Capteur de dioxyde de carbone

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Mesureur de concentration de CO2 utilisant un capteur infrarouge non dispersif.
Capteur chimique / optique, transformation en lumière fluorescente (LED organique) à faible consommation d'énergie électrique pour mesurer la composition de l'atmosphère ambiante.
Appareil de mesure de la capacité respiratoire du patient en milieu médical de soins intensifs, années 1960-70, en Allemagne (DDR).

Un capteur de dioxyde de carbone ou capteur de CO2 est un instrument de mesure du gaz carbonique. Les principes les plus courants pour les capteurs de CO2 sont les capteurs de gaz infrarouges (capteur infrarouge non dispersif) et les capteurs de gaz chimiques. La mesure du CO2 est importante pour surveiller la qualité de l'air intérieur de locaux recevant du public et pour la surveillance du personnel traitant de nombreux processus industriels[1].

Cet élément fait partie des dispositifs qui contrôlent que l'air est « respirable », sans risque d'asphyxie[2].

Capteurs de CO2 infrarouges non dispersifs[modifier | modifier le code]

Les capteurs infrarouge non dispersifs sont des capteurs spectroscopiques permettant de détecter le CO2 dans un environnement gazeux par sa caractéristique d'absorption. Les composants clés sont une source infrarouge, un tube lumineux, un filtre d'interférence (longueur d'onde) et un détecteur infrarouge. Le gaz est pompé ou diffuse dans le tube lumineux, et l'électronique mesure l'absorption de la longueur d'onde caractéristique de la lumière. Ces capteurs sont le plus souvent utilisés pour mesurer le dioxyde de carbone[3]. Les meilleurs d'entre eux ont des sensibilités de 20 à 50 ppm[3].

Les capteurs de CO2 sont également utilisés pour le CO2 dissous pour des applications telles que la carbonatation des boissons, la fermentation pharmaceutique et les applications de séquestration du dioxyde de carbone. Dans ce cas, ils sont couplés à une optique ATR (réflexion totale atténuée) et mesurent le gaz in situ. Les nouveaux développements incluent l'utilisation de sources infrarouges ou fluorescentes de systèmes microélectromécaniques pour réduire les coûts de ce capteur et pour créer des dispositifs plus petits (par exemple pour une utilisation dans des applications de climatisation)[4].

Capteurs photoacoustiques[modifier | modifier le code]

Le CO2 peut être mesuré par spectroscopie photoacoustique. La concentration en CO2 peut être déterminée en soumettant un échantillon à des impulsions d'énergie électromagnétique (comme celle d'un laser à rétroaction répartie) qui est spécifiquement accordée à la longueur d'onde d'absorption du CO2. Chaque impulsion d'énergie est absorbée par les molécules de CO2 de l'échantillon qui génèrent des ondes de pression par effet photoacoustique. Ces ondes de pression sont ensuite détectées avec un détecteur acoustique et converties en un signal utilisable par un ordinateur ou un microprocesseur[5].

Capteurs chimiques[modifier | modifier le code]

Les capteurs chimiques de CO2 à couches sensibles à base de polymère ou d'hétéro polysiloxane présentent l'avantage principal de nécessiter une très faible consommation d'énergie, et d'être de taille suffisamment réduite pour s'intégrer dans des systèmes de microélectronique. En revanche, les effets de dérive à court et à long terme, ainsi qu'une durée de vie globale plutôt faible, sont des obstacles majeurs par rapport au principe de mesure NDIR[6]. La plupart des capteurs de CO2 sont entièrement calibrés avant l'expédition par l'usine. Au fil du temps, le point zéro du capteur doit être recalibré pour utiliser à long terme ce capteur[7].

Capteur de CO2 estimé[modifier | modifier le code]

Des capteurs pour ces substances peuvent être fabriqués à l'aide de la technologie MEMS semi-conducteur à oxyde métallique (CMOS) bon marché (environ vingt dollars). La mesure du CO2 qu'ils fournissent est appelée « CO2 estimé (eCO2) »[8], ou « équivalent CO2 (CO2 eq) »[9]. Bien que les mesures obtenues par ces capteurs soient assez satisfaisantes sur le long terme, l'introduction de sources de COV ou de CO2 ne provenant pas de la respiration, telles que l'épluchage de fruits ou l'utilisation de parfum, les rendent non fiables en court terme.

Applications[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ Anses, « Valeurs Guides de qualité d’Air Intérieur (VGAI) », (consulté le ).
  2. ↑ Carsat, « Adduction d'air - Comment produire de l’air de qualité respirable ? », Lyon, (consulté le ) (asphyxie précédée généralement de maux de tête, sensations de fatigue et vomissements) Dioxyde de carbone (CO2) : teneur maxi 500 ml/m3 (500 ppm).
  3. ↑ a et b Th. Lang, H.-D. Wiemhöfer et W. Göpel, « Carbonate Based CO2 Sensors with High Performance », Conf. Proc. Eurosensors IX, Stockholm (S) (1995) ; Sensors and Actuators B, 34, 1996, 383–387.
  4. ↑ (en) T.A. Vincent et J.W. Gardner, « A low cost MEMS based NDIR system for the monitoring of carbon dioxide in breath analysis at ppm levels », Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 236,‎ , p. 954–964 (DOI 10.1016/j.snb.2016.04.016, lire en ligne).
  5. ↑ (en) Infineon Technologies AG, « CO2 Sensors », sur infineon.com (consulté le ).
  6. ↑ R. Zhou, S. Vaihinger, K.E. Geckeler et W. Göpel, « Reliable CO2 Sensors Based with Silicon-based Polymers on Quartz Microbalance Transducers », Conf. Proc. Eurosensors VII, Budapest (H) (1993) ; Sensors and Actuators B, 18–19, 1994, 415–420.
  7. ↑ (en) « CO2 Auto-Calibration Guide » [archive du ] (consulté le ).
  8. ↑ (en) D. Rüffer, F. Hoehne et J. Bühler, « New Digital Metal-Oxide (MOx) Sensor Platform », Sensors, Bâle (Suisse), vol. 18, no 4,‎ , p. 1052 (PMID 29614746, PMCID 5948493, DOI 10.3390/s18041052, Bibcode 2018Senso..18.1052.).
  9. ↑ (en) « MOS gas sensor technology for demand controlled ventilation », Proceedings of the 4th International Symposium on Building and Ductwork Air Tightness and 30th AIVC Conference on Trends in High Performance Buildings and the Role of Ventilation, Berlin,‎ (lire en ligne).
  10. ↑ I.B. Arief-Ang, M. Hamilton et F. Salim, « RUP: Large Room Utilisation Prediction with carbon dioxide sensor », Pervasive and Mobile Computing, vol. 46,‎ , p. 49–72 (ISSN 1873-1589, DOI 10.1016/j.pmcj.2018.03.001).
  11. ↑ I.B. Arief-Ang, F.D. Salim et M. Hamilton, Data Mining, Springer, Singapour, , 125–143 p. (ISBN 978-981-13-0291-6, DOI 10.1007/978-981-13-0292-3_8).
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