Instruments de mesure et métrologie

L’analyseur d’ozone

La mesure de l’ozone repose sur le principe de spectrométrie, l’ozone étant une espèce qui absorbe dans l’UV. L’air est prélevé en continue au moyen d’un système de pompage et introduit dans une chambre de mesure où un rayonnement UV est émis par une lampe à vapeur de mercure. Un détecteur (spectromètre UV) mesure alors l’atténuation de l’intensité du faisceau lumineux entre un air purifié (sans ozone) et l’air ambiant ce qui permet de déterminer les concentrations ambiantes d’ozone (schéma ci-après).

Ce système est complètement automatisé et possède une bonne sensibilité dans les mesures. Les résultats sont exprimés en ppb ce qui exprime une fraction volumique (1 partie par milliard de volume) que l’on peut convertir ensuite en µg d’O3/m3 d’air.

Illustration 1 : Schéma du fonctionnement de l’analyseur d’ozone

L’analyseur de NOx

La mesure des NOx repose sur la chimiluminescence c’est-à-dire sur l’émission d’un photon après une réaction chimique.

L’échantillon d’air considéré doit être divisé en 2 de manière à avoir la même concentration dans les deux échantillons (même volume). Dans un premier temps, on introduit l’échantillon dans une chambre de réaction où la concentration en ozone est en excès.
La réaction NO + O3 → NO2 + O2 + restitue une partie de l’énergie de la réaction sous forme de lumière, qui est directement proportionnel à la concentration initiale en NO et est mesuré ensuite par un photomultiplicateur.

Le second échantillon est préalablement introduit dans un convertisseur chauffé à haute température où tous (NOx) sont convertis en NO. Ce volume ne contenant plus que du NO passe par les mêmes étapes que précédemment en subissant la réaction NO + O3 → NO2 + O2 + où le rayonnement lumineux mesuré sera directement proportionnel à la concentration initiale en NOx.

Illustration 2 : Schéma du fonctionnement d’un analyseur de NOx

Les résultats sont exprimés en ppb. Si les mesures de NO sont précises et fiables avec cette technique, celles pour le NO2 sont sujettes à de nombreuses interférences.

La station météorologique (HUND)

SMAP 7 regroupe également des instruments de mesure afin d’évaluer les conditions météorologiques. La station météorologique est constituée d’une sonde de température, d’un hygromètre qui détermine l’humidité relative de l’air et d’un baromètre pour la mesure de la pression atmosphérique. La vitesse du vent et sa direction sont évaluées par une hélice couplée avec une girouette. De plus, un pluviomètre recueille l’eau de pluie et permet de quantifier les précipitations.

Illustration 3 : station météorologique

Illustration 4 : pluviomètre

Le TEOM

Le TEOM est une microbalance qui mesure la concentration massique des particules. Il fournit ainsi des résultats en µg/m3. On enregistre la fréquence de vibration d’une plaque d’impaction et puis on suit ensuite la variation de sa masse et connaissant le volume prélevé par unité de temps on en déduit la concentration massique. Cet appareil est très sensible et permet des mesures continues et automatiques. En revanche, il est sensible à l’humidité ce qui peut induire des pertes par volatilisation.

Le TEOM est équipé d’une tête de prélèvement PM10 ce qui permet de connaître la concentration massique des PM10 dans l’atmosphère.

Le ceilomètre

Le ceilomètre permet de mesurer la hauteur de la couche limite atmosphérique (couche de l’atmosphère directement en contact avec la surface terrestre), de la base des nuages et des précipitations. Connaître la hauteur de la couche limite est essentielle pour expliquer les concentrations des polluants dans l’atmosphère.

L’appareil est basé sur le principe du LIDAR (Light Detection And Ranging) qui consiste en l’émission pulsée d’un faisceau laser en direction du ciel. A chaque tir, les photons rétro-diffusés par les cibles (aérosols, gouttes) sont captés par les télescopes puis transmis à de puissants photomultiplicateurs. Les photons rétrodiffusés et leur temps d’arrivée permettent de déterminer l’altitude des cibles rétro-diffusantes.

L’OPC (Optical Particule Counter)

Un OPC mesure le nombre de particule par gamme de taille (distribution granulométrique). Pour cela, il mesure la lumière diffusée par les particules selon la théorie de Mie. On utilise ponctuellement l’OPC pour l’étude des épisodes de pollution afin d’avoir une information plus précise sur la taille des particules. De manière complémentaire, on utilise des préleveurs sur filtre pour connaître la composition chimique des particules et ainsi remonter à leurs sources potentielles.