Surveillance du monoxyde de carbone

Le monoxyde de carbone (CO) est un gaz que vous ne pouvez ni voir, ni sentir, ni goûter, mais qui peut être dangereux pour nous et pour l'environnement. Il est produit lorsque des choses comme l'essence ou le bois ne brûlent pas complètement, surtout dans des endroits avec beaucoup de circulation ou d'activité industrielle. L'exposition à des niveaux élevés de CO peut provoquer une intoxication au CO, entraînant de graves problèmes de santé, ce qui lui a valu le nom de « Tueur Silencieux ». Bien que le CO ne soit pas la principale cause du réchauffement climatique, il contribue à perturber l'équilibre des gaz à effet de serre, exacerbant potentiellement le changement climatique. Même de faibles niveaux de CO peuvent provoquer des maux de tête et des vertiges chez les humains, et une exposition prolongée peut s'avérer assez dangereuse.

Surveiller et réduire les émissions de CO est essentiel pour créer de meilleurs environnements plus sûrs et relever des défis climatiques plus larges. Cet article présente des informations sur le monoxyde de carbone, ses sources, les niveaux permissibles dans l'air ambiant, l'impact sur la santé et l'environnement, les mesures correctives possibles, la nécessité de moniteurs de monoxyde de carbone, et différentes méthodes de surveillance du CO.

Le monoxyde de carbone est un gaz combustible sans couleur, goût ni odeur. C'est le gaz le plus courant et le plus nocif trouvé à la fois dans les environnements intérieurs et extérieurs. Il est produit par la combustion incomplète de combustibles contenant du carbone tels que le gaz naturel, l'essence ou le bois. Il est émis par diverses sources de combustion, y compris les automobiles, les centrales électriques, les feux de forêt et les incinérateurs. Les sources mobiles représentent la grande majorité des émissions extérieures de CO dans l'air ambiant à l'échelle nationale et dans les régions métropolitaines.  

Monoxyde de carbone peut également être produit par des réactions photochimiques impliquant le méthane et les hydrocarbures non-méthaniques, d'autres hydrocarbures organiques volatils dans l'atmosphère, et des molécules organiques dans les eaux de surface et le sol. Certaines sources intérieures de CO contribuent également à l'exposition globale. Le poids moléculaire du monoxyde de carbone est similaire à celui de l'air : environ 28,01 g/mole. Le monoxyde de carbone se compose d'un atome d'oxygène et d'un atome de carbone, qui sont reliés ensemble par une liaison triple consistant en deux liaisons covalentes et une liaison covalente datives. La formule chimique du monoxyde de carbone est notée CO. Il est inflammable et réagit vigoureusement avec l'oxygène, le chlore, le fluor et l'oxyde nitreux. Il est légèrement soluble dans l'eau, le sérum sanguin et le plasma.

Monoxyde de carbone dans l'atmosphère :

Le CO est naturellement présent dans l'atmosphère à des concentrations très faibles d'environ 0,05–0,1 ppm dans l'air pur, ce qui n'est pas nocif pour les humains en soi. Le CO est libéré naturellement lors d'éruptions volcaniques, d'incendies de forêt, etc. Cependant, les activités humaines sont la plus grande source d'émissions de CO, parmi lesquelles la plus grande proportion est émise par les échappements des moteurs à combustion interne des véhicules à moteur fonctionnant à l'essence et au diesel. Il reste dans l'atmosphère pendant environ deux mois et réagit finalement avec l'oxygène pour former du dioxyde de carbone.

Le monoxyde de carbone est un gaz trace dans l'atmosphère qui n'a aucun effet direct sur la température mondiale, contrairement au méthane et au dioxyde de carbone. D'autre part, il joue un rôle important dans la chimie atmosphérique et impacte la capacité de l'atmosphère à se purifier de nombreux autres polluants. En combinaison avec d'autres polluants et la lumière du soleil, il contribue au développement de l'ozone de basse atmosphère ("mauvais") et au smog urbain.

Les niveaux de monoxyde de carbone sont généralement les plus élevés pendant l'hiver, car les températures froides inhibent les processus de combustion, entraînant une formation plus élevée de CO. De plus, les conditions météorologiques pendant l'hiver piègent les polluants près du sol. L'utilisation de chaudières à gaz et de chauffages augmente en cette saison, contribuant ainsi aux émissions de CO. 

Le monoxyde de carbone (CO) est un gaz dangereux qui peut être inhalé en grandes quantités. Il peut être libéré par une variété de sources anthropiques et existe également naturellement.

Naturel

Le monoxyde de carbone est émis par des sources naturelles telles que les volcans, les feux de broussailles/de forêts, les gaz naturels libérés par les mines de charbon, le métabolisme des animaux, et même la foudre.

Anthropique

• La combustion se produit dans des véhicules commerciaux tels que les voitures, les avions, les tracteurs et les camions.
• Les industries travaillant à des températures élevées et utilisant des composés carbonés comme matières premières.
• Les sources supplémentaires incluent l'inhalation de la fumée de tabac, la combustion de biomasse pour la cuisson, des équipements ou des appareils tels que des chauffages, des barbecues, des cuisinières à gaz, des chauffe-eau à gaz, des cheminées, l'extraction de gaz en mer ou sur terre, etc.

Les concentrations de seuil décrivant la qualité de l'air en fonction des concentrations de monoxyde de carbone pour différents pays sont données ci-dessous. 

Tableau : Seuils de monoxyde de carbone (mg/m3)

• OSHA PEL : La limite d'exposition permise (PEL) actuelle de l'Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) pour le monoxyde de carbone est de 50 parties par million (ppm) de l'air (55 milligrammes par mètre cube (mg/m(3))) comme une concentration moyenne pondérée sur 8 heures (TWA) [29 CFR Table Z-1].
• NIOSH REL : L'Institut national de la sécurité et de la santé au travail (NIOSH) a établi une limite d'exposition recommandée (REL) pour le monoxyde de carbone de 35 ppm (40 mg/m(3)) comme TWA de 8 heures et 200 ppm (229 mg/m(3)) comme plafond [NIOSH 1992]. La limite NIOSH est basée sur le risque d'effets cardiovasculaires.
• ACGIH TLV : La Conférence américaine des hygiénistes industriels gouvernementaux (ACGIH) a attribué au monoxyde de carbone une valeur limite seuil (TLV) de 25 ppm (29 mg/m(3)) comme TWA pour une journée de travail normale de 8 heures et une semaine de travail de 40 heures [ACGIH 1994, p. 15]. La limite ACGIH est basée sur le risque d'élévation des niveaux de carboxyhémoglobine [ACGIH 1991, p. 229].

Cette directive met en évidence des informations importantes concernant le monoxyde de carbone pour les travailleurs, les employeurs, les médecins, les hygiénistes industriels et d'autres experts en sécurité et santé au travail qui peuvent en avoir besoin pour mener des programmes efficaces.

Impact sur la santé :

Les niveaux de CO dans l'atmosphère sont généralement normaux et peu susceptibles de causer des dommages. Lorsque ces niveaux augmentent dans un contexte intérieur ou extérieur, une variété de préoccupations sanitaires pour les individus et l'environnement émergent.

• Beaucoup de gens connaissent le monoxyde de carbone (CO) comme un gaz dangereux que l'on trouve dans les maisons, mais c'est aussi un polluant atmosphérique courant. C'est l'un des gaz les plus nocifs pour notre santé car le CO se lie à l'hémoglobine dans notre sang beaucoup plus fortement que l'oxygène, environ 200 fois plus. Cela empêche l'oxygène d'atteindre nos organes, ce qui peut entraîner des problèmes graves comme l'insuffisance organique.
• Il est particulièrement nocif pour les patients cardiaques, car il produit une carence en oxygène dans le corps. Il nous fait sentir mal, et l'un des symptômes les plus courants est le vomissement. L'empoisonnement au CO produit des symptômes grippaux souvent confondus avec la grippe. S'il n'est pas traité immédiatement, cela peut entraîner une perte de conscience et, dans de rares cas, la mort en raison des conséquences graves sur le corps.
• Les symptômes initiaux d'une intoxication au CO peuvent inclure des symptômes grippaux tels que maux de tête, vertiges, faiblesse, nausées et fatigue. En cas d'expositions prolongées ou élevées, cela peut entraîner des vomissements, une perte de connaissance et un effondrement. Cela peut mener à un coma ou à la mort si des expositions élevées se poursuivent. Les personnes atteintes de maladie coronarienne peuvent souffrir de douleurs thoraciques. 

Saviez-vous cela ? Selon le Centres pour le contrôle et la prévention des maladies, Chaque année, plus de 400 Américains meurent d'une intoxication accidentelle au CO non liée à des incendies, plus de 100 000 visitent les urgences, et plus de 14 000 sont hospitalisés.

Impact environnemental :

Le monoxyde de carbone affecte la quantité de gaz à effet de serre émis dans l'environnement. Cette altération dans l'atmosphère est liée au changement climatique et au réchauffement climatique, car l'augmentation des températures terrestres et maritimes affecte les écosystèmes, augmente l'activité tempête et cause d'autres événements météorologiques extrêmes. 

À l'échelle mondiale, le CO n'a pas d'impact environnemental substantiel. Cependant, le CO peut réagir avec d'autres contaminants de l'air à la source d'émission. Pendant l'été, il peut générer de l'ozone dangereux au niveau du sol ou s'oxyder pour former du dioxyde de carbone (CO2). Ce gaz à effet de serre important aide à piéger la chaleur dans l'atmosphère. Le CO est classé comme un agent de forçage climatique à courte durée de vie, incitant à envisager des réductions d'émissions de CO comme une stratégie possible pour atténuer les effets du réchauffement climatique.

Les réactions du CO dans l'atmosphère menant à la conversion en hydroxyde et à la formation d'ozone sont :

CO + OH ➝ CO2 + H

H + O2 ➝ HO2

HO2 + NO ➝ OH + NO2

NO2 + lumière du soleil ➝ NO + O

O + O2 ➝ O3

Total : CO + 2O2 ➝ CO2 + O3

Le CO ne peut pas être facilement éliminé par des purificateurs d'air ou d'autres méthodes ; ainsi, des mesures correctives sont le seul moyen d'éviter l'exposition dans la vie réelle. Le seul moyen de détecter et de prévenir les problèmes est de les surveiller. Pour réduire l'exposition et la création de ce gaz nocif, des mesures préventives doivent être mises en œuvre. Certaines des mesures sont mentionnées ci-dessous :

• Ventilation : Un espace bien ventilé est la technique la plus simple et la plus efficace pour lutter contre la pollution au CO. La ventilation réduit non seulement la concentration de CO mais augmente également la quantité d'air frais dans l'espace.
• Transports en commun : Utiliser les transports en commun nous permet de réduire notre empreinte carbone simplement et donc la production de CO. 
• Promouvoir l'utilisation de carburants alternatifs : De nouvelles sources d'énergie, telles que les voitures à hydrogène ou les voitures électriques, sont de bonnes alternatives aux voitures à carburant traditionnel car elles aident à minimiser les émissions de ces voitures.
• Évitez de laisser votre véhicule au ralenti trop longtemps. 
• Évitez les zones de congestion routière. Respirer un air aussi pollué au quotidien entraîne également des effets sur la santé à long terme.
• Évitez d'utiliser des appareils à combustion de carburant tels que des générateurs ou des moteurs dans des zones peu ventilées.
• De plus, une utilisation appropriée et un entretien préventif des appareils de chauffage tels que les chauffe-eau à gaz ou à eau ou tout autre appareil à combustion de gaz, de pétrole ou de charbon, etc.

Les différents principes de fonctionnement pour la surveillance du monoxyde de carbone dans l'environnement ambiant sont l'absorption infrarouge non dispersive (NDIR), le semi-conducteur et l'électrochimie.

Absorption infrarouge non dispersive (NDIR) - Le monoxyde de carbone absorbe le rayonnement infrarouge à une fréquence particulière. Lorsque l'échantillon de gaz est exposé au rayonnement infrarouge, le rayonnement infrarouge absorbé par les molécules de CO présentes dans l'échantillon de gaz est mesuré par le détecteur dans un photomètre non dispersif. Cependant, l'utilisation de ce principe dans les moniteurs de monoxyde de carbone peut entraîner la possibilité d'interférences potentielles provenant d'autres gaz qui absorbent le rayonnement infrarouge similaire à celui du CO. 

Semi-conducteur - Lorsqu'un moniteur de monoxyde de carbone basé sur un semi-conducteur en oxyde métallique est exposé à un échantillon d'air, les molécules de CO réagissent sur la surface de l'oxyde métallique du capteur et se dissocient en ions chargés qui modifient la résistance du film. Cette interaction est mesurée comme un signal et est convertie en concentration de gaz. Cependant, la consommation d'énergie de tels moniteurs de monoxyde de carbone est plus élevée par rapport à d'autres moniteurs de CO. 

Électrochimique - Les moniteurs de CO fonctionnant selon le principe électrochimique sont opérés sur la base de la diffusion du gaz de monoxyde de carbone dans le capteur, ce qui entraîne la production d'un signal électrique proportionnel à la concentration de CO. Cela permet une mesure précise même des faibles concentrations de monoxyde de carbone, ce qui est essentiel dans la surveillance du monoxyde de carbone dans des conditions ambiantes. 

[Source : https://docs.iscape.smartcitizen.me/Components/Gas%20Pro%20Sensor%20Board/Electrochemical%20Sensors/]

Oizom fournit une gamme de modules de capteurs de monoxyde de carbone (CO) pour surveiller les niveaux de CO variables en fonction de vos besoins. Nos capteurs mesurent avec précision le CO dans des conditions ambiantes, détectant des concentrations en ppb/ppm. Ce capteur surveille le monoxyde de carbone en temps réel. Ce capteur est intégré dans un boîtier métallique et des électroniques de support à ultra-faible bruit, le rendant compact et fiable. Cela permet une détection précise des gaz même à des concentrations très faibles dans l'atmosphère. Ce capteur fonctionne sur le principe électrochimique pour mesurer la qualité de l'air environnemental.

Ce capteur subit une calibration en utilisant des gaz et des outils standards pour garantir une haute sensibilité et précision. Chaque capteur de gaz est calibré avec des vérifications de zéro et d'intervalle dans un laboratoire contrôlé, conformément à la section 12.2 du manuel d'assurance qualité de l'EPA pour les systèmes de mesure de la pollution de l'air Volume II. La calibration est réalisée en utilisant des normes de gaz traçables NIST pour des performances fiables.

Le module de capteur CO est intégré dans des systèmes de surveillance de la qualité de l'air extérieur comme Polludrone, AQBot et Odosense. Il est idéal pour des applications telles que la surveillance des campus, les villes intelligentes, les industries, les usines de traitement des eaux usées, les routes, les projets de recherche et les évaluations des impacts environnementaux. En utilisant ce module de capteur, les utilisateurs peuvent s'assurer qu'ils reçoivent des données précises et en temps réel sur les niveaux de CO, facilitant ainsi la surveillance et la gestion efficaces de la qualité de l'air dans divers environnements.

1. Compact : Nos capteurs sont petits et faciles à installer, parfaits pour une utilisation dans n'importe quel espace, ce qui les rend idéaux pour la surveillance portable de la qualité de l'air. Les capteurs de CO sont précalibrés et peuvent être facilement remplacés en quelques minutes en retirant et en remplaçant l'ancien capteur par un nouveau. 
2. Durable : Le capteur de CO a une longue durée de vie de presque deux ans.
3. Énergie Efficace : Il n'est pas nécessaire de s'inquiéter de la consommation d'énergie car nos capteurs sont non seulement précis mais aussi écoénergétiques. Alimentés par seulement 3,3 à 5V pour un rendement efficace et fiable !
4. Technologie de capteur en interne : Oizom applique des algorithmes avancés de traitement des données pour compenser les effets de la température et de l'humidité sur la sortie du capteur. L'algorithme est conçu pour se mettre à jour automatiquement en fonction des conditions météo et des changements saisonniers, supprimant leur influence sur la performance du capteur. Les algorithmes avancés compensent également l'effet des gaz croisés sensibles.
5. Électronique à Ultra-Bas Bruit : La conception du module de capteur est cruciale pour des mesures précises. Chaque capteur est logé dans un boîtier en métal avec une électronique à ultra-bas bruit et une carte PCB de base. Le boîtier en métal protège le capteur et l'électronique des interférences électromagnétiques, empêchant les lectures fausses.
6. Conforme à la directive RoHS : Nos capteurs sont conformes aux critères RoHS de restriction des substances dangereuses dans les appareils électriques et électroniques.

• Le monoxyde de carbone peut être libéré par presque n'importe quelle source de combustion, comme les véhicules, les appareils à gaz tels que les chauffages à gaz, les générateurs, les chaudières dans des endroits fermés, et de nombreuses sources communes présentes partout, ajoutant aux niveaux de monoxyde de carbone déjà dans l'atmosphère.
• Le CO ne peut pas être senti ou goûté et ne peut pas être vu, il reste donc indétectable par les humains même à des niveaux plus élevés, en faisant un « tueur silencieux ».
• S'il y a trop de monoxyde de carbone dans l'air, cela peut endommager vos installations, équipements et produits. L'excès de CO peut accélérer la corrosion à haute température par un processus chimique connu sous le nom de poussière métallique, réduisant la durée de vie des pipelines, des ventilateurs, des automobiles et d'autres équipements métalliques. De grandes quantités de monoxyde de carbone peuvent également interférer avec des instruments délicats tels que des capteurs et des appareils électroniques, compromettant la qualité de vos produits.
• La surveillance du CO est un moyen efficace de prévenir l'intoxication au CO. Elle aide à détecter l'accumulation des niveaux de monoxyde de carbone et alerte lorsqu'un certain niveau est dépassé. 
• La surveillance en temps réel du monoxyde de carbone aide à calculer l'indice de qualité de l'air pour fournir des avis de santé et formuler un plan d'action pour respecter les normes.  
• En raison de la législation étatique, comtale et locale, les dispositifs de surveillance du monoxyde de carbone sont désormais requis dans la plupart des lieux de travail. Même dans les états sans mandats explicites, les pays et les villes ont fréquemment des réglementations sur la qualité de l'air.