capteurs chimiques.pptx

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

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