A u cours des dernières décennies, la prise de conscience du potentiel d'émission des Composés organiques volatils (COV) dans les procédés de combustion et/ou utilisant des solvants a considérablement grandi, et des initiatives importantes ont été prises pour réduire l'usage de solvants et contrôler les émissions. Leur réduction repose sur la surveillance, étape essentielle pour développer de meilleures installations de combustion, vérifier la conformité et s'assurer du bon fonc-tionnement des procédés et des équipements mis en œuvre pour l'abaissement des émissions. À l'avenir, si les efforts de réduction atteignent leurs objectifs, il est probable que les limites d'émissions continueront de diminuer et que les exigences en matière de sur-veillance augmenteront.

En règle générale, les COV sont des composés nocifs pour la santé et l'environnement. Ils nécessitent donc une surveillance précise et fiable. Il faut cependant d'abord distinguer deux principaux domaines d'utilisation, à savoir en intérieur et en extérieur, parce que la définition des COV est différente selon le type d'applications. Dans le premier cas, les COV sont des composés chimiques organiques, qui s'évaporent dans des conditions normales de température et de pression à l'intérieur. Certains produits chimiques organiques sont toutefois nocifs pour la peau – ils sont en fait absorbés par cette dernière – et la volatilité des COV permet leur inhalation, ce qui provoque une grande variété d'effets néfastes sur la santé, de la simple irritation jusqu'à la mort.

Dans un environnement extérieur, la principale préoccupation liée aux COV est leur rôle dans la formation de l'ozone, un constituant du smog photochimique. Au niveau du sol, l'ozone est en effet généré lorsque les COV réagissent avec des sources de molécules d'oxygène, telles que les oxydes de nitrates (NOx) et le monoxyde de carbone (CO) présent dans l'atmosphère, en présence de la lumière du soleil. L'ozone peut être nocif pour la santé, en particulier chez les enfants, les personnes âgées et toutes les personnes atteintes de problèmes cardiovasculaires, comme l'asthme ou la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). L'ozone troposphérique peut également avoir des effets néfastes sur la végétation et les écosystèmes sensibles. En environnement extérieur, les COV sont généralement définis comme tous les composés organiques émis par des processus non naturels et ayant un potentiel de création photochimique en ozone. Cela correspondant généralement à un composé organique libéré dans l'atmosphère par l'usine ou le procédé d'un exploitant, en excluant les rejets d'origine naturelle provenant des alentours de l'installation et du méthane (CH4 ).

Différencier les COV issus du méthane des autres

Dans la plupart des pays, les émissions de procédés réglementés pouvant générer des COV sont permises avec l'autorisation d'inclure une limite d'émission pour le Carbone organique total (COT). La méthode de référence standard pour la mesure du COT est un détecteur à ionisation de flamme ( Flame Ionisation Detector ou FID). Dans les cas où le risque d'une émission de COV particulièrement toxiques est élevé, l'autorisation du site peut inclure une exigence relative à la surveillance de chaque composé organique. Cela signifie qu'une technologie de surveillance capable de réaliser une spéciation serait nécessaire. Une alternative serait de pouvoir faire la distinction entre les COV issus du méthane (Hydrocarbures totaux ou HCT) et ceux ne provenant pas du méthane (Hydrocarbures non-méthaniques ou HCNM).

Ces dernières décennies, la réduction des émissions des COV dans les procédés de combustion et utilisant des solvants repose sur leur surveillance, étape essentielle pour développer de meilleures installations de combustion, vérifier la conformité et s'assurer du bon fonctionnement des procédés et équipements mis en œuvre pour l'abaissement des émissions.

En plus de la conformité réglementaire, il existe une foultitude d'autres raisons pour surveiller les émissions de COV. La surveillance est par exemple souvent utilisée pour mesurer et vérifier l'efficacité des installations d'abattement, ou encore elle peut aider à optimiser les flux de procédés et à identifier les possibilités de réduction des solvants, ce qui permet de réduire les coûts, d'améliorer les performances environnementales et de réduire les risques pour les personnels. Dans ce cas précis, la surveillance constitue alors un élément essentiel d'un programme de gestion des solvants. Certains FID sont capables de mesurer les COV issus du méthane et ceux ne provenant pas du méthane, ce qui constitue un avantage indéniable, car le CH4 contribue d'une manière importante aux gaz à effet de serre. Rappelons que, ces dernières années, les émissions de gaz à effet de serre ont augmenté, malgré les efforts internationaux visant à les réduire.

Comme son nom l'indique, un détecteur à ionisation de flamme mesure la concentration des ions générés par les hydrocarbures contenus dans un échantillon et brûlés dans une flamme. De l'hydrogène ou un mélange hydro-gène/hélium est utilisé comme comburant pour brûler la flamme dans de l'air de combustion exempt d'hydrocarbures. Un champ électrique est généré par une tension de polarisation entre deux électrodes, et les ions obtenus par le résultat de la combustion représentent une charge directement proportionnelle à la quantité d'atomes de carbone dérivés des composés organiques de l'échantillon. À l'échelle mondiale, il existe un nombre important de détecteurs de COV portables pour les émissions fugitives, la plupart utilisant un détecteur àphoto-ionisa-tion (Photoionization Detector ou PID). Cette technique ne convient toutefois pas à la surveillance des émissions de COT, en raison de l'énorme variation du facteur de réponse entre les différents COV. Il est également intéressant de mentionner le développement de capteurs avancés par un nombre très restreint de sociétés, dont le britannique Signal Group.

À l'instar de certains FID, l'analyseur de gaz Solar FID de la nouvelle série IV de Signal Group utilise un double détecteur, pour la surveillance en temps réel des Hydrocarbures totaux (HCT), des Hydrocarbures non-méthaniques (HCNM) et du méthane (CH4 ). La reproductibilité est notamment assurée par l'utilisation d'un détecteur en céramique et d'un monobloc unique.

Surveiller en amont et en aval de l'abattement

À l'image de la nouvelle série IV d'analyseurs FID, qui sont désormais notamment dotés d'une connectivité à distance ( voir encadré ci-dessous ),le britannique fait constamment évoluer ses analyseurs pour atteindre de nouveaux niveaux de performances et pour les rendre plus fiables et plus faciles à utiliser.Avec cette connectivité à distance, les utilisateurs – et, le cas échéant, les ingénieurs de maintenance de Signal Group – sont alors en mesure de surveiller à distance l'état des analyseurs, de sorte que les interventions de maintenance peuvent être planifiées en fonction des besoins plutôt qu'en fonction d'un planning. Il est alors possible de réduire le coût de possession et les temps d'arrêt potentiels.

Certains des derniers FID du britan-nique utilisent des détecteurs doubles, pour la surveillance en temps réel des COV issus du méthane et des COV ne provenant pas du méthane, ainsi que du COT. La reproductibilité des FID de Signal Group – que ce soit entre mesures et entre analyseurs – est assurée par l'utilisation d'un détecteur en céramique et d'un monobloc unique et usiné avec précision, garantissant une géométrie de la cellule de test toujours exactement la même. Les débits d'échantillon et de gaz sont également ajustés automatiquement pour optimiser les performances de l'analyseur.

La plateforme de la série IV intègre par ailleurs des relais que l'utilisateur peut facilement configurer pour contrôler des vannes d'étalonnage à l'extrémité d'une ligne chauffée. L'utilisateur peut ainsi facilement choisir entre un étalonnage local ou à distance. Ces relais peuvent également être mis en œuvre pour réaliser des commandes externes, l'analyseur étant ainsi capable d'ouvrir et de fermer des vannes de conduite d'échantillonnage. Un seul instrument peut donc être mis en œuvre pour surveiller en amont et en aval de l'abattement des polluants, quelle que soit l'étendue de mesure.

D'une manière générale, la surveillance des émissions de COV peut être divisée en cinq catégories: la conformité aux autorisations, l'abattement des émissions, la surveillance et le contrôle des procédés, les émissions fugitives et, enfin, la recherche et développement (R&D). En complément des réglementations limitant l'utilisation de solvants dans des produits tels que les peintures, les revêtements, les adhésifs, les aérosols, les produits chimiques de nettoyage et les encres, il existe également des réglementations fixant des limites d'émissions pour les procédés industriels (revêtement, impression, nettoyage, dégraissage et une grande variété de procédés de combustion).

Ce type de surveillance dépend d'un certain nombre de facteurs. Il y a déjà celui concernant le pays en question,car les réglementations diffèrent d'une région géographique à l'autre, voire d'un pays à l'autre. Les instances régulatrices locales peuvent également imposer des conditions spécifiques à certains procédés. Cependant, un exploitant peut choisir un système de surveillance plus rigoureux, afin de réduire les risques et d'améliorer les performances environnementales, ou encore si le procédé en question fait partie d'un groupe plus large avec des normes environnementales qui s'appliquent à tous les sites, quel que soit leur localisation.

Mieux comprendre le procédé lui-même

Dans certains cas, une surveillance continue doit être requise, mais, en règle générale, en particulier dans les procédés plus petits, une simple surveillance occasionnelle est autorisée. Un FID chauffé portable, à l'instar du 3010 MiniFID Pure de Signal Group, convient alors très bien pour la surveillance ponctuelle sur plusieurs sites et sur plusieurs unités d'une même installation. Dans de nombreux pays, une tierce partie doit délivrer une certification pour garantir la fiabilité des données de surveillance issues de l'analyseur. Dans l'UE, une certificationTÜV ou MCERTS est par exemple requise pour la surveillance des équipements dans les plus grandes installations. Les opérateurs de procédés devraient donc avoir les approbations appropriées avant l'achat. Comme il a été décrit précédemment, la surveillance des COV permet de vérifier que la réduction des émissions se produit correctement et d'avertir immédiatement lorsqu'un problème potentiel apparaît. Une grande variété de techniques d'abattement sont également disponibles : des méthodes de récupération de solvants, telles que l'adsorption, la condensation cryogénique ou l'absorption avec des huiles, des méthodes de destruction des solvants comprenant l'oxydation thermique ou catalytique, la bio-filtration, le charbon actif ou un liquide sacrificiel, ou encore les systèmes de concentration suivis par une oxydation. Toutes ces solutions contribuent au succès de la réduction des émissions et, dans certains cas même, fournissent un mécanisme de rétroaction pour optimiser les performances de l'équipement d'abattement.

En ce qui concerne la surveillance et le contrôle de nombreux procédés différents, le suivi des niveaux de COV au cours de process permet de mieux comprendre le procédé lui-même. En particulier maintenant que la majorité des process faisant intervenir des solvants sont conçus pour réduire leur utilisation, afin de s'assurer que les niveaux de solvants dans le produit final, les coûts liés aux solvants et les émissions elles-mêmes sont tous réduits au minimum. La surveillance fournit également des données utiles aux opérateurs des procédés de combustion. La mesure du COT est importante pour la surveillance des émissions, car une augmentation de ce paramètre peut indiquer une mauvaise efficacité de combustion, entraînant alors la libération dans l'air de matériaux contenant du carbone organique partiellement brûlé. Dans ce cas, des niveaux élevés de COT s'accompagnent de l'augmentation de la concentration en CO, qui est un autre indicateur du faible rendement de la combustion.

Des réglementations toujours plus sévères

Intéressons-nous à la quatrième catégorie, à savoir les émissions fugitives. En plus des émissions de COV provenant des cheminées et des évents, des émissions involontaires peuvent aussi appa-raître, provenant de déversements ou de fuites au niveau d'un équipement, d'un réservoir, d'une conduite, de joints, d'une vanne, etc. Ces émissions fugitives sont donc plus difficiles à contrôler, mais un large éventail de méthodes est disponible. Par exemple, les campagnes de mesure sur un site peuvent être menées avec un analyseur PID portable, ou des transmetteurs à poste fixe utilisant des techniques optiques peuvent assurer le suivi continu de larges zones d'une usine.

En règle générale, en particulier dans les petits procédés, une simple surveillance occasionnelle est autorisée. Un FID chauffé portable, à l'instar du 3010 MiniFID Pure de Signal Group, convient alors très bien pour la surveillance ponctuelle sur plusieurs sites et sur plusieurs unités d'une même installation.

Enfin, une proportion importante de clients de Signal Groupe utilise des analyseurs de gaz de référence dans leurs activités de recherche et de développement. On retrouve, en plus des FID, les détecteurs de chimiluminescence (CLD) et diverses technologies infrarouges non dispersives (NDIR). Le choix de la technologie dépend alors des paramètres à mesurer et de deux facteurs principaux. D'une part, les applications en R&D requièrent un haut niveau de justesse et de répétabilité et, d'autre part, l'instrumentation nécessaire est souvent faite sur mesure, pour répondre aux besoins précis de l'industriel. Un tel système comprend bien souvent une ligne d'échantillonnage chauffée, une auto-calibration, une unité de commutation d'échantillons, des pompes, un contrôleur et tout autre élément utile pour assurer le bon fonctionnement du système de surveillance. À mesure que le changement climatique et les effets de la pollution atmosphérique sur la santé et le taux de mortalité se font de plus en plus préoccupants, les réglementations mondiales sur les émissions dans l'atmosphère deviennent toujours plus sévères.Ce qui affecte tout, des appareils de chauffage domestique aux véhicules automobiles et aux cen-trales électriques. Les ingénieurs de développement travaillent donc à la création de produits minimisant les émissions de polluants nocifs.Le secteur automobile en est une excellente illustration, avec, par exemple, les véhicules dotés d'un moteur diesel et étant ciblés pour leur effet sur la qualité de l'air urbain. Auparavant, les gouvernements faisaient la promotion des moteurs diesel, car ils émettaient moins de gaz à effet de serre par kilomètre parcouru. Mais la nécessité d'améliorer la qualité de l'air en milieu urbain a entraîné un changement radical de l'industrie. Les ingénieurs automobiles répondent aux dernières exigences, telles que le développement des moteurs électriques et hybrides.Ce travail nécessite une analyse détaillée et complète des moteurs en développement.