1. Capteurs à chauffage catalytique (GX-SE, GX-CFC, GX-B...)

Une plaque d'oxyde d'étain chauffée à un peu plus de 300 °C constitue la partie supérieure d'un diviseur de tension. Lorsque des molécules de gaz entrent en collision avec elle, sa résistance diminue et la tension du capteur augmente. Durant la phase de chauffage, la tension du capteur fluctue considérablement, ce qui explique pourquoi les dispositifs d'avertissement ignorent toute tension entrante pendant les 3 à 5 premières minutes. Un courant plus élevé est également nécessaire pendant cette période. Les dispositifs dotés d'un affichage indiquent « préchauffage ».

2. Capteurs infrarouges NDIR (feux de circulation CO2, GX-D...)
Un capteur infrarouge non dispersif détecte le dioxyde de carbone (CO2) par une méthode optique. Le CO2 a la propriété d'atténuer la lumière infrarouge d'une longueur d'onde très spécifique (environ 4 μm). À l'intérieur du capteur, une LED infrarouge émet à travers un filtre en verre, et cette lumière est ensuite dirigée vers un capteur de luminance infrarouge à travers la chambre de mesure. Moins la lumière atteignant ce capteur est importante, plus la concentration de CO2 dans la chambre de mesure, reliée à l'air extérieur par une membrane étanche à l'humidité, est élevée. Les capteurs à double faisceau utilisés par Schabus mesurent également le flux lumineux de la LED infrarouge afin de compenser les erreurs de mesure dues au vieillissement des sources lumineuses. Un microcontrôleur puissant gère le processus et génère soit une tension de capteur correspondant à la concentration de CO2, soit une modulation de largeur d'impulsion (GX-D250), soit un signal UART direct. Ces données sont ensuite analysées, affichées et traitées par les différents dispositifs d'alerte, qui peuvent déclencher une alarme sonore et/ou actionner un relais.

3. Capteurs électrochimiques (GX-C1pro, GX-C...)
Un capteur électrochimique détecte le monoxyde de carbone (CO) par réaction chimique avec de l'eau pure. Ce capteur se compose principalement d'un réservoir d'eau, relié à l'air extérieur par un disque de charbon actif et un orifice minuscule. La réaction du CO avec l'eau (H₂O) produit du CO₂, de l'hydrogène et deux électrons libres. Le nombre d'électrons permet ainsi une mesure directe de la concentration de CO et peut être mesuré par ampérométrie. Le courant électronique est de l'ordre du nanoampère, environ 1,5 nA/ppm de CO. Par conséquent, un tel capteur ne peut être connecté directement à un dispositif d'alarme ; l'électronique de mesure doit être placée au plus près du capteur et présenter une sensibilité et une précision extrêmes. Des amplificateurs opérationnels convertissent le signal en une tension calibrée, qui est ensuite traitée par un convertisseur analogique-numérique (CAN) dans un microcontrôleur 32 bits. Elektrotechnik Schabus a mené à bien le développement de cette cellule de mesure, testée par TÜV Süd selon la norme DIN 50291. Le système a été certifié pour sa stabilité et sa précision, et tous les dispositifs d'alerte au CO proposés utilisent cette cellule de mesure avec le capteur électrochimique.

Commençons par le gaz de ville, qui n'existe plus sous cette forme. Produit par gazéification du charbon, il contenait une proportion relativement élevée de monoxyde de carbone, un gaz toxique (voir page 74). Le gaz de ville a été disponible jusqu'à la fin des années 1970 environ, et à Berlin-Ouest jusqu'au milieu des années 1990. Il a été progressivement remplacé par le gaz naturel, moins toxique. Cette transition a nécessité des modifications des installations de combustion, notamment l'utilisation de joints et de vannes différents. L'appellation « gaz de ville » reste courante, c'est pourquoi nous désignons encore notre détecteur de gaz inflammables comme un détecteur de gaz de ville et de gaz naturel (SE). Le gaz naturel, celui que nos services publics et nos fournisseurs de gaz distribuent aujourd'hui pour le chauffage, l'eau chaude et la cuisson, est un gaz naturel, principalement un sous-produit de la production pétrolière, mais provenant également de gisements de gaz naturel pur ne produisant pas de pétrole. Le principal composant du gaz naturel est le méthane, un gaz hautement inflammable, qui représente jusqu'à 90 % de son volume. Outre le butane et le propane, le gaz naturel contient des traces de composés soufrés, d'éthane, de CO₂, de gaz rares, d'azote et de vapeur d'eau. Une fois extrait, il est purifié des substances toxiques et inutilisables telles que l'eau, le sulfure d'hydrogène et le dioxyde de carbone avant d'être injecté dans notre réseau de distribution. Cependant, il est préalablement mélangé à des composés soufrés, les thioéthers ou les alcanethiols, pour lui conférer son odeur caractéristique, que nous percevons naturellement comme l'odeur du gaz. Sans ces additifs, le gaz naturel serait inodore. Tout gaz inflammable vendu doit être mélangé à ces substances pour développer son odeur. Nous possédons donc déjà le meilleur détecteur de gaz : notre nez. Heureusement, celui-ci n'est pas toujours situé précisément là où le gaz pourrait s'échapper accidentellement. C'est notamment le cas aux différents points de raccordement de notre conduite de gaz, au point de transfert, à la vanne de gaz, au compteur et directement au niveau du système de chauffage, de la cuisinière ou de la chaudière. Ici, généralement dans les buanderies, mais aussi dans la cuisine, directement au niveau de la cuisinière à gaz, les détecteurs de fuites de gaz de ville et de gaz naturel d'Elektrotechnik Schabus entrent en jeu. Ils détectent immédiatement les fuites de gaz et signalent tout défaut de canalisation par une alarme sonore et perçante. Si nécessaire, ils coupent l'alimentation d'une vanne d'arrêt magnétique pour stopper toute nouvelle fuite. Le gaz naturel étant principalement composé de méthane, un gaz très léger, il est plus léger que l'air et monte immédiatement lorsqu'il s'échappe. C'est pourquoi un détecteur GX-SE doit être installé en hauteur pour détecter le gaz au plus vite. Cependant, il ne doit pas être placé tout en haut, mais plutôt à environ 30 cm du plafond, car il existe un espace mort dans les angles. L'air emprisonné dans les angles et sur les bords du plafond ne peut s'échapper et repousse le gaz. Le gaz contenu dans les bouteilles (butane/propane) étant plus lourd que l'air, le détecteur est placé entre 15 et 30 cm du sol.

Il existe un terme appelé « limite inférieure d'explosivité », abrégé LIE et exprimé en pourcentage. Un mélange air-gaz ne devient explosif que lorsqu'il atteint 100 %. Il est important de comprendre que la quantité pure de gaz libéré n'est pas le facteur déterminant, contrairement au CO, facilement exprimable en ppm. D'autres facteurs entrent également en jeu, notamment la température, l'humidité et la teneur en oxygène, car la combustion nécessite impérativement de l'oxygène ; sans lui, il n'y a pas de combustion. Une humidité élevée signifie une moindre présence d'oxygène, et une température élevée signifie moins de particules dans la pièce susceptibles de réagir entre elles. Nos capteurs SE prennent en compte ces trois facteurs et les convertissent en une tension détectée par les dispositifs d'alarme. Ainsi, si une seule molécule est détectée, ou plus réalistement… z.BSeul un niveau de 3 % de la LIE (Limite Inférieure d'Explosivité) déclenche une alarme, mais aucun client n'accepterait un tel comportement à long terme. Jusqu'à 5 % de la LIE, les fausses alarmes sont plus fréquentes qu'on ne le penserait pour un défaut sur une conduite de gaz. Les capteurs sont techniquement capables de détecter ces niveaux, mais qui souhaite une alarme lorsque des pots de peinture ou de vernis ouverts dégagent des gaz ou qu'une personne passe devant le capteur avec des ongles fraîchement vernis ou du parfum ? Les solvants, parmi de nombreuses autres substances domestiques courantes, sont très similaires aux hydrocarbures présents dans le gaz de ville et le gaz naturel et sont détectés tout aussi efficacement par les capteurs. Plusieurs des nombreuses normes DIN relatives à la détection du gaz naturel dans les zones résidentielles recommandent une alarme au plus tard lorsque la limite de 20 % de la LIE est atteinte. Nos capteurs détectant également le gaz de pétrole liquéfié (GPL à forte proportion de butane et de propane), nous avons convenu d'un seuil d'alerte précoce de 12 % de la LIE. Ce seuil permet de prévenir les dangers à temps, tout en étant suffisamment tolérant pour éviter les fausses alarmes fréquentes. Et, bien sûr, dans les limites de la norme.

D’où provient le monoxyde de carbone ? Qui l’a mélangé à mon gaz ? Que se passe-t-il dans notre corps lorsque nous inhalons du CO (monoxyde de carbone) ?

Le monoxyde de carbone n'est pas fourni. Il est produit lors de toute combustion en l'absence d'oxygène. Chaque molécule de gaz (z.BLe méthane (CH4) nécessite deux molécules d'oxygène (O2) pour sa combustion complète. Cette combustion produit deux molécules d'eau (H2O) et une molécule de dioxyde de carbone (CO2), bien moins dangereuse qu'une molécule de monoxyde de carbone (CO). Le méthane est un gaz inflammable qui s'enflamme facilement. En cas d'insuffisance d'oxygène, deux molécules de gaz peuvent consommer une molécule d'oxygène, produisant ainsi du monoxyde de carbone et de l'hydrogène.

CH4 + 2 O2 -----> CO2 + 2 H2O (réaction complète)
ou
2 CH4 + O2 -----> 2 CO + 4 H2 (incomplet)

L'oxygène doit être présent en quantité suffisante au point de combustion, et non pas simplement dispersé dans la pièce. Cela explique aisément la production de monoxyde de carbone (CO) dans la quasi-totalité des appareils à combustion (chaudière, système de chauffage, etc.). Un gicleur obstrué par la poussière suffit à en être la cause. De même, une maison rénovée avec une isolation épaisse peut en être la cause. On le remarque facilement lors d'une inspection visuelle de la combustion si l'on observe une composante jaune dans la flamme. Une combustion complète, avec suffisamment d'oxygène, produit toujours une flamme bleue, même si la composante jaune n'est pas toujours facile à repérer. Le méthane n'est qu'un exemple parmi d'autres ; cela s'applique également à toutes les autres combustions, comme celles du butane, du propane, du fioul, du papier, du carton, du bois et des granulés. Toute combustion nécessite une quantité suffisante d'oxygène !

Chaque cellule de notre corps utilise l'oxygène pour fonctionner correctement. Nous inhalons l'oxygène, qui se fixe à l'hémoglobine (globules rouges) dans les alvéoles pulmonaires et est transporté aux cellules par la circulation sanguine. C'est là que se produit la combustion : la molécule d'oxygène se détache du globule rouge et la molécule de dioxyde de carbone (CO₂) résultant de cette combustion (complète) se fixe à nouveau au globule rouge pour être transportée vers les poumons en vue de son expiration. Cependant, lorsque nous inhalons du CO₂ présent dans l'air, cela pose problème. L'hémoglobine ne reconnaît que l'atome d'oxygène (O) du CO₂ et s'y lie environ 300 fois plus fortement qu'à l'oxygène pur. La cellule ne peut pas utiliser le CO₂ et le renvoie aux poumons pour l'expiration. Toutefois, aucun échange n'a lieu à ce niveau car un atome d'oxygène (O) est déjà fortement lié à l'hémoglobine ; nous n'exhalons tout simplement pas le CO₂. Ce phénomène se produit généralement après une vingtaine de minutes. Le CO s'accumule dans le sang à chaque respiration, tandis que le nombre de globules rouges capables d'absorber l'oxygène diminue progressivement. C'est ce qui rend le monoxyde de carbone toxique. Le manque d'oxygène empêche les cellules de fonctionner. v.aLe système nerveux central, le cœur et le cerveau sont touchés ; la personne ressent de la fatigue, s’endort et, dans le pire des cas, meurt d’asphyxie malgré la respiration. En cas d’intoxication aiguë au monoxyde de carbone, seul l’oxygène pur est efficace, idéalement administré en caisson hyperbare.