Méthode de référence : mesure des rejets de particules de sources fixes : méthode C

Méthode C : Détermination de la masse molaire par analyse des gaz

• 3.1 Principe
• 3.2 Appareillage
• 3.3 Mode opératoire
• 3.4 Analyse
• 3.5 Calculs
• 3.6 Nomenclature

3.1 Principe

Un échantillon intégré ou instantané est prélevé en un point précis du courant gazeux. On en analyse ensuite la composition au moyen d'un analyseur d'Orsat, d'un chromatographe en phase gazeuse ou d'analyseurs en continu étalonnés.

3.2 Appareillage

3.2.1 Ligne de prélèvement d'échantillons intégrés

Les appareils suivants sont nécessaires :

Sonde et filtre

Sonde d'acier inoxydable, de Pyrex ou d'un autre matériau résistant à la corrosion, utilisée pour extraire l'échantillon de la cheminée ou du conduit visé. Un filtre sert à retenir les particules présentes dans l'échantillon gazeux.

Réfrigérant et séparateur d'eau

Réfrigérant et séparateur d'eau, ou impacteurs, employés pour séparer et recueillir l'humidité contenue dans l'échantillon gazeux.

Robinet de réglage

Robinet permettant de régler le débit des gaz dans la ligne de prélèvement.

Pompe

Pompe étanche servant à aspirer les gaz dans la ligne de prélèvement.

Rotamètre

Rotamètre ou débitmètre équivalent, utilisé pour mesurer le débit des gaz dans la ligne de prélèvement, jusqu'à concurrence de 2 L/min.

Sac à échantillon

Sac d'un matériau non réactif comme le Tedlar ou le Teflon, d'une capacité totale de 1 L/min pour la durée prévue de prélèvement, pour recevoir l'échantillon.

Tube de Pitot de type S et manomètre différentiel

Tube de Pitot de type S étalonné et manomètre différentiel, tel qu'un manomètre à tube incliné, pour mesurer la vitesse des gaz durant le prélèvement.

3.2.2 Ligne de prélèvement d'échantillons instantanés

Les appareils suivants sont nécessaires :

Sonde et filtre

Cf. 3.2.1.

Pompe

Poire à clapet antiretour, employée pour soutirer un échantillon de la cheminée ou du conduit visé.

Analyseur

Analyseur d'Orsat, chromatographe en phase gazeuse ou analyseurs de gaz en continu, servant à analyser les principaux constituants de l'échantillon gazeux. L'appareil doit être conçu pour mesurer au moins le dioxyde de carbone (CO ₂), l'oxygène (O ₂) et, par soustraction, l'azote (N ₂). Si un autre gaz peut influer sur la masse molaire de l'échantillon gazeux dans une proportion supérieure à 2 %, il faut en mesurer la concentration et en tenir compte dans les calculs.

3.3 Mode opératoire

3.3.1 Prélèvement d'échantillons intégrés

Vérifier l'étanchéité du sac en le raccordant à un manomètre à eau et en l'amenant à une pression de 5 à 10 cm d'eau. Laisser reposer 10 min. Réparer ou remplacer le sac si la pression indiquée par le manomètre a baissé pendant cette période.

Avec la pompe, évacuer l'air du sac d'échantillonnage, puis monter le matériel comme le représente la figure C-1, en ne raccordant pas le sac. S'assurer que tous les raccords sont étanches. Mettre en place la sonde d'échantillonnage dans la cheminée ou le conduit visé et laisser la sonde et le filtre, s'il y en a un, se réchauffer durant au moins 5 min, jusqu'à ce qu'ils atteignent la température de la cheminée. Mettre en marche la pompe de prélèvement et régler le débit à environ 1 L/min durant 2 min pour purger le système avec les gaz de cheminée. Fermer la pompe et raccorder le sac, comme le montre la figure C-1.

Figure C-1: Ligne de prélèvement d'échantillons intégrés

Remettre la pompe en marche et régler le débit de prélèvement à une valeur permettant de recueillir un échantillon suffisant sans toutefois remplir le sac à surcapacité ou le faire éclater. Durant toute la durée de l'échantillonnage, on doit modifier au besoin le débit de prélèvement (q), au moyen du robinet de réglage, pour qu'il demeure proportionnel à la vitesse des gaz de cheminée (U). On calcule ce débit au moyen de l'équation C-1 (cf. 3.6 pour la nomenclature)

Une fois l'échantillonnage terminé, arrêter la pompe, fermer hermétiquement et démonter le sac d'échantillonnage, puis analyser son contenu suivant le mode opératoire exposé à la sous-section 3.4.

3.3.2 Prélèvement d'échantillons instantanés

Le mode opératoire qui suit permet d'effectuer une analyse de la composition des gaz de cheminée moins approfondie que celle qu'autorise le mode opératoire énoncé à la division 3.3.1; on ne devrait y faire appel que lorsqu'il est impossible de faire autrement.

Réaliser le montage représenté à la figure C-2, sans toutefois raccorder le ou les analyseurs. S'assurer que tous les raccords sont étanches. Mettre en place la sonde dans le conduit ou la cheminée et purger le système en y faisant passer des gaz de cheminée au moyen de la poire, durant au moins 1 min. Raccorder le ou les analyseurs du côté de refoulement de la poire. Fournir la quantité de gaz requise aux analyseurs et maintenir le débit dans la ligne de prélèvement selon les recommandations du fabricant.

Figure C-2: Ligne de prélèvement d'échantillons instantanés

3.3.3 Surveillance continue de la source

On peut employer un système de surveillance continue (en temps réel) de la source pour mesurer la concentration des principaux constituants des rejets gazeux. Ce type de surveillance fait le plus souvent partie d'un programme d'essai plus vaste. Le montage et l'utilisation d'un système de ce genre déborde le cadre du présent document; en conséquence, nous n'en traiterons pas en détail. Si l'on utilise les données produites par un tel système, celui-ci doit être étalonné au moyen de gaz de référence éprouvés. On doit fournir un tableau des gaz d'étalonnage et les modes opératoires employés pour étalonner le système et pour le faire fonctionner, ainsi qu'un schéma du système.

3.4 Analyse

Suivre le mode d'emploi du fabricant de l'appareillage d'analyse utilisé.

Avant d'analyser les gaz de cheminée, étalonner l'appareillage en se servant de bouteilles de gaz de référence éprouvés, pour s'assurer que tout fonctionne bien.

Consigner les données d'étalonnage avec les concentrations des divers constituants des gaz.

Lorsqu'on prélève des échantillons intégrés, on détermine la concentration des constituants immédiatement après l'échantillonnage. II faut reprendre l'analyse des gaz prélevés dans le sac jusqu'à ce que les concentrations obtenues varient d'au plus 0,25 % (V/V) pour chaque constituant.

Lorsqu'on prélève des échantillons instantanés, on effectue une série d'analyses durant l'essai, à des intervalles réguliers ne devant pas dépasser 10 min.

3.5 Calculs

Masse molaire à l'état sec

Calculer la masse molaire de l'échantillon, à l'état sec, au moyen de l'équation C-2 :

L'équation C-2 suppose que les constituants des gaz de cheminée mesurés sont le dioxyde de carbone (CO₂), l'azote (N₂) et l'oxygène (O₂). Pour les sources où l'on mesure des concentrations d'autres constituants, il faut modifier l'équation en y ajoutant des termes supplémentaires, comme le montre l'équation C-3 :

Masse molaire à l'état humide

Pour calculer la masse molaire des gaz à l'état humide, il faut connaître leur masse molaire à l'état sec (M_s), calculée au moyen de l'équation C-2 ou de l'équation C-3, et leur teneur en humidité (φ_H2O), déterminée au moyen de la méthode D.

3.6 Nomenclature

k

Constante de proportionnalité, (L/min)(s/m)

M_g

Masse molaire des gaz de cheminée à l'état humide, en kg/kmol

M_H2O

Masse molaire de l'eau: 18 kg/kmol

M_s

Masse molaire des gaz de cheminée à l'état sec, en kg/kmol

M_g

Masse molaire du constituant x, en kg/kmol

q

Débit de prélèvement indiqué par le rotamètre, en L/min

U

Vitesse des gaz de cheminée à chaque point de prélèvement, en m/s

φ_H2O

Fraction volumique de la vapeur d'eau dans les gaz de cheminée, sans dimension

% CO₂

Concentration de dioxyde de carbone à l'état sec, en pourcentage du volume total des gaz de cheminée

% N₂

Concentration d'azote à l'état sec, par soustraction, en pourcentage du volume total des gaz de cheminée

% O₂

Concentration d'oxygène à l'état sec, en pourcentage du volume total des gaz de cheminée

% x

Concentration du constituant x à l'état sec, en pourcentage du volume total des gaz de cheminée

Figure C-3: Masse molaire - Fiche de données