G uide d’achat - mesures.com · à savoir les méthodes électrochimique et optique, peuvent répondre à tous les besoins, il n’en demeure pas moins que le type d’application

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G uide d’achat

61MESURES 840 - décembre 2011 - www.mesures.com

uide d’achatanalyse physico-chimique

Les sondes d’oxygène dis sous industriellesH La mesure de la concentration en oxygène dissous est l’un des paramètres essentiels au bon fonctionnement des procédés pharmaceutiques, de traitement des eaux usées, de boissons ou d’énergie. Si les deux principes de mesure existants, à savoir les méthodes électrochimique et optique, peuvent répondre à tous les besoins, il n’en demeure pas moins que le type d’application et les contraintes du procédé sont des critères incontournables dans le choix de l’une ou l’autre tech-nique. A cela s’ajoute, depuis quelques années, une demande de plus en plus forte pour une maintenance simplifiée. Les fabricants de sondes d’oxygène dissous optiques ne jurent d’ailleurs que sur cet aspect-là et sur l’absence d’étalonnage pour se démarquer des sondes électrochimiques. Ces dernières ne sont toutefois pas en reste, en bénéficiant d’évolutions innovantes.

dans la grande famille des cap-teurs chimiques, un marché mondial en forte croissance, les mesures physico-chimiques

(pH/potentiel d’oxydoréduction, conducti-vité, oxygène dissous, ions sélectifs…) re-présentent certes un petit marché, comparé à celui des biocapteurs par exemple, mais elles visent des secteurs à fort potentiel. Si l’on s’intéresse plus particulièrement aux sondes de dioxygène (O2) dissous indus-trielles, que l’on appelle plus communément sonde d’oxygène dissous, il y a en effet une demande pour contrôler les procédés de traitement des eaux usées, les circuits de chaudières industrielles, les bioréacteurs, les

eaux de surface, etc.« La mesure de l’oxygène dissous est un sujet d’ac-tualité : un certain nombre de nos adhérents nous ont remonté des requêtes sur ce thème, quel que soit d’ailleurs leur secteur d’ac-tivité (pétroliers, chimistes, interlocuteurs travaillant dans l’environnement) », fait remarquer Antonin Sofia, coordinateur de la commission tech-nique “Analyseurs électrochimiques in-dustriels” (AeI) de l’Association des ex-ploitants d’équipe-

La concentration en oxygène dissous est un paramètre essentiel à mesurer dans certains procédés industriels.

Les sondes électrochimiques traditionnelles et celles bien plus récentes basées sur un principe optique répondent à toutes les applications.

Malgré une cristallisation autour de la maintenance, source d’innovations, le choix d’un capteur se fait avant tout sur des critères liés au type et aux contraintes du procédé.

L’essentiel

entraperçoit ainsi une première limitation des sondes électrochimiques. « Avec des élec-trodes ampérométriques, lors de la mise en service ou après l’arrêt du système pendant un ou plusieurs jours, par exemple, il faut attendre que le système soit en équilibre, au moins 30 minutes, pour que les mesures soient valables », constate Olivier Pichon (Endress+Hauser France).Si l’on revient au principe de fonctionne-ment, les facteurs d’influence sont la tempé-rature, la pression atmosphérique et la sali-nité du liquide, pour lesquelles est mise en œuvre une compensation, via notamment la présence d’une sonde de température in-tégrée, et/ou une correction. cela explique pourquoi les mesures d’oxygène dissous

sont ramenées à température ambiante et à la pression atmosphérique. Les mesures sont également dépendantes d’un quatrième pa-ramètre, à savoir l’écoulement, d’où assez souvent la mention d’une vitesse minimale dans les fiches techniques. Si le liquide n’est pas suffisamment “agité” à l’extrémité du capteur, la “stagnation” peut en effet entraî-ner un affaiblissement artificiel des mesures.Il faut par ailleurs s’assurer de l’absence, ou en tout cas d’une présence en quantité très limitée de certains gaz, comme le sulfure d’hydrogène (H2S), l’ammoniac (NH3) ou autres gaz, qui sont des interférents. Leur diffusion à travers la membrane et leur fixa-tion à l’anode peuvent aller jusqu’à l’empoi-

sonnement de la sonde élec-trochimique. Sans aller jusqu’à de tels extrêmes, la création même d’ions hy-droxydes (anions HO-) mo-difie l’électrolyte, qu’il faut changer régulièrement, et impose aussi un réétalon-nage fréquent du système. « Même sans être utilisé, l’électro-lyte spécifique d’une électrode de Clark dérive de quelques dixièmes de pourcents par jour et doit donc être remplacé », ajoute Philippe dejour, chef de produits chez Mettler-Toledo Analyse in-dustrielle France.Pour Sébastien crozet, res-ponsable développement pour le marché de l’analyse

chez Emerson Process Management France, « les consommables que sont l’électrolyte et la membrane sélective suggèrent un peu de maintenance, un peu plus en cas de solutions chargées et d’encrassement, s’il n’y a pas de système de nettoyage. Cela est aussi valable avec une mesure optique. Ce n’est toutefois pas les coûts de maintenance qui posent problème mais plutôt les contraintes liées au changement des consom-mables. » ce que confirme d’ailleurs ➜

ments de mesure, de régulation et d’auto-matismes (Exera). Au vu de la forte demande, la commission AeI travaille actuellement sur une campagne d’évaluation de ces appareils.dans le domaine de l’oxygène dissous dans les solutions aqueuses, on distingue en fait deux grands types de mesure : celles pour les concentrations moyennes et “fortes” et que l’on retrouve en contrôle de l’aération des effluents dans les stations d’épuration par exemple, et les mesures de traces, à savoir des concentrations de l’ordre de la partie par million (ppm), voire de la partie par milliard (ppb). Une application type des sondes de mesure de traces est la vérification de l’ab-sence d’oxygène moléculaire dans l’eau d’une chaudière afin d’éviter la moindre corrosion de la circuiterie.Pour répondre aussi bien aux deux types de mesure, il existe depuis des décennies la mé-thode de mesure électrochimique. Il s’agit de la mise en œuvre d’une électrode de clark(1) ou électrode à membrane. Le prin-cipe de fonctionnement du capteur est le suivant (voir schéma page 63) : une anode et une cathode baignent dans une solution d’élec-trolyte spécifique (chlorure de potassium, ou Kcl, en règle générale), l’ensemble étant confiné derrière une membrane sélective perméable aux molécules d’O2. en cas de présence de molécules dans le liquide à me-surer, ces dernières diffusent à travers la membrane vers les électrodes. « Une réaction chimique se produit alors aux niveaux de l’anode et de la cathode [réduction cathodique de l’oxy-

gène, Ndr], cette consommation d’O2 donnant lieu à la génération d’un courant électrique de la cathode vers l’anode », poursuit Olivier Pichon, chef de produits “analyse” chez Endress+Hauser France. Le taux de diffusion à travers la membrane sélective, et donc le courant électrique, est proportionnel à la différence de pression partielle de l’oxygène de part et d’autre de la membrane. comme la totalité de l’oxy-gène est consommée à l’intérieur - la pres-sion partielle est donc nulle -, le courant électrique est proportionnel à la pression partielle de l’oxygène à l’extérieur de la membrane.

Les sondes électrochimiques ont des limitesOn distingue deux variantes pour le principe électrochimique : la mesure ampéromé-trique qui fait intervenir une anode en argent et une cathode en or, formant un circuit élec-trique auquel on applique une tension de polarisation de l’ordre de 650 mV pour dis-poser d’une pente de bonne linéarité au niveau de la courbe caractéristique du cap-teur ; et la mesure galvanique où l’anode est en zinc et la cathode en argent. dans ce cas-ci, le potentiel d’oxydoréduction des élec-trodes est suffisamment différent pour qu’elles s’autopolarisent sans tension. On

Que ce soit dans les stations d’épuration pour la gestion de l’aération des eaux, dans les procédés pharmaceutiques ou pour l’énergie, la mesure de la concentration en oxygène dissous dans les solutions aqueuses revêt toujours une importance essentielle en termes de contrôle et/ou de sécurité.

La mesure traditionnelle d’oxygène dissous repose sur le principe électrochimique de l’électrode de Clark, comme pour la sonde InPro6850i de Mettler-Toledo Analyse industrielle.

L’AquaPlus de Bamo Mesures est l’une des nouvelles sondes basées sur l’extinction de fluorescence (principe optique) et qui ont fait leur apparition ces dernières années.

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Antonin Sofia (Exera) : « Pour mettre en place une membrane, il faut avoir un sacré coup de main ! Si des microbulles restent coincées, il y a une chance sur deux pour que la sonde ne fonctionne pas. »comme on peut le voir, les limitations asso-ciées aux sondes de clark s’accompagnent de contraintes assez fortes en termes de maintenance et d’étalonnage (interventions fréquentes, formation dédiée des opérateurs, etc. ; voir encadré page 68). ce sont leurs princi-paux talons d’Achille… selon leurs plus fer-vents “opposants”. Le développement de solutions pour réduire au maximum la maintenance est donc devenu ces dernières années le cheval de bataille de tous les fabri-cants de sondes d’oxygène dissous indus-trielles. Il est vrai que les exploitants de sta-tions d’épuration, par exemple, recherchent

de plus en plus des opérateurs capables aussi bien d’intervenir sur une sonde de pH, que de nettoyer un bassin d’aération, etc., et ce sur différents sites. ces industriels prêtent donc une oreille attentive à tout produit per-mettant d’optimiser les opérations de main-tenance, de vérification/étalonnage, et de réduire leurs coûts.

Apparition des sondes optiques il y a près de cinq ansIl y a environ cinq ans, les utilisateurs ont ainsi pu observer l’apparition des premières sondes d’oxygène dissous basées sur un principe optique (voir schéma page 63 et mesures n° 780). Il s’agit d’une méthode in-directe faisant intervenir des molécules avec une propriété de fluorescence. Une diode laser vient éclairer une couche sensible dont les molécules, réagissant à la lumière, sont excitées à un niveau d’énergie supérieur. Le retour à l’état normal initial s’accompagne de l’émission d’une fluorescence dont l’intensité est mesurée par un détecteur (photodiode). en absence d’oxygène, l’intensité et la durée du signal réémis sont à leur maximum.« En présence d’oxygène moléculaire dissous qui pro-vient de la solution à mesurer, il se produit un trans-fert partiel de l’énergie lumineuse initiale de la mo-lécule fluorescente vers celle d’O2 », explique Philippe dejour (Mettler-Toledo Analyse indus-trielle France). L’inhibition de l’émission de fluorescence(2) se traduit alors par une inten-sité lumineuse réduite et un retard de l’onde réémise, intensité et retard étant inversement proportionnels à la quantité d’oxygène pas-

sant à travers la couche sensible. Il faut néan-moins faire appel à des algorithmes de trai-tement du signal pour obtenir des valeurs correctes sur l’ensemble de l’étendue de me-sure (en particulier aux alentours du zéro). La principale différence entre des mesures de variation d’intensité et de phase réside dans une meilleure stabilité à long terme pour les secondes, la dégradation du chro-mophore dans l’élément sensible ayant une influence moindre sur la mesure.comme une référence est nécessaire pour comparer la variation d’intensité et de durée du signal et déterminer la concentration en oxygène dissous, les sondes optiques intè-grent deux sources de lumière. Une pre-mière de couleur bleue provoque l’émission de fluorescence (lumière rouge) par l’élé-ment sensible. La seconde source émet une lumière rouge qui est réfléchie par la couche sensible vers le détecteur, et c’est cette me-sure qui est utilisée comme référence. Il s’agit également d’améliorer la stabilité et la précision de la mesure. comme pour n’im-porte quelle sonde d’oxygène dissous, la concentration exprimée en mg/l est calculée à partir des mesures en pourcentage de sa-turation et des valeurs de température, de la pression barométrique et de salinité.revenons à ce qui a fait le succès des sondes optiques face aux capteurs électrochimiques. Les fabricants mettent en avant la réduction significative de la maintenance et de l’éta-lonnage, voire la disparition pure simple de ces opérations. Il est vrai que, avec des sondes optiques, il n’y a plus besoin de changer

sons même une membrane moulée au corps, au lieu d’être prédécoupée. Le coût total annuel de la main-tenance revient alors à environ 150 euros, le prix d’un capuchon », ajoute d’ailleurs Guillaume Schneider (Swan Instruments d’analyse).en plus de l’anode, de la cathode et d’une éventuelle électrode de référence (pour augmenter la stabilité du signal et l’éten-due des concentrations en ppm), un qua-trième pôle a fait son apparition dans les sondes électrochimiques : l’électrode de garde. « Lors de la mise en service ou si la sonde voit la concentration passer de 2 ppb à 50 ppb puis revenir à 2 ppb, par exemple, il faut jusqu’à six heures (la durée d’un batch dans certaines industries) pour que l’ensemble de l’oxygène moléculaire présent dans l’électrolyte disparaisse. La solution retenue pour les mesures de traces est l’ajout de cette électrode de garde qui est là pour consommer en quelques secondes l’oxy-gène résiduel et donc réduire le temps de retour à l’équilibre des pressions partielles », explique Philippe dejour (Mettler-Toledo Analyse indus-trielle France).Parmi les autres améliorations développées pour accroître la fiabilité des sondes, la so-ciété Swan a notamment intégré le calcul automatique du niveau restant en électrolyte au niveau de l’électronique, avec l’affichage d’une barre d’état en pourcent et la configu-ration d’une alarme lorsque le niveau des-cend en dessous de 10 % par exemple, ainsi qu’une sorte de système de vérification. « Pour un client qui devait faire des contrôles très réguliers d’eaux ultrapures, nous avons également ajouté une électrode de Faraday qui crée un courant correspondant à une concentration d’oxygène connue. Cela évite à l’utilisateur de sortir la sonde à l’air libre et de devoir attendre que la concentration en oxygène dissous redescende à un niveau acceptable pour une mesure fiable », explique Guillaume Schneider (Swan Instruments d’analyse).

Passage au numériqueSans sous-estimer l’importance de tous ces développements (capuchons, électrode de garde, mais aussi amélioration de la tenue

régulièrement l’électrolyte et/ou la mem-brane. mais, comme le fait remarquer Sébastien crozet (Emerson Process Management France), « il y a toujours besoin de nettoyer les cap-teurs employés dans des installations faisant interve-nir des eaux usées, des boues d’épuration, etc. et qui s’encrassent. Même si la fréquence des opérations peut être fortement réduite, les industriels ne peuvent pas s’affranchir totalement de la maintenance. Ceux qui disent le contraire ont tort ! »mis à part pour ces applications particulières et en cas de détérioration ou de problème d’électronique, un simple contrôle annuel est nécessaire pour nettoyer la sonde et chan-ger l’optode qui vieillit à la longue. contrairement à l’électrolyte des sondes électrochimiques, les molécules fluores-centes ne bougent pas si elles ne sont pas utilisées, à savoir si l’on coupe l’éclairement et en absence de pollution. et, pour assurer un temps d’intervention réduit, de moins de dix minutes selon certains interlocuteurs, les fabricants ont eu l’idée de faire tenir la partie à changer de l’optode dans un capuchon que l’utilisateur doit seulement dévisser puis re-visser pour le remplacer. Parmi les autres avantages de la méthode spectrale comparée au principe électrochimique, la durée de “préchauffage” (il n’y a besoin ni de polari-ser l’électrode, ni d’attendre que l’électrolyte se stabilise), l’insensibilité à des interférents H2S et NH3, aucune vitesse minimale d’écou-lement requise (il n’y a pas de consomma-tion d’oxygène).

Evolutions des sondes électrochimiquesA entendre certains fournisseurs, on pourrait croire que le marché des sondes électrochi-miques traditionnelles vit ses dernières heures. La situation est toutefois loin d’être aussi évidente. déjà le principe ampéromé-trique, ou galvanique selon le cas, est une technique mature, (é)prouvée et agréée par certains organismes. en termes de spécifica-tions, « il n’est pas possible, en théorie, de descendre en dessous d’une concentration de 10 ppb en LDO [Luminescent dissolved Oxygen, Ndr], contrairement au principe ampérométrique », in-dique Guillaume Schneider, chef des ventes chez Swan Instruments d’analyse. Parmi les autres avantages des électrodes de clark, ci-tons une précision plus élevée, une consom-mation électrique moindre, etc. que celles des sondes optiques.Un capteur électrochimique se distingue par ailleurs d’un modèle optique par son coût d’achat (bien) inférieur. Les “opposants” rétorqueront certes que, en utilisation, un capteur optique revient moins cher de par

sa maintenance réduite, et donc un coût as-socié réduit d’autant. dans les faits, même si les fabricants proposent désormais une grande majorité de modèles optiques dans leur catalogue respectif, la proportion entre sondes d’oxygène dissous électrochimiques et optiques installées sur les sites industriels reste encore plus près des 80 %-20 %.Au-delà d’un certain conservatisme en vi-gueur dans l’industrie, les fabricants de cap-teurs d’oxygène dissous électrochimiques ont amélioré leurs produits afin de pallier la mauvaise image “supposée” des sondes de clark, en termes de maintenance principa-lement. cela s’est traduit par le développe-ment de capuchons dévissables, comme pour les sondes optiques. dans le cas des capteurs électrochimiques, les capuchons intègrent électrolyte et membrane, facilitant ainsi le remplacement des consommables usagés sur site. « Depuis près d’un an, nous propo-

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Une sonde optique fait intervenir une couche de molécules fluorescentes sous l’effet d’une lumière bleue. La lumière réémise (rouge) est comparée à une référence pour déterminer les variations d’intensité et de phase, en présence d’O2.

Principe historique de mesure de l’oxygène dissous, l’électrode de Clark met en jeu une anode, une cathode et un électrolyte, confinés derrière une membrane sélective aux molécules d’O2. La réduction cathodique génère un microcourant proportionnel à la concentration.

La mesure d’oxygène dissous peut être influencée par différents facteurs (température, pression atmosphérique, salinité, débit). Pour réduire les incertitudes de mesure, Swan Instruments d’analyse privilégie l’installation de platines en dérivation du process.

Faisceau rouge émis par le capteur pour la référence.

Faisceau bleu d’excitation émis par le capteur.

Les deux principes de mesure de l’oxygène dissous, électrochimique et optique, sont tous les deux capables de répondre aussi bien

aux exigences des procédés faisant intervenir des traces (même si les sondes de Clark sont pour l’instant privilégiées) qu’à celles

des applications d’eaux usées et de surface où les concentrations en O2 dissous sont plus importantes.

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Swan Instruments d’analyse

Eclairé par une lumière bleue, un élément sensible (substrat rouge) émettra une lumière de luminescence rouge, plus ou moins “éteinte” par les molécules d’oxygène ayant traversé la couche perméable (substrat noir).


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Guide d’achat


Guide d’achat

Hamilton (CTB Choffel, ProanaTec*1, Socemi…)

Oxygold B et B ARC Electrochimique 8 ppb à 40 ppm ; ±2 % < 60 s (T98) < 1 %/semaine 0 à +100 °C, 0 à 12 bar Mesure en brasseries, dans les jus de fruits, les mousseux, etc., compensation en température, pas d’interférence avec le CO2…

Oxygold G et G ARC Electrochimique 1 ppb à 40 ppm ; ±2 % < 60 s (T98) < 1 %/semaine 0 à +130 °C, 0 à 12 bar Mesure de traces en centrales électriques, industries chimiques, pharmaceutique, compensation en température…

Visiferm DO et DO ARC

Optique 4 ppb à 300 % ; 1 ± 0,05 % en volume

< 30 s (T98) < 0,2 % en volume/semaine

-10 à +130 °C, -1 à 12 bar Mesure en industries pharmaceutiques, biotechnologique, chimique, alimentaire, etc., pas de sensibilité au H2S ni au CO2…

Oxyferm FDA et FDA ARC Electrochimique 10 ppb à 40 ppm ; ±2 % < 60 s (T98) < 1 %/semaine 0 à +130 °C, 0 à 4 bar Mesure en industries pharmaceutique, chimique, alimentaire, etc., compensation en température, stérilisable, autoclavage et CIP…

Oxyferm FDA XL et FDA XL ARC

Electrochimique 10 ppb à 40 ppm ; ±2 % < 60 s (T98) < 1 %/semaine 0 à +130 °C, 0 à 4 bar

Oxysens Electrochimique 40 ppb à 40 ppm ; ±2 % < 60 s (T98) < 5 % sur 2 mois 0 à +60 °C, 0 à 4 bar Mesure en traitement de l’eau, pisciculture, compostage, etc., compensation en température, insensible aux saletés…

Heito BOT2 Electrochimique 0 à 20 mg/l ; 1 % 30 s 1 mois Jusqu’à +40 °C Tête vissable de la sonde (électrolyte interne et membrane), compensation en température et pression…

Honeywell DL5000 Electrochimique ±0,2 ppm, ou ±2 ppb ou 5 % de la lecture

< 60 s +2 à +60 °C, jusqu’à 3,5 bar et 300 ml/min

Invensys (Monox Instrumentation)

871DO-C Electrochimique ±2 % de l’EM(5) < 60 s < 1 %/jour 0 à +50 °C, 0 à 2,1 bar, 1 l/min

Membrane résistante avec capuchon facilement remplaçable, mesure de température intégrale, diagnostic, étalonnage à l’air…

Jumo Régulation dTrans O2 01 Electrochimique 0-2 à 0-50 mg/l ; ±1 % de l’EM

< 90 s 0 à +50 °C, jusqu’à 6 bar Convertisseur de mesure 2 fils, compensation en température, pression atmosphérique et salinité, module de commande (option)…

Krohne Optisens AAS 2000 Electrochimique 0 à 20 mg/l ; ±1 % de la PE 0 à +50 °C Sonde en inox, capteur de température intégré, montage sur tige télescopique ou sur glissière d’immersion…

Optisens LAS 2000 Optique 0 à 200 % d’air ; ±1 % de la PE

-5 à +50 °C Capteur de température intégré, 10 m de câble, buse de rinçage à l’air intégrée, pas besoin de réétalonnage…

Mettler-Toledo InPro 6850i Electrochimique 3 ppb à saturation 90 s Selon l’application

-5 à +140 °C, jusqu’à 12 bar

Sonde en inox, joints certifiés FDA et USP, technologie ISM, longueur de 120 ou 220 mm, compensation de température automatique, compatibles avec supports fixes et rétractables (grande variété de raccord process), agréments Atex, 3A, EHEDG (6850i et 6950i), stérilisable à la vapeur, autoclavable…

InPro 6860i Optique 8 ppb à 60 % 90 s Selon l’application

-5 à +140 °C, jusqu’à 12 bar

InPro 6870i Optique 8 ppb à 60 % 20 s Selon l’application

-5 à +140 °C, jusqu’à 12 bar

InPro 6950i Electrochimique 0,1 ppb à saturation (air) 90 s Selon l’application

-5 à +121 °C, jusqu’à 12 bar

InPro 6970i Optique 2 à 2 000 ppb 20 s Selon l’application

-5 à +121 °C, jusqu’à 12 bar

Neosens DO-900 Electrochimique 0 à 10 000 ppb ; ±5 % de la mesure

< 30 s +10 à +70 °C, 0 à 15 bar, 10 à 45 l/h

Mesure de traces en eaux ultrapures, de refroidissement et de chaudières, étalonnage automatique en ligne, pas de maintenance…

Omega Engineering

DOE-45PA Electrochimique 0 à 40 ppm < 180 s -5 à +55 °C, 0 à 10,3 bar, > 6 mm/s

Sonde à 3 électrodes, compensation en température…

Ponsel Mesure Optod Optique 0-20 mg/l ; ± 0,1 mg/l < 60 s 1 étalonnage/an 0 à +50 °C, jusqu’à 5 ou 6 bar

Corps en inox passivé, communication numérique SDI12 et RS-485 Modbus, faible consommation en énergie…

Process Instruments (ProanaTec)

Oxysense Optique 0-20 mg/l à 450 %(2) 30 s < 1 %/semaine Jusqu’à +55 °C, 0,5 bar(6) Mesures en STEP, système d’autonettoyage et d’autovalidation pour une utilisation sans intervention pendant 1 an…

ABB 9408 Electrochimique ±0,2 mg/l ou ±2 %(2) 20 s 0 à +40 °C, Patm, 30 cm/s Sonde à boule flottante ou tube plongeant, durée de vie de 9 à 12 mois (capteur)…

9437 Electrochimique(1)

0-20 µg/kg à 0-20 mg/kg ; ±1 µg/kg ou ±5 % de la lecture

1 min±1 µg/kg/semaine ou ±5 % de la lecture

+5 à +55 °C, jusqu’à 2 bar, 100 à 500 ml/min

Sonde à cartouche (maintenance réduite), compensation en température, correction de la Patm et la salinité, agrément EDF…

9438 Electrochimique(1) Etalonnage et changement de gamme automatiques, compensation en température, correction de la Patm et la salinité…

ATI (Equipements scientifiques)

Q45D Electrochimique 0 à 40 ppm ; < 0,2 % de l’EM 60 s(3) 0 à +50 °C Membrane en téflon renforcée, cartouche réparable jusqu’à 10 fois de suite par l’opérateur, option : système Auto-clean…

Aqualyse RDO Pro Optique 0 à 20 mg/l ; ±0,1 ou ±0,2 mg/l

< 30 s 0 à +50 °C Sorties 4-20 mA, RS-485 Modus et SDI-12 inté-grées, compensation en température, garantie de 3 ans (sonde) et 2 ans (capuchon)…

Bamo Mesures AquaPlus Optique 0,01 à 50 mg/l ; 1 ou 10 % de la lecture

40 s 1 étalonnage/an -5 à +50 °c, jusqu’à 1 bar Sonde Pt100 intégrée, compensation en température, pression et salinité, pas d’interférences (sulfites et autres gaz)…

Centec (ProanaTec)

OxyTrans M Optique 1 ppb à 2 ppm ou 50 ppb à 25 ppm

25 s Jusqu’à +55 °C et 12 bar Mesure en brasserie ou pour le contrôle d’eaux de condensats, unité portable pour des mesures ponctuelles en plusieurs lieux…

OxyTrans TR Optique 1 ppb à 2 ppm ou 20 ppb à 40 ppm

25 s Jusqu’à +100 °C(4) et 12 bar

Mesure dans l’industrie des boissons et les brasseries, capteur avec transmetteur intégré, seuil de détection très bas…

Emerson Process Management

499ADO Electrochimique 0 à 20 ppm ; ±0,2 ppm 25 s (T63) 0 à +50 °C, 0 à 5,5 bar abs Mesure dans le traitement des eaux, étalonnage à l’air automatique, faible maintenance…

499ATrDO Electrochimique 0,1 ppb à 20 ppm ; ±1 ppb ou ±5 % de la lecture

< 20 s < 4 % au-delà de 60 j

5 à +45 °C, 1 à 5,5 bar abs Mesure dans les eaux ultrapures, de chaudière, pour le marché de l’énergie, étalonnage à l’air automatique, faible maintenance…

Bx438 Electrochimique 2 ppb à 40 ppm < 60 s (T98) < 1 %/semaine -10 à +100 °C, jusqu’à 12 bar

Mesure dans les boissons carbonatées et les bières en réduisant au maximum les interférences liées au CO2, support du CIP…

Gx448 Electrochimique 2 ppb à 40 ppm < 60 s (T98) < 2 %/semaine -10 à +140 °C, jusqu’à 4 bar Mesure pour le marché pharmaceutique, sonde en inox (chaque sonde possède un marquage), stérilisable à la vapeur…Hx438 Electrochimique 10 ppb à 40 ppm < 60 s (T98) < 2 %/semaine -10 à +140 °C, jusqu’à 4 bar

RDO Optique 0 à 20 ppm ; ±0,1 ou ±0,2 ppm

30 s 0 à +50 °C, jusqu’à 20,6 bar abs

Mesure dans les eaux usées et en bassin, étalonnage à l’air automatique, faible maintenance…

Endress+Hauser COS22D Electrochimique 0 à 60 mg/l ; 0,01 mg/l < 30 s < 4 %/mois -5 à +135 °C, jusqu’à 12 bar, > 0,02 ou 0,1 m/s

Capteur numérique Memosens, en inox, titane ou Alloy C22, autoclavable et stérilisable, agréments FDA et USP, Atex…COS22D (trace) Electrochimique 0,01 à 10 mg/l ; 1 ppb < 30 s < 4 %/mois

COS51D Electrochimique 0,01 à 100 mg/l ; 0,01 mg/l 3 min < 0,1 %/semaine -5 à +50 °C, jusqu’à 10 bar, 0,5 cm/s

Capteur numérique Memosens, cartouche à visser, compensations (température et dérive), bassins d’aération en STEP…COS51D (process) Electrochimique 0,01 à 100 mg/l ; 0,001 mg/l 30 s < 0,1 %/semaine

COS61D Optique 0 à 20 mg/l ; 0,01 mg/l 60 s Selon l’application

-5 à +60 °C, jusqu’à 10 bar

Capteur numérique Memosens, étalonnage à l’air en seul point, coût de maintenance faible, bassins d’aération en STEP…

Hach Lange Orbisphere A1100 Electrochimique 0,1 ppb à 2 000 ppm ; 1 % de la mesure

7 à 90 s 2 étalonnages/an (< 1 %/mois)

-5 à +90 °C, 0 à 200 bar Mesures en ligne ou ponctuelles pour toutes applications, sonde en inox, Monel, Titane, Delrin, etc., version Atex…

Orbisphere K1100 Optique

0,6 à 2 000 ppb ; ±0,8 ppb ou 2 % de la mesure

< 30 s 1 étalonnage/an -5 à +50 °C, 0 à 20 bar Mesures ponctuelles ou en ligne en centrales thermiques ou nucléaires (K1200), en circuits de refroidissement, sonde en inox… Orbisphere K1200 Optique < 30 s 1 étalonnage/an -5 à +50 °C, 0 à 20 bar

Orbisphere M1100 Optique < 30 s 1 étalonnage/an -5 à +50 °C, 0 à 20 bar Mesures en ligne ou ponctuelles dans la bière et les boissons, sonde en inox, durée de vie du spot de 2 ans, support du CIP…

Aperçu de l’offre en sondes d’oxygène dissous industriellesFabricant(Distributeur)

Modèle Principe de mesure

Etendue de mesurePrécision

Temps de réponse (T90)

Dérive Conditions de process

Autres observations






Autres observations


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Guide d’achat


Guide d’achat

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Autres observations

Swan AMI Oxysafe Electrochimique 0,01 à 20 ppm ; 1 % de l’EM < 180 s Jusqu’à +50 °C et 10 bar, 4 à 15 l/h

Mesure en eaux potable et usées, compensation en température et pression, correction de la salinité, maintenance facile…

AMI Oxytrace Electrochimique 0 ppb à 20 ppm ; ±1 % de l’EM

< 30 s Jusqu’à +45 °C, 0,2 à 1 bar, 6 à 25 l/h

Mesure en eaux pures, compensation en température et pression, membrane moulée au capuchon, vérification automatique…

Royce Technologies (Cometec)

95A Electrochimique 0 à 99 mg/l ; 0,1 mg/l < 30 s (T99)(7)

0 à +50 °C, 12 cm/s(8) Anode en plomb et cathode en platine (double anode et double cathode ; 96A), étalonnage à l’air libre ou sur valeur connue, adaptateur de montage pour autonettoyage par air ou eau, autonettoyage électrochimique autorisant une période max. de 6 mois sans maintenance de la sonde (96A)…

96A Electrochimique 0 à 99 mg/l ; 0,1 mg/l < 30 s (T99)(7)

0 à +50 °C, 12 cm/s(8)

99 Electrochimique 0 à 99 mg/l ; 0,1 mg/l < 60 s (T99) 0 à +50 °C, 12 cm/s(8) Anode en plomb et cathode en argent, système à cartouche (durée de vie max. 18 mois), étalonnage à l’air libre ou sur valeur connue…

Thermo Scientific

AquaSensor AnalogPlus DO

Electrochimique 0 à 40 ppm ; 1 % de la lecture 90 s -5 à +50 °C, jusqu’à 4,5 barg et 3 m/s

Mesure en eaux usées, en brasseries, en fermenteurs, etc.

RDO Pro Optique 0 à 20 ppm ; ±0,1 ppm 30 s 0 à +50 °C, jusqu’à 20,7 barg

Mesure en eaux usées, en brasseries, en fermenteurs, etc., compensation en température…

Wimesure FYA640O2 Electrochimique 0 à 40 mg/l ; < ±1 % < 15 s -5 à +50 °C, 10 cm/s Mesure en eaux potable et usées, en conduites de systèmes de chauffage, etc., compensation en température…

WTW/ITT Analytics

FDO 700 IQ Optique 0 à 20 mg/l ; ±0,05 mg/l < 150 s -5 à +50 °C, jusqu’à 10 bar

Mesures en eau et eaux usées, sonde numérique…

TriOxmatic 690 Electrochimique 0 à 60 mg/l ; 1 % < 180 s < 1 %/mois

0 à +50 °C, jusqu’à 10 bar

Mesures en eau et eaux usées, sonde analogique…

TriOxmatic 700/700 IN Electrochimique 0 à 60 mg/l ; 1 % < 180 s < 1 %/mois Mesures en eau et eaux usées (700) ou eaux résiduelles industrielles (700 IN), polarisation permanente (700 IN), SensLeck et SensReg…

TriOxmatic 701 Electrochimique 0 à 20 ou 60 mg/l ; < 1 % < 30 s < 3 %/mois 0 à +50 °C, jusqu’à 10 bar Mesures en eau et eaux usées, SensLeck et SensReg…

TriOxmatic 70x IQ Electrochimique 0-2 mg/l à 0-600 % ; 1 % < 180 ou 30 s < 1 ou 3 %/mois 0 à +60 °C, jusqu’à 10 bar Mesures en eau et eaux usées (701 et 702) ou eau extra-pure et d’alimentation de chaudière (702), SensLeck et SensReg…

Yokogawa Oxygold B Electrochimique 8 ppb à saturation < 60 s (T98) 0 à +100 °C, 0 à 12 barConnecteur VP 6.0, étalonnage annuel (ou 5 ans) pour Oxygold B et G), configurable en mode ECS, 4-20 mA ou Modbus (Visiferm), agrément FDA (Visiferm)…

Oxygold G Electrochimique 2 ppb à saturation < 60 s (T98) 0 à +130 °C, 0 à 12 bar

Visiferm Optique 4 ppb à 300 % < 30 s (T98) -10 à +80 °C, -1 à 12 bar

YSI Environmental (AnHydre)

5719/5739/5750 5952/5953

Electrochimique 0 à 50 ou 60 mg/l ; ±0,2 mg/l ou ±2 % de la lecture

< 18 s Immersion en milieu non statique

Installation sur oxymètres de terrain série 5 ou à poste fixe pour applications aquacoles…

RapidPulse 6562 Electrochimique 0 à 50 mg/l ; ±0,2 mg/l ou ±2 % de la lecture

< 18 sImmersion jusqu’à 20 bar ou cellule passante sans pression

Installation sur sondes multiparamètres série 6, étalonnage en 1 ou 2 points…ROX 6150 et 6450 Optique 0 à 50 mg/l ; ±0,1 mg/l ou

±15 % de la lecture40 s (T95)

ABS : absolu - ATI : Analytical Technology, Inc. - CIP : Cleaning in place (nettoyage sur place) - Electrochimique : ampérométrique ou galvanique - EM : étendue de mesure - Patm : pression atmosphérique PE : pleine échelle - STEP : station d’épuration - (1) Ampérométrique à circulation - (2) Saturation - (3) Membrane de 2 mm d’épaisseur - (4) Pics jusqu’à +130 °C - (5) Répétabilité - (6) Surpression permise(7) Avec une membrane de 25 µm d’épaisseur - (8) En bassin - *1 ProanaTec distribue la sonde Visiferm DO de Hamilton. Malgré l’apparente exhaustivité de ce tableau, certains fabricants manquent l’appel : Broadley-James, Delta Ohm, Eutech Instruments (groupe Thermo), Hanna Instruments, Knick Elektronische Messgeraete… A cela s’ajoute la longue liste des distributeurs nationaux, régionaux, spécialisés sur un marché donné, etc.

Propre aux sondes optiques, leur maintenance se résume bien souvent au remplacement du capuchon une fois l’an en moyenne, avec aussi

un bon coup de chiffon pour nettoyer le capteur. Il n’est plus question ni de consommables, ni d’étalonnage…

Il est parfois judicieux d’associer un système de nettoyage au plus près d’un capteur d’oxygène dissous.

Dans les eaux usées ou fortement chargées en particules, les risques d’encrassement sont fréquents, que ce soit

avec un principe optique et électrochimique.

A cause d’une dérive importante, les sondes électrochimiques doivent être régulièrement vérifiées/étalonnées. Pour cela, il suffit de les sortir à l’air libre et de contrôler leur valeur à celle de l’oxygène dans l’air.

mécanique des membranes et du design des sondes pour supporter les applications hygiéniques et les températures jusqu’à +140 °c…), les sondes ampérométriques et galvaniques ont en effet connu ces dernières années la “révolution numérique”, avec l’ap-parition des technologies memosens d’Endress+Hauser, Intellical de Hach Lange, Arc de Hamilton, ISm (Intelligent Sensor Management) de Mettler-Toledo pour n’en citer que quelques-unes. « Il est très long de faire changer les mentalités et le numérique peut être vu comme une étape intermédiaire dans le passage des sondes de Clark aux modèles optiques. Les industriels font d’abord évoluer leur parc existant de sondes analogiques en numérique, puis basculent au principe optique dans les nouvelles installations », constate Philippe dejour (Mettler-Toledo Analyse industrielle France).Le concept sous-jacent aux différentes tech-nologies numériques du marché est simple : c’est l’intégration de l’électronique afin de délivrer directement un signal numérique et non plus analogique, avec tous les avantages habituels inhérents aux signaux numériques (moins sensible aux perturbations électro-magnétiques d’où distance de communica-tion plus grande, connexion électrique par induction sans métal réduisant les risques de dérive ou de destruction du capteur à cause de la présence d’humidité…). en plus de la présence d’un convertisseur analogique-nu-mérique et de filtres pour conditionner le signal de mesure, les fabricants ont égale-ment doté leur technologie respective d’une mémoire afin d’enregistrer au sein même de la sonde les données d’étalonnage et d’éven-tuelles autres informations.Il faut quand même souligner que les sondes optiques bénéficient tout autant de ces tech-nologies numériques. Leur adoption a atteint un tel niveau que certains fabricants ont pré-féré n’indiquer dans le tableau que leurs modèles numériques, bien qu’ils proposent toujours des sondes électrochimiques et op-tiques analogiques. L’un des atouts apportés par le numérique réside au niveau de l’éta-lonnage. « L’opérateur est en mesure de réaliser

l’étalonnage de ses sondes d’oxygène dissous en ate-lier et d’enregistrer les valeurs de pente de point zéro dans la sonde, informations qui seront ensuite télé-chargées par le transmetteur lors de la remise en service de la sonde », explique Olivier Pichon (Endress+Hauser France).

Les transmetteurs ont vu leur rôle s’étofferLa maintenance n’est pas en reste : en ayant accès à d’autres paramètres, il est possible d’assurer un suivi personnel des capteurs et de voir s’ils n’ont pas subi de pics de température, s’ils ont bien travaillé en deçà de telles températures limites, etc., en fait de mettre œuvre une véritable mainte-nance préventive. « Il y a de moins en moins d’opérateurs qui descendent sur le terrain contrôler les capteurs. Les industriels sont donc très intéressés par la possibilité d’estimer la durée de vie restante d’une sonde d’oxygène dissous, en prenant également compte, par exemple, les conditions de process (température, pression, pH…) des prochains batchs », poursuit Philippe dejour (Mettler-Toledo Analyse in-dustrielle France).

cela nous amène à aborder ici la question des transmetteurs physico-chimiques. Qu’ils soient numériques ou non, les transmetteurs assurent d’abord l’affichage des valeurs de concentrations en oxygène dissous et/ou la remontée des informations vers un automate ou n’importe quel autre système de contrôle. Avec l’apparition des sondes numériques, les transmetteurs ont vu leur rôle s’étoffer : la prise en compte des informations de dia-gnostics (affichage et remontée vers un sys-tème de contrôle), la reconnaissance auto-matique du type de sondes connectées, la gestion généralisée de plusieurs para-mètres… « Il est assez fréquent que d’autres gran-deurs physico-chimiques soient mesurées à proximité et certains utilisateurs recherchent également des transmetteurs “multicomposants” (enregistreur, régu-lateur…), sans vouloir pour autant quelque chose de très coûteux », indique Sébastien crozet (Emerson Process Management France).Parmi les autres avantages au niveau de la maintenance, Olivier Pichon (Endress+Hauser France) mentionne égale-ment que « les sondes numériques permettent

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Guide d’achat

la limitation de la méthode optique aux très faibles concentrations pour ne rappeler que deux raisons techniques. « Les électrodes de Clark ont toute leur place ! », soutient d’ailleurs Guillaume Schneider (Swan Instruments d’ana-lyse). « Quand la mesure d’oxygène dissous est “cri-tique” vis-à-vis des risques éventuels pour le process, les sondes ampérométriques restent le meilleur choix. Le principe LDO devient un concurrent sérieux lorsque l’on monte en concentration. » et pour les utilisa-teurs qui cherchent des technologies inno-vantes émergentes.

Des critères de choix liés à l’application

« Le choix reste toutefois très lié à l’aspect humain, ce qui amène à des situations diamétralement opposées. Les stations d’épuration s’orientent plus volontiers vers les sondes optiques parce que les opérateurs ne passent plus beaucoup de temps sur site et que la mainte-nance peut faire peur… D’autres

aux industriels de rationaliser leurs transmetteurs installés et en stock, en réduisant le nombre de modèles comparé à des appareils dédiés. Les avis sont toutefois plus partagés avec les transmetteurs multivoies. » dans les stations d’épuration, par exemple, l’emploi d’un seul transmetteur (au lieu de deux ou quatre modèles dédiés) a tout son sens par le gain économique qu’il procure. dans les applications de process, il existe certaines réticences. « Si le transmetteur tombe en rade, ce sont toutes les mesures qui le sont ! », fait remarquer Guillaume Schneider (Swan Instruments d’analyse). Il ne faut pas oublier non plus qu’une sonde électrochimique numé-rique peut être assez souvent compatible avec différents transmetteurs, alors que ce n’est absolument pas possible avec une sonde optique numérique.comme le laisse supposer tout ce que l’on vient de lire jusqu’à présent, l’utilisateur qui recherche des sondes d’oxygène dissous in-dustrielles doit veiller à se poser plusieurs questions qui tournent principalement au-tour de son application elle-même. « Le pre-mier critère porte sur les teneurs en oxygène dissous qui devront être mesurées : jusqu’à une dizaine de ppm (eau potable, fermenteurs…) et pour les traces infé-rieures au ppm (eaux de chaudières, de boissons, iner-tage…), on privilégie la méthode ampérométrique ; pour les eaux usées, ce sont plutôt les sondes optiques », résume Sébastien crozet (Emerson Process Management France).L’une des raisons tient à ce que la durée de vie des sondes électrochimiques est plus lon-gue en présence d’eau “propre”, en plus de

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industries privilégient les électrodes de Clark parce qu’elles sont moins chères », poursuit Sébastien crozet (Emerson Process

Management France). Si le prin-cipe optique a été développé à l’origine pour les applications

d’eaux usées, l’essentiel des fabri-cants s’accorde à dire que l’on va

de plus en plus vers une démocra-tisation de la méthode dans les pro-

cess industriels… même s’il y a en-core des progrès à faire.

Après la concentration en oxygène dissous, l’utilisateur doit porter une attention parti-culière aux conditions de son process : la température, la pression, éventuellement le débit du fluide, la présence de particules, etc. dans le cas d’une pression trop importante, par exemple, l’utilisation d’une détente ne doit pas occulter les aspects d’étanchéité afin d’éviter la moindre fuite. en plus des gran-deurs physiques traditionnelles, il faut éga-lement s’assurer que la sonde résiste bien aux produits corrosifs (acide, soude, par exemple) ou à la vapeur d’eau sous pression, qui sont utilisés dans les cycles de nettoyage en place (NeP ou Cleaning-in-Place [cIP]) et/ou de stérilisation (SeP ou Sterilization In Place [SIP], autoclavage).comme on parle ici de l’agroalimentaire et de la pharmaceutique, n’oublions pas les agréments propres à ces secteurs, à ceux liés à une utilisation en zones explosives (Atex), etc. en termes d’installation, il n’y a pas de points spécifiques à préciser, si ce n’est que l’utilisation de cannes d’immersion coudées à l’extrémité permet d’éviter la présence de bulle, et que « l’accès aux sondes d’oxygène dissous doit rester aisé, surtout dans les bassins de stations d’épuration où la présence de boues collantes nécessite un nettoyage très fréquent », conclut Olivier Pichon (Endress+Hauser France).

Cédric Lardière

Parmi les documents utilisés pour cet article, citons le “HandBook de l’oxygène dissous. Un guide pratique pour les mesures d’oxygène dissous” du fabricant YSI environmental, distribué en France par AnHydre.(1) L’électrode polarographique de Clark doit son nom au professeur américain Leland Clark qui l’a inventé en 1956.(2) La cinétique d’un mécanisme de désactivation photochimique intermoléculaire (fluorescence, par exemple) est régie par l’équation de Stern-Volmer.

Les opérations de maintenance bénéficient de l’arrivée du numérique dans les sondes d’oxygène dissous. La mémoire intégrée permet par exemple d’enregistrer les données d’étalonnage et de les rendre disponibles au transmetteur sur le site.

MESURES 840 - décembre 2011 - www.mesures.com

L’étalonnage d’une sonde d’oxygène dissous est à première vue une opération simple. Il suffit de sortir le capteur du process et de le mettre à l’air libre. La valeur ainsi obtenue, via l’équilibre avec la pression partielle du dioxygène dans l’air (210 mbar), permet de définir un premier point, le 100 % par rapport à l’état de saturation dans l’air. Pour déterminer la pente de la courbe du capteur, un second point est nécessaire, à savoir la valeur à 0 %. En laboratoire, les opérateurs peuvent utiliser des solutions “zéro oxygène”, mais cette deuxième mesure n’est pas faite hors laboratoire par manque de moyen adéquat sur site, sans toutefois poser de problèmes particuliers. Voilà pour ce qui est d’une situation idéale ou presque sur site. Assez souvent, il n’est en effet pas possible de sortir la sonde du process, ou à la condition d’une immobilisation de plusieurs heures du process, le temps nécessaire pour que les molécules d’O2 disparaissent de l’électrolyte d’une sonde de Clark. D’où les différents développements des fabricants de sondes électrochimiques (voir ci-contre). Au-delà de la qualité des mesures, l’étalonnage a une aussi une incidence plus ou moins forte sur le quotidien des opérateurs, notamment au travers de la fréquence d’étalonnage. Mais si l’on y regarde de plus près, l’étalonnage de sonde d’oxygène dissous n’est plus aussi évident qu’il n’y paraît et on peut se poser pas mal de questions : « Comment se comporte une molécule d’oxygène dans l’eau ? Quels sont les échanges avec l’eau ? Les ions dissous se répartissent-ils de manière homogène ? Nous avons en fait peu d’informations sur le sujet », explique Antonin Sofia, coordinateur de la commission technique “analyseurs électrochimiques industriels” (AEI) de l’Association des exploitants d’équipements de mesure, de régulation et d’automatismes (Exera).

L’étalonnage en question

Les sondes d’oxygène dissous, électrochimique et optique (comme la COS22D d’Endress+Hauser), intègrent de plus en plus une électronique dans leur tête. Convertisseur A/N et filtres

fournissent ainsi un signal de sortie numérique et non plus analogique.

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Documents

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