 et (ii) les vannes 50a et 51a appartenant aux tubulures amont 46 des seconds moyens de communication fluidique 11.
Un cycle de stockage/mesure commence donc par le pilotage simultané des trois vannes 10a3, 10b3 et 10c3 des premiers moyens de communication fluidique 10, selon une position dans laquelle chaque dénudeur 3a, 3b, 3c est connecté avec un premier réservoir de stockage 4a1, 4b1 et 4c1 vide (situés à gauche sur la figure 2). Ce pilotage est illustré par le passage de la figure 6A à la figure 6B. Dans cette configuration des premiers moyens de communication fluidique 10, la phase liquide collectée en sortie des dénudeurs 3a, 3b et 3c s'écoule ainsi dans leurs premiers réservoirs de stockage 4a1, 4b1 et 4c1 respectifs.
Simultanément au pilotage de cette vanne 10a3, 10b3 et 10c3, la première vanne 50a, 50b et 50c des tubulures amont 46 est pilotée dans une position assurant la connexion fluidique entre, d'une part, leur second réservoir de stockage 4a2, 4b2 et 4c2 associé (situés à droite sur la figure 2), et d'autre part, leur seconde vanne 51a, 51b et 51c associé. Ce pilotage est illustré également par les figures 6A et 6B. Cette configuration des vannes 10a3, 10b3, 10c3 et 50a, 50b, 50c est maintenue tout au long du cycle de stockage/mesure. La phase liquide collectée en sortie des dénudeurs 3a, 3b et 3c s'accumulent progressivement dans les premiers réservoirs de stockage 4a1, 4b1 et 4c1 respectifs, tout au long du cycle de stockage/mesure.
Cette étape de stockage du flux de phase liquide généré par l'étape de captage continu, produisent des fractions F de phase liquide dans chacun premiers réservoirs de stockage 4a1, 4b1 et 4c1, désignées respectivement F1, F2 et F3. Ces fractions F1, F2 et F3 contiennent l'ammoniac gazeux solubilisé et piégé tout au long du cycle par les dénudeurs 3a, 3b et 3c respectifs. Parallèlement, en début de cycle de stockage/mesure et si nécessaire, la vanne six voies 45 des seconds moyens de communication fluidique 11 est pilotés dans une configuration dans laquelle la circulation fluidique est 1 o assurée depuis les tubulures amont 46 jusqu'aux tubulures aval 47. De plus, encore dès le début de cycle de stockage/mesure, la seconde vanne 51a des tubulures amont 46, associée à une première paire de réservoirs de stockage 4a, est pilotée dans une configuration assurant la connexion fluide entre la voie raccordée à la première vanne trois voies 50a 15 associée, et la voie raccordée à la pompe d'aspiration 52 (encore figures 6A et 6B). Les deux autres secondes vannes 51b, 51c des tubulures amont 46 restent quant à elles dans une configuration « passante » (c'est-à-dire que la connexion fluidique n'est pas assurée entre leurs réservoirs de stockage 20 associés et la vanne six voies). Du fait de cette configuration des seconds moyens de communication fluidique 11, le second réservoir 4a2 de la première paire 4a des moyens de stockage 4 est vidangé. Ce réservoir de stockage 4a2 contient une fraction de phase liquide de 25 captage, désignée F4 sur la figure 6, générée au cours de l'étape de stockage du cycle de stockage/mesure précédent. La fraction F4 est en particulier aspirée par la pompe 52 des tubulures amont 46. Elle circule ainsi au travers, de l'amont vers l'aval, (i) de la première vanne 50a des tubulures amont 46, (ii) successivement des 30 secondes vannes 51a, 51b, 51c des tubulures amont 46, (iii) de la pompe 52 des tubulures amont 46, (iv) de la vanne six voies 45 et (v) l'injecteur 56. Cette fraction F4 de phase liquide de captage est divisée au niveau de l'injecteur 56 de sorte que (i) une partie de volume déterminée alimente la cellule d'analyse 6 et (ii) la partie restante de son volume alimente les 35 moyens de pesée 9.
La cellule d'analyse 6 et les moyens de pesée 9 génèrent les données mesurées pour cette fraction F4 de liquide de captage, respectivement conductivité et poids. Ces données sont transmises aux moyens de calcul, pour la mise en oeuvre d'une étape de mesure. Les moyens pour générer le flux d'air 16 transmettent également les données relatives au débit d'air traversant le dénudeur 3a au cours du cycle précédant. A partir de ces données et sur la base des méthodes de calcul précitées, les moyens de calcul déterminent la concentration en ions ammonium dans la fraction F4 correspondante et le débit en phase liquide, intervenant au cours du cycle précédent dans le premier dénudeur 3a. Au cours de ce même cycle de stockage/mesure, une fois ce réservoir de stockage 4a2 vidé et la fraction F4 analysée, les moyens de commande pilotent successivement la seconde vanne 51 b associée à la deuxième paire de réservoirs de stockage 4b, puis la seconde vanne 51c associée à la troisième paire de réservoirs de stockage 4c. On assure ainsi la connexion fluidique successivement dans le temps, via la vanne six voies 45, entre d'une part, leurs seconds réservoirs de stockage 4b2 et 4c2 associés, et d'autre part, la cellule d'analyse 6 et les moyens de pesée 9. Pour piloter cette commande, un capteur conductimétrique (deux électrodes entre lesquelles les solutions circulent) permet de contrôler le passage des différentes solutions liquides (la succession de chacune des solutions des réservoirs) ; et des temps prédéfinis sont prévus pour borner les différents cycles d'analyse. Dans chacune de ces configurations des seconds moyens de communication fluidique 11, les fractions F5 et F6 de phase liquide de captage, contenues respectivement dans les seconds réservoirs de stockage 4b2, 4c2 et issues du cycle de stockage/mesure antérieur, sont acheminées successivement jusqu'à la cellule d'analyse 6 et aux moyens de pesée 9, tel que décrit ci-dessus en relation avec la fraction F4. On obtient ainsi également successivement les données relatives à la deuxième et la troisième fractions F5 et F6, permettant le calcul de la concentration en ions ammonium dans chacune desdits fractions F5 et F6 et du débit en phase liquide, survenus au cours du cycle précédent dans les deuxième et troisième dénudeurs 3b et 3c. On obtient ainsi successivement les données permettant le calcul de la concentration en ions ammonium pour chaque fraction et le calcul du débit en phase liquide, survenus au cours du cycle précédent dans chaque dénudeur 3a, 3b et 3c de l'installation 1. Ainsi, lors du cycle de stockage/mesure, l'installation 1 calcule successivement : (i) la concentration en ions ammonium dans chacune des fractions F4, F5 et 1 o F6 obtenues lors du cycle de stockage/mesure précédent, correspondant à l'ammoniac gazeux piégé par la phase liquide de captage dans chacun des dénudeurs 3a, 3b et 3ç pendant la durée dudit cycle antérieur, et (ii) le débit en phase liquide dans chacun des dénudeurs 3a, 3b et 3c, également au cours du cycle stockage/mesure précédent. 15 Lors du passage à un nouveau cycle de stockage/mesure, et tel qu'illustré par la figure 6D, les moyens de commande pilotent : (i) les vannes 10a3, 10b3 et 10c3 des premiers moyens de communication fluidique 10 dans une position de connexion entre les dénudeurs 3a, 3b et 3c, et les seconds réservoirs de stockage 4a2, 4b2 et 4c2, et 20 (ii) les premières vannes 50a, 50b et 50c des tubulures amont 46 dans une position de connexion entre les premiers réservoirs de stockage 4a1, 4b1 et 4c1, et les secondes vannes 51a, 51 b et 51c des tubulures amont 46. Cette nouvelle configuration des premiers et seconds moyens de communication fluidique 10 et 11 assure un nouveau remplissage de chacun 25 des seconds réservoirs de stockage 4a2, 4b2 et 4c2 vidés au cours du cycle précédent, par de nouvelles fractions de phase liquide de captage désignées respectivement F4, F5 et F6. Les seconds moyens de communication fluidique 11 sont pilotés comme décrits ci-dessus, de sorte à assurer la vidange successive des 30 premiers réservoirs de stockage 4a1, 4b1 et 4c1 remplis au cours du cycle précédent, et l'acheminement successif des fractions F1, F2 et F3 de phase liquide de captage vers la cellule d'analyse 6 et les moyens de pesée 9. On obtient là encore, après traitement des données par les moyens de calcul : (i) la concentration en ions ammonium dans chacune des fractions F1, F2 et F3 obtenues lors du cycle de stockage/mesure précédent, correspondant à l'ammoniac gazeux piégé par la phase liquide de captage dans chacun des dénudeurs 3a, 3b et 3c pendant la durée dudit cycle antérieur, et (ii) le débit en phase liquide dans chacun des dénudeurs 3a, 3b et 3c, également au cours du cycle stockage/mesure précédent. Les vannes des moyens de communication fluidique 10 et 11 sont ainsi pilotées en boucles, de sorte à assurer l'analyse des fractions de phase liquide de captage F1, F2, F3, F4, F5 et F6, successivement, générées par les cycles de stockage/mesure répétées au cours du temps. Par exemple, on peut avantageusement répéter les cycles sur une période de plusieurs jours, jusqu'à épuisement des réserves de liquide. Comme développé dessus, les moyens de calcul peuvent déterminer ensuite par calcul : (i) la concentration en ammoniac gazeux dans la fraction d'air traversant chacun des dénudeurs 3a, 3b et 3c, au cours de chaque cycle de stockage/mesure, et (ii) le flux d'ammoniac gazeux entre les dénudeurs, intervenant entre deux cycles antérieurs.
Par ailleurs, en pratique, la durée de vidange de trois des réservoirs de stockage 4a, 4b et 4c est plus courte que la durée totale du cycle de stockage/mesure. On obtient ainsi une période « intercalaire ». Cette période « intercalaire » peut être mise à profit pour réaliser des étapes d'étalonnage ou de calibrage de la cellule d'analyse 6, au cours de certains de cycles. Pour cela, après vidange des trois réservoirs de stockage, la vanne six voies 45 est manoeuvrée de sorte à connecter successivement les réservoirs d'étalonnage 8a, 8b, 8c et 8d des moyens d'étalonnage 7 avec la cellule d'analyse 6.
La pompe d'aspiration 55 équipant les tubulures aval 47 assurent alors un prélèvement de solution d'étalonnage dans chacun des réservoirs d'étalonnage 8a, 8b, 8c et 8d. Comme évoqué précédemment, les valeurs de conductivité obtenues par la mesure de cette gamme d'étalonnage au sein de la cellule d'analyse 6 permet d'obtenir une courbe d'étalonnage ou de calibration, permettant une corrélation entre la conductivité mesurée et la concentration en ions ammonium, dans chaque fraction F de phase liquide de captage. En pratique, cette calibration de la cellule d'analyse 6 peut être mise en oeuvre (i) soit tous les deux heures environ, (ii) soit chaque quatre cycles.
L'installation selon l'invention va ainsi générer un ensemble d'informations particulièrement utiles pour le suivi de l'ammoniac atmosphérique : (i) la concentration en ammoniac gazeux dans l'air en différents points de l'espace, et son évolution au cours du temps, et (ii) le flux d'ammoniac gazeux entre les différents points de l'espace. De manière générale, l'installation selon l'invention consiste ainsi en un analyseur multipoint de l'ammoniac atmosphérique. La chaîne de mesure analytique de l'ammonium est bien maîtrisée. La résolution de l'analyse d'NH4+ (aujourd'hui 8 pg NH4+.kg-l) et la limite de quantification (aujourd'hui 7 pg NH4+.kg') peuvent être optimisées en ajustant la gamme d'étalonnage. A titre indicatif, des mesures sur une gamme 0-50 et 0-100 pg NH4+ .kg-' donnent respectivement des résolutions de 1 et 2 µg NH4+ kg-1. L'efficacité du piégeage des dénudeurs est proche de 100% ; ils sont ainsi adaptés aux conditions d'utilisation. La résolution théorique pour la mesure d'NH3 dans l'air, estimée à partir de la résolution de l'analyseur d' NH4, est de 2 pg NH3 m-3 avec les débits d'air et de liquide actuels. En combinant une gamme d'étalonnage plus adaptée (par l'utilisation d'une gamme de concentration étalon ajustée aux mesures) et un rapport débit d'air sur débit liquide plus élevé, il est raisonnablement envisageable d'améliorer d'un facteur 10 de cette résolution. La comparaison des concentrations mesurées par l'installation selon l'invention avec celles délivrées par un système d'étalonnage par tube à perméation sur la gamme 40- 200 pg m-3 NH3 donne une régression linéaire de pente 1 et un écart-type inférieur à 3%, ce qui démontre la capacité de l'installation à mesurer avec précision des concentrations d'NH3 dans une large gamme.
Claims (1)
- REVENDICATIONS1. Installation pour la capture en continu d'un analyte REVENDICATIONS1. Installation pour la capture en continu d'un analyte gazeux susceptible d'être contenu dans l'air et pour la mesure de la concentration dudit analyte gazeux dans l'air, ledit analyte gazeux étant soluble dans une phase liquide où il peut être présent sous la forme d'un analyte solubilisé, laquelle installation (1) est caractérisée en ce qu'elle comprend : (a) des moyens (2) pour capter en continu ledit analyte gazeux contenu dans l'air, lesquels moyens de captage (2) comprennent au moins une chambre d'échange (3a', 3b', 3c') qui est équipée : - de moyens (16) pour générer un flux continu dudit air au travers de ladite chambre d'échange (3a', 3b', 3c'), et - de moyens (17) pour générer un flux continu d'une phase liquide au travers de ladite chambre d'échange (3a', 3b', 3c'), ladite phase liquide étant apte à capter la totalité dudit analyte gazeux contenu dans ledit flux d'air, sous la forme d'un analyte solubilisé dans ladite phase liquide, (b) des moyens (4) pour stocker ladite phase liquide, comprenant au moins deux réservoirs de stockage (4a1, 4a2 ; 4b1, 4b2 ; 4c1, 4c2), qui sont destinés à recevoir des fractions (F) de ladite phase liquide collectées successivement dans le temps à partir desdits moyens de captage (2), (c) des moyens (5) pour mesurer la concentration dudit analyte solubilisé dans chacune desdites fractions (F) de phase liquide, (d) des premiers moyens de communication fluidique (10), aptes à générer une circulation continue de ladite phase liquide, après captage dudit analyte gazeux, depuis lesdits moyens de captage (2) jusqu'auxdits moyens de stockage (4), lesquels premiers moyens de communication (10) sont pilotables selon au moins deux configurations alternatives, chaque configuration étant destinée à réaliser une circulation fluidique depuis lesdits moyens de captage (2) jusqu'à l'un des réservoirs de stockage (4a1, 4a2 ; 4b1, 4b2 ; 4c1, 4c2) desdits moyens de stockage (4), (e) des seconds moyens de communication fluidique (11), aptes à générer une circulation de ladite phase liquide depuis les moyens de stockage (4) jusqu'aux moyens de mesure (5), lesquels seconds moyens de communication (11) sont pilotables selon au moins deux configurations alternatives, chaque configuration étant destinée à réaliser une circulationfluidique depuis l'un des réservoirs de stockage (4a1, 4a2 ; 4b1, 4b2 ; 4ç1, 4c2) desdits moyens de stockage (4) jusqu'auxdits moyens de mesure (5), (f) des moyens de commande, assurant le pilotage desdits premiers et seconds moyens de communication (10, 11) pour la réalisation d'une succession de cycles de stockage/mesure, s'écoulant chacun sur un intervalle de temps prédéterminé, de sorte que, lors de chacun desdits cycles : (fi) lesdits premiers moyens de communication (10) et lesdits seconds moyens de communication (11) sont pilotés selon une configuration dans laquelle la circulation fluidique est destinée à être générée depuis lesdits moyens de captage (2) jusqu'à un réservoir de stockage vide (4a1, 4a2 ; 4b1, 4b2 ; 4c1, 4c2) des moyens de stockage (4), pour assurer le remplissage dudit réservoir de stockage vide (4a1, 4a2 ; 4b1, 4b2 ; 4ç1, 4ç2) avec ladite phase liquide collectée à partir desdits moyens de captage (2) au cours dudit cycle, (f2) lesdits seconds moyens de communication (11) sont pilotés selon une configuration dans laquelle la circulation fluidique est destinée à être générée depuis l'un desdits réservoirs de stockage (4a1, 4a2 ; 4b1, 4b2 ; 4c1, 4c2), distinct de celui utilisé par les premiers moyens de communication (10), jusqu'aux moyens de mesure (5), pour assurer, au cours dudit cycle, la vidange de la fraction (F) de ladite phase liquide contenue dans ledit réservoir de stockage (4a1, 4a2 ; 4b1, 4b2 ; 4c1, 4c2) et l'acheminement d'au moins une partie de ladite fraction (F) de phase liquide jusqu'auxdits moyens de mesure (5), et (g) des moyens pour calculer la concentration dudit analyte gazeux dans la fraction dudit flux d'air traversant ladite chambre d'échange (3a', 3b', 3c') au cours de chacun desdits cycles de stockage/mesure, lesdits moyens étant aptes à calculer ladite concentration à partir des concentrations en analyte solubilisé mesurées par les moyens de mesure (5) dans les fractions (F) de ladite phase liquide obtenues au cours desdits cycles successifs respectifs.2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte encore : (h) des moyens (16) pour contrôler et/ou mesurer la valeur du débit d'air traversant la chambre d'échange (3a', 3b', 3c') au cours de chacun des cycles de stockage/mesure, et(i) des moyens (9, 17) pour contrôler et/ou mesurer la valeur du débit de phase liquide traversant ladite chambre d'échange (3a', 3b', 3c') au cours de chacun desdits cycles.3.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens pour calculer la concentration en analyte gazeux dans la fraction d'air traversant ladite chambre d'échange (3a', 3b', 3c') au cours de chacun desdits cycles sont aptes à calculer ladite concentration à partir également de ladite valeur de débit d'air et de ladite valeur de débit de liquide mesurées au cours desdits cycles respectifs.4.- Installation selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens (16) pour contrôler et/ou mesurer le débit d'air comprennent des moyens (16a) pour créer un débit d'aspiration d'air au travers de la chambre d'échange, associés à des moyens pour mesurer le débit massique dudit air (16b).5.- Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les moyens (9) pour contrôler et/ou mesurer le débit de phase liquide comprennent des moyens pour assurer une pesée, et en ce que les seconds moyens de communication (11) sont aptes à générer une circulation de ladite phase liquide issue de la vidange d'un réservoir de stockage (4a1, 4a2 ; 4b1, 4b2 ; 4c1, 4c2) également jusqu'auxdits moyens de pesée (9), et en ce que les moyens de commande pilotent lesdits seconds moyens de communication (11), lors de chaque cycle de stockage/mesure, selon une configuration dans laquelle la circulation fluidique est destinée à être générée également jusqu'auxdits moyens de pesée (9), pour mesurer le poids des fractions (F) successives de phase liquide.6.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de commande sont adaptés de sorte que chaque configuration des premiers moyens de circulation (10), correspondant à l'intervalle de temps prédéterminé d'un cycle de stockage/mesure, est maintenue pendant une durée d'au maximum 30 minutes.7.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la phase liquide consiste en une solution acide apte à capter l'ammoniac gazeux contenu dans le flux d'air, sous la forme d'ions ammonium, et en ce que les moyens de mesure (5) comprennent desmoyens (6) pour déterminer la concentration en ions ammonium captés dans ladite phase liquide.8.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens (5) pour mesurer la concentration en analyte solubilisé dans les fractions de la phase liquide comprennent : (cl) des moyens (6) pour mesurer, dans chacune desdites fractions (F) de phase liquide, un paramètre physique quantitatif dont la valeur est corrélée avec la valeur de la concentration en analyte dans lesdites fractions (F) respectives, (c2) des moyens (7) pour étalonner lesdits moyens de mesure de paramètre physique quantitatif (6), et (c3) des moyens pour calculer la valeur de concentrations en analyte dans lesdites fractions (F) respectives, tenant compte desdites valeurs de paramètre physique quantitatif mesuré et des valeurs issues des moyens d'étalonnage (7).9.- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens (6) pour mesurer le paramètre physique quantitatif dans les fractions de la phase liquide, comprennent : - d'une part, une membrane semi-perméable (37), autorisant le passage sélectif de l'analyte gazeux capté dans la phase liquide, et - d'autre part, des moyens (38) de mesure par conductimétrie dans une solution de réception, contenant l'analyte solubilisé ayant traversé ladite membrane semi-perméable (37).10.- Installation selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que les moyens d'étalonnage (7) comprennent une pluralité de réservoirs d'étalonnage (8) contenant chacun une phase liquide d'étalonnage présentant une concentration déterminée de l'analyte solubilisé, en ce que les seconds moyens de communication (11) sont aptes à générer également une circulation desdits phases liquides d'étalonnage depuis lesdits réservoirs d'étalonnage (8) jusqu'auxdits moyens de mesure du paramètre physique quantitatif (6), et en ce que, lors de certains au moins des cycles de stockage/mesure, les moyens de commande pilotent lesdits seconds moyens de communication (11) selon une série de configurations d'étalonnage dans lesquelles la circulation fluidique de chacune desdits phases liquides d'étalonnage est destinée à être réalisée successivementdepuis l'un desdits réservoirs d'étalonnage (8) jusqu'aux moyens de mesure du paramètre physique quantitatif (6).11.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux chambres d'échange (3a', 3b', 3c'), et de préférence entre 3 et 6 chambres d'échange (3a', 3b', 3c'), avantageusement réparties selon des hauteurs distinctes par rapport au sol, pour réaliser des mesures de flux dudit analyte gazeux dans l'air, et en ce que les moyens de calcul comportent des moyens pour calculer le flux dudit analyte gazeux dans l'air entre lesdits chambres d'échange (3a', 3b', 3c') entre deux cycles de stockage/mesure.12.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la chambre d'échange (3a', 3b', 3ç') des moyens de captage (2) est délimitée par une surface intérieure (23) de section annulaire comportant un axe (3a", 3b", 3c") orienté verticalement, et laquelle chambre d'échange (3a', 3b', 3c') comporte deux paires de conduits débouchants : - deux conduits d'extrémité, l'un inférieur (28) et l'autre supérieur (29), agencés coaxialement par rapport à l'axe (3a", 3b", 3c") de ladite chambre d'échange, pour former respectivement les conduits d'entrée et de sortie du flux d'air, - deux conduits latéraux, l'un inférieur (30) et l'autre supérieur (31), formant un angle avec l'axe (3a", 3b", 3c") de ladite chambre d'échange (3a', 3b', 3c'), pour former respectivement les conduits de sortie et d'entrée du flux de phase liquide, laquelle phase liquide est destinée à cheminer en continu sur toute ladite surface intérieure (23), lequel flux d'air est destiné à cheminer en contrecourant au sein dudit flux de phase liquide.13.- Procédé pour la mesure de la concentration d'un analyte gazeux susceptible d'être contenu dans l'air, ledit analyte gazeux étant soluble dans une phase liquide où il peut être présent sous la forme d'un analyte solubilisé, caractérisé en ce qu'il comprend : (a) une étape de captage continu dudit analyte gazeux dans un flux continu d'une phase liquide cheminant par rapport à un flux d'air, ladite phase liquide étant apte à capter la totalité dudit analyte gazeux contenu dans ledit flux d'air, sous la forme d'un analyte solubilisé dans ladite phase liquide,(b) une succession de cycle de stockage/mesure, chacun desdits cycles comprenant : - une étape de stockage du flux de phase liquide généré par l'étape de captage continu (a), pour constituer une fraction (F) de phase liquide de captage contenant l'analyte solubilisé et piégé tout au long dudit cycle, - une étape de mesure de la valeur de la concentration dudit analyte solubilisé dans une fraction (F) de phase liquide issue d'une étape de stockage d'un cycle précédent, et (c) une étape de calcul de la valeur de la concentration dudit analyte gazeux dans la fraction dudit flux d'air au cours de chacun desdits cycles stockage/mesure, à partir des concentrations en analyte solubilisé mesurées dans les fractions (F) de ladite phase liquide obtenues au cours de l'étape de mesure desdits cycles respectifs.14.- Procédé selon la revendication 13, au moyen d'une installation telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend : (a) une étape de captage continu dudit analyte gazeux dans le flux de phase liquide, par le biais des moyens de captage (2), (b) une succession de cycle de stockage/mesure, parallèlement à l'étape de captage continu (a), chaque cycle de stockage/mesure comprenant les étapes suivantes : (b1) une étape de remplissage d'un réservoir de stockage vide (4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 4ç1, 4c2) desdits moyens de stockage (4) avec ladite phase liquide collectée à partir desdits moyens de captage (2), 4b1, 4b2, (b2) une étape de vidange d'un réservoir de stockage (4a1, 4a2, 4ç1, 4c2), distinct du réservoir de stockage (4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 4ç1, 4c2) utilisé à l'étape (b1) et rempli par une fraction (F) de ladite phase liquide au cours de l'étape (b1) d'un cycle précédent, ladite étape (b2) consistant en une vidange de ladite fraction (F) de phase liquide contenue dans ledit réservoir de stockage (4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 4ç1, 4c2) et l'acheminement d'au moins une partie de ladite fraction (F) de phase liquide jusqu'aux moyens de mesure (5), (b3) une étape de mesure de la valeur de la concentration dudit analyte solubilisé dans ladite partie de fraction (F) de phase liquide acheminéejusqu'auxdits moyens de mesure (5) par ladite étape de vidange (b2) préalable, et (c) une étape de calcul de la valeur de la concentration dudit analyte gazeux dans la fraction dudit flux d'air traversant ladite chambre d'échange au cours de chacun desdits cycles stockage/mesure (b), à partir de la succession de valeurs de concentration en analyte solubilisé mesurées dans les fractions (F) successives de ladite phase liquide au cours de l'étape (b3) desdits cycles respectifs.15.- Procédé selon la revendication 14, pour une installation 1 o comportant des moyens de contrôle et/ou de mesure (9, 16, 17) définis selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque cycle de stockage/mesure (b) comporte encore : (b4) une étape de contrôle et/ou mesure de la valeur du débit d'air traversant la chambre d'échange (3a', 3b', 3c') au cours dudit cycle, et 15 (b5) une étape de contrôle et/ou mesure de la valeur du débit de phase liquide traversant ladite chambre d'échange (3a', 3b', 3c') au cours dudit cycle, et en ce que l'étape de calcul (c) au cours de chacun desdits cycles stockage/mesure, tient compte également de ladite valeur de débit d'air et de 20 ladite valeur de débit de liquide mesurées au cours desdits cycles (b) respectifs.16.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, pour une installation comportant des moyens d'étalonnage (7) définis dans la revendication 8, caractérisé en ce que certains des cycles de 25 stockage/mesure, espacés d'un nombre déterminé de cycles de stockage/mesure, comportent encore une étape supplémentaire (b6) consistant à réaliser l'analyse desdites phases liquides d'étalonnage par les moyens de mesure (5).17.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, pour 30 une installation comportant au moins deux chambres d'échange (3a', 3b', 3c') connectées chacune à deux réservoirs de stockage (4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 4c1, 4c2), caractérisé en ce que l'étape de vidange (b2) des cycles est réalisée successivement sur un premier réservoir de stockage (4a1, 4b1, 4c1) de chacune desdits chambres (3a', 3b', 3c') puis un second réservoir de 35 stockage (4a2, 4b2, 4c2) de chacune des chambres (3a', 3b', 3c'), selon uneboucle qui se répète, et en ce que l'étape de remplissage (b1) d'un cycle de stockage/mesure est réalisée au niveau du réservoir de stockage (4a1, 4a2, 4b1, 4b2, 4ç1, 4c2) vidangé lors du cycle précédent.18.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, pour une installation comportant au moins deux chambres d'échange (3a', 3b', 3c'), caractérisé en ce qu'il comprend, suite à l'étape de calcul de la valeur de la concentration dudit analyte gazeux dans l'air, constituant une première étape de calcul (c), une seconde étape de calcul (d) pour déterminer la valeur du flux de l'analyte gazeux dans l'air entre lesdites chambres (3a', 3b', i o 3c') entre deux cycles stockage/mesure (b), à partir de la succession de valeurs de concentration en analyte dans l'air calculées au cours de ladite première étape de calcul (c).
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| FR2961906A1 true FR2961906A1 (fr) | 2011-12-30 |
Family
ID=43531016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1055253A Pending FR2961906A1 (fr) | 2010-06-29 | 2010-06-29 | Installation pour la capture en continu d'un analyte gazeux susceptible d'etre contenu dans l'air, et pour la mesure en ligne de la concentration dudit analyte gazeux dans l'air |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2961906A1 (fr) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5723093A (en) * | 1994-07-19 | 1998-03-03 | Commissariat A L'energie Atomique | Apparatus for the continuous sampling and analysis of a liquid effluent |
| US6033459A (en) * | 1997-07-15 | 2000-03-07 | Nec Corporation | Gas collection apparatus, gas analyzing apparatus using the same and gas analyzing method |
-
2010
- 2010-06-29 FR FR1055253A patent/FR2961906A1/fr active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5723093A (en) * | 1994-07-19 | 1998-03-03 | Commissariat A L'energie Atomique | Apparatus for the continuous sampling and analysis of a liquid effluent |
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
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| THOMAS ET AL: "An Automated Analyzer to Measure Surface-Atmosphere Exchange Fluxes of Water Soluble Inorganic Aerosol Compounds and Reactive Trace Gases", ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. EASTON, PA, US, vol. 43, no. 5, 1 January 2009 (2009-01-01), pages 1412 - 1418, XP007917132, ISSN: 0013-936X, [retrieved on 20090130], DOI: DOI:10.1021/ES8019403 * |
| WYERS G P ET AL: "A continuous-flow denuder for the measurement of ambient concentrations and surface-exchange fluxes of ammonia", ATMOSPHERIC ENVIRONMENT. PART A. GENERAL TOPICS, ELSEVIER, vol. 27, no. 13, 1 September 1993 (1993-09-01), pages 2085 - 2090, XP007917131, ISSN: 0960-1686, [retrieved on 20030403], DOI: DOI:10.1016/0960-1686(93)90280-C * |
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