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7/21/2019 capteurs chimiques.pptx
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Ralis par:
o Maryem Ait El Habti
o Maryame BALLAJ
o Chouaib Nassah
o Taha EZZINEAnne Universitaire : 2012-2013
Encadr Par: Mr. Echchatbi
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PLAN:
1. Introduction
2. Capteurs despces ioniques et molculairesen solution.
3. Capteurs de composition gazeuse
4. Capteurs ambivalents
5. Conclusion
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Introduction
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Capteurs despces ioniques et
molculaires en solution
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I. Capteurs despces ioniques etmolculaires en solution
1. Capteurspotentiomtriques .
2. Capteurs
ampromtriques .3. Capteursconductimtriques
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Capteurs potentiomtriques
Les capteurs chimiques sont des capteurs qui n'intgrent pas d'lments bioleur composition.
Ces capteurs sont beaucoup utiliss dans l'industrie, les laboratoires chimiql'environnement. Ils dtectent les espces ioniques et molculaires en solutileurs proprits lectriques, il existe plusieurs modes de dtection tous bas
proprits lectriques des espces.
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Capteurs potentiomtriques : Type
1re espceUn mtal plong dans une solution dun de ses selsExemple : fil de Cu dans une solution de CuSO4 (sulfate de cuivre)
2me espceUn mtal recouvert dun de ses sels peu solubles, lensemble plongeant dlectrolyte contenant lanion correspondant au sel
Exemple : Hg|Hg2Cl2|KClsat (ECS)
3me espceUne lectrode de mtal inaltrable (Pt : Platine) plongeant dans unesolution de sels dune lment possdant deux nombresdoxydation diffrents
Exemple : Pt|FeCl3|FeCl2 (Chlorure de Fer)
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Mesure courant nul de la diffrence depotentiel (reli la concentration) qui apparataux bornes de lISE (ion selective electrode) et unpoint de rfrence (potentiel constant) immergdans la solution.
Les lectrodes redox sont des lectrodesmtalliques, donc conducteurs lectroniquespermettant des changes d'lectrons avec lescouples redox contenus dans la solution, enl'absence de courant elles adoptent unpotentiel d'quilibre qui est donn par larelation de Nernst
Capteurs potentiomtriques : Principe
Figure 3 : schma dune lecde la chane de mesure
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ApplicationQuasi exclusivement le milieu aqueux :
Environnement (CN , F, S2, )
Agriculture (NO3, NH4+, K+, )
Alimentaire (Cl, Na+, Ca2+, )
Industrie des dtergents, des explosifs,papetire,
Biomdicale
Capteurs potentiomtriques : Principe
Avantages
Faible cot / simplicdutilisation / rapidirponse
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Capteurs ampromtriques .
Pour faire de l'ampromtrie on s'intresse au courant qui traverseune solution, l'intensit est fonction de la tension impose mais aussides espces charges prsentes dans la solution.
L'ampromtrieest surtout utilise pour la mesure de l'oxygnedissous dans l'eau, un potentiel de 650mV est impos entre unecathode de platine et une anode d'argent recouverte de chlorure
d'argent. Il y a rduction l'anode de l'oxygne dissous, ainsi lecourant est directement proportionnel la quantit d'oxygne rduit.
O2 + H2O + => H2O 2
On peut mesurer l'oxygne en parties par million (ppm), c'est leprincipe de l'lectrode oxygne de Clark.
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Capteurs conductimtriques
Principe de fonctionnement se basant sur la conductance d'un cde sa rsistance, elle obit l'quation suivante:
=
Avec:
G : la conductance exprime en Siemens (S) : la conductivit (en S.cm-1)S : la surface de l'lectrode qui est perpendiculaire la direction d(cm2)l : la distance entre les deux lectrodes (en cm)
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Capteurs de compositiongazeuse
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Les capteurs-gaz partent pratiquement tous du mme
de base : sur un substrat est dpose une couche de m
actif qui interagit avec le compos gazeux, ce qui entra
modification d'une proprit physique de cet ensemb
substrat-couche active. Parfois, cet ensemble est intg
composant actif (transistor), ce qui permet de fournir
directement un signal lectrique exploitable .
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les performances des capteurs de gaz : La sensibilit est dfinie comme tant le rapport entre la rsistance R0 da
rsistance R en prsence dune certaine concentration de gaz dans lair.
La Slectivit est la capacit dun capteur mesurer la concentration dun
indpendamment des variations de concentrations des autres gaz susceptible
La Miniaturisation. La Robustesse des capteurs pour rsister mcaniquement et de faon dura
difficiles dune ligne dchappement.
La Facilit de conception.
Le Faible cot.
Le temps de rponse, qui est dfini comme tant le temps requis pour atte
rponse en rgime stationnaire aprs la mise en contact avec le gaz cible.
La dure de vie
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Capteurs catalytiques :
Description :Un filament de platine enroul et noy dans une bille de cramique recouverte dun catalyseur poreu
combustion, gnralement base de platine ou de palladium. Le fil de platine sert la fois mainten
effet Joule, le capteur une temprature convenable et mesurer llvation de temprature qui
accompagne la combustion.
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Principe de fonctionnement :
lorsquun mlange de gaz/dair passe sur la surface catalytique chauffe, une
combustion se produit et la chaleur produite augmente la temprature du filam
Il s'agit de chauffer par effet joule le filament de platine.La concentration du gaz est suivie en mesurant les variations relatives de rsistanc
lments insrs dans le pont de Wheatstone .
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L'idal serait de pouvoir calibrer les appareils sur les gaz ou vapeurs inrecherches. Pour des raisons pratiques et techniques, le gaz de calib
est trs souvent le mthane, quelle que soit la substance dtecter. D
est indispensable de connatre le coefficient de rponse de la substanc
par rapport au mthane, qui est dtermin exprimentalement. Dans
cas, le coefficient est constant sur toute la gamme de mesure.
Condition d'utilisation
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La rponse au gaz B est surestime tandis
que la rponse au gaz C est sous-estime.En effet, pour une concentration
prsente de 50 % de le LIE, le dtecteur B
indique 100 % de la LIE tandis que le
dtecteur C indique 25 % de la LIE.
rponse d'un dtecteur d'autres gaz q
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En cas de dficience en oxygne, il peut y avoir une ambigut de la lecture. Dans
ce cas, la combustion est incomplte, donc la chaleur dgage est "interprte"
par le dtecteur comme une plus faible concentration de gaz que cellerellement prsente.
ambigut de la mesure
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Les limitations:
La poussire, qui haute dose peut inhiber le contact entre le gaz et le
Les concentrations leves de gaz inflammables qui rendent une rponlinaire;
Ce type de dtection nest pas recommand pour le mesurage de mla
inflammables dpassant la limite infrieure dexplosivit.
Un apport en oxygne insuffisant ;
Pour assurer la fiabilit de fonctionnement du capteur, environ 15 % (V
doxygne au moins sont ncessaires dans le mlange gazeux mesur.
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Capteur Infrarouge ponctuel :
Principe de fonctionnementL'air analyser se trouve dans la chambre de mesure, qui est traverse par un rayonnemen
infrarouge large spectre. Ce rayonnement atteint un sparateur par lequel une partie d
rayonnement atteint la cellule de mesure et l'autre, la cellule de rfrence. Ces deux cellule
comprennent des filtres interfrentiels qui n'autorisent que le passage d'une longueur d'ond
donne : dans la cellule de mesure, celle correspondant la vibration de la molcule que l'on dsir
dtecter et dans la cellule de rfrence, une autre longueur d'onde, correspondant un
absorption minimale pour ce gaz. Si le mlange gazeux dans la chambre contient unproportion dtectable du gaz, une partie du faisceau sera absorbe la longueur d'ond
spcifique, et la cellule de mesure dlivrera un signal lectronique attnu, le signal de la cellu
de rfrence restant, lui, inchang.
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Conditions d'utilisation
Contrairement la dtection catalytique, le coefficient de rponse du dtecteu
diffrents gaz par rapport au gaz de calibrage n'est pas constant sur la gamme 0-de la LIE, puisque la rponse n'est pas linaire mais logarithmique (loi de Lamber
rponse d'un dtecteur IR diffrentes
concentrations pour diffrents gaz
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Capteur InfraRouge long chemin optique :
Ces quipements sont utiliss pour couvrir une zone ou un primtplace de plusieurs dtecteurs ponctuels (catalytiques ou IR).
Il s'agit d'une extension du dtecteur ponctuel infrarouge, avec les m
caractristiques. Dans ce cas, l'metteur et le rcepteur sont distants
dizaine plusieurs centaines de mtres
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Principe de fonctionnement gnral :
Capteurs lectrochimiques :
Modification de surface padoxydorduction.
Etude du couplage transpotransfert lectronique htr
Etude des mcanismes delectrochimiques et catalyti
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cest un capteur qui utilise une membrane structure directement surllectrode supprimant les dsavantages des capteurs ampromtrique lectrolyte, telle que la sensibilit au dbit et la pression .
Applications : dtecteur de chlore innovant
Cellule lectrochimique
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Domaines dapplications :
Contrle de la qualit de leau
Scurit de leau potable
Contrle des procds industriels
Mesure et contrle des dosages en produits chimiques
Qualit de leau de piscine
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Avantages:
Contrle en temps rel des rseaux deau
Sans maintenance continue des membranes / lectrolyte Fonctionnement sans produits chimiques
Inconvnient :
Fixation trs fragile la moindre variation de PH, de la force ionique, de la tempprovoquer la dsorption
toxicit des molcules utilises
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Principe de fonctionnement gnral :
Capteurs semi-conducteur :
Une particule avec une nergie suffisante, rencontrant un semi-conducteur, va arrach un atome du cristal en lui cdant une partie ou la totalit de son nergie sous forme
potentielle et cintique .
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Application : Les dtecteurs germanium pour la dtection
Particularit: il fonctionne la temprature de lazote liquide (77K)
temprature ambiante, la gnration thermique est trop importante, le cour
bruit statistique est trop fort.
Ncessit davoir un cryostat, le cristal est sous vide
Introduction de matire dans le parcours de la particule
-> Dtection des X et des gammas
Dtecteu
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Structure gnrale :
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Formation du signal lectrique :
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Avantages
Mcanique robuste .
Fonctionnement adapt une hygromtrie leve en performance
Inconvnients
Sensible aux contaminantsVariations des conditions ambiantesRponse non linaire complexe
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Capteurs ambivalents
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3- Capteurs ambivalents:
3.1 Transducteurs Pizolectriques
3.2 Capteurs chimiques fibre optique
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Un transducteur est un dispositif convertissant un signal
physique en un autre , par exemple un signal lumineux en signallectrique .
Un transducteur piezoelectrique :
La piezo electricit :
Un matriau piezo electrique est une substance qui produit un couranlorsqu'il est dform. Et inversement, lorsqu'une tension electrique est
substance, une deformation a lieu.
Cet effet est caus par des polarisation de molcules.
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En voici un exemple :
> Dans un monocrystal , tout ces vecteurs sont dans le mme sens et direction.
> Dans un polycristal, ces vecteurs vont dans tous les sens et directions.
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Remarque: Si on desir obtenir unehaute frequence, on utilise une lame fine.
Application: Le transducteur pizo estutilis en tant que dtecteur de chocs, de
vibrations ou de percussions.
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un capteur chimique fibre optique est destin la mesure distance d'une g
d'un milieu gnralement fluide.
Domaines dapplication :
Il trouve notamment des applications dans les domaines :
> nuclaires et industriels pour le contrle des processus chimiques.> environnementals pour le contrle des dchets nuclaires enterrs> biologique et de lanalyse mdicale ou dans l'industrie agro-alimentaire.
Capteur chimique base fibre optique :
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qu'est ce qu'une fibre optique ?
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Principe :
Il est en gnral compos :
d'un metteur de lumire, d'une fibre optique,
d'un dispositif optique de dtection,
d'une ou plusieurs photodiodes charges de recueillir le signal.
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Application: mesure de concentration
Lorsqu'un rayon lumineux vient frapper une particule , celle-ci va, selon sa nature
et ses caractristiques gomtriques, absorber et diffuser le rayon lumineux.
Le flux lumineux capt est fct de :
la concentration.
La taille des particules
Leur indices de rfraction La longueur d'onde du faisceau incident.
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Pourquoi on utilise les fibres optiques au lieu denvoyer un
rayon lumineux ?
Elles sont particulirement pratiques pour envoyer un rayonnement en des
sont pas directement accessibles un rayonnement non guid.
Types :
On distingue deux types de capteurs :
actifs : passifs.
Avantage :
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Avantage :
il permet deffectuer des mesures sans altration du milieu.
l'immunit aux champs lectromagntiques
Il presente un faible poids et des dimensions rduites
adaptation pour les mesures distance
fiabilit et dure de vie
possibilit de fonctionner hautes tempratures.
inconvnients :
la difficult de dtecter un dfaut dans les fibres
le prix du capteur fibre optique est (pour l'instant) plus lev que celui
traditionnel
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Conclusion