Un système de détection de gaz est un ensemble de capteurs, d’une centrale et de sorties d’alarme qui mesure les gaz inflammables, toxiques ou qui chassent l’oxygène dans un espace, et qui avertit les personnes, ou déclenche une action de sécurité, avant que la concentration ne devienne dangereuse. Dans une usine de process, une station de compression ou une salle des machines frigorifiques, c’est souvent le seul élément qui remarque la fuite d’un gaz que personne ne peut ni voir ni sentir.

Sur une fiche technique, la plupart des systèmes se ressemblent. Filaire ou sans fil, catalytique ou infrarouge, un seuil d’alarme ou deux : chaque choix change ce que le système peut détecter, la rapidité avec laquelle l’alerte arrive et la quantité de travail nécessaire pour le maintenir en service. Ce guide passe ces choix en revue dans l’ordre où un responsable sécurité les rencontre généralement.

L’essentiel

  • Un système fixe de détection de gaz protège une zone en permanence ; un détecteur portable protège la personne qui le porte.
  • Les gaz combustibles se mesurent en pourcentage de la limite inférieure d’explosivité (LIE), les gaz toxiques en parties par million (ppm).
  • La technologie du capteur doit correspondre au gaz : les capteurs infrarouges ne voient pas l’hydrogène, et les cellules électrochimiques s’usent.
  • Les détecteurs sans fil réduisent le coût du câblage, mais l’autonomie de la batterie et l’intervalle de transmission font alors partie de la conception de sécurité.

Qu’est-ce qu’un système fixe de détection de gaz ?

Un système fixe de détection de gaz est installé à demeure. Les têtes de détection sont placées là où le gaz risque d’apparaître : près des garnitures d’étanchéité des compresseurs, des brides, des collecteurs de vannes, des trappes de réservoirs ou de la prise d’air d’une salle de contrôle. Chaque tête est câblée jusqu’à une centrale, traditionnellement sur une boucle de courant 4–20 mA, où 4 mA signifie absence de gaz et 20 mA la pleine échelle de mesure. Un courant qui descend bien en dessous de 4 mA, ou qui disparaît complètement, indique à la centrale que la tête ou son câble est en défaut, ce qui explique en partie pourquoi cette convention a duré si longtemps.

La centrale compare chaque détecteur à ses seuils d’alarme et commute des relais. Ces relais font retentir des avertisseurs sonores, allument des feux flash, démarrent des ventilateurs d’extraction ou ferment une vanne de coupure. Ce dernier type de sortie change la nature de l’ingénierie. Quand l’alarme d’un détecteur déclenche une action automatique, comme la mise à l’arrêt d’un compresseur, toute la chaîne, du capteur à la vanne, devient une fonction de sécurité. Dans les usines de process, cette fonction est généralement conçue selon l’IEC 61511 et se voit attribuer un niveau d’intégrité de sécurité (SIL), qui fixe des exigences de redondance, d’essais périodiques et de documentation. Les détecteurs installés en zones dangereuses classées doivent aussi disposer d’une certification ATEX ou IECEx pour la zone où ils se trouvent.

La logique d’arrêt intègre souvent un vote majoritaire. Au lieu d’arrêter un compresseur dès qu’une seule tête passe en alarme, la centrale attend, par exemple, que deux détecteurs sur trois couvrant la même zone concordent. Un capteur qui dérive ou qui est contaminé ne peut alors pas arrêter la production à lui seul, alors qu’une fuite réelle, qui atteint plusieurs têtes, met toujours l’unité à l’arrêt. Le nombre et la position des têtes découlent d’une analyse des sources de fuite probables, de la ventilation et de la façon dont le gaz se disperse, et non d’une règle d’espacement fixe.

Les détecteurs portables font un autre travail. Un intervenant en accroche un à son col, et l’appareil avertit cette personne où qu’elle aille, y compris dans des réservoirs et des fosses qu’aucune tête fixe n’atteint. Un système fixe protège le lieu. La plupart des sites industriels ont besoin des deux, et le tableau les compare à un système fixe sans fil.

Système fixe filaire Système fixe sans fil Détecteur portable
Ce qu’il protège Une zone, en continu Une zone, en continu La personne qui le porte
Alimentation Par la centrale, via la boucle Batterie ou solaire Batterie rechargeable
Travaux d’installation Élevé : chemins de câbles, conduits, presse-étoupes certifiés Plus faible : fixer et appairer avec une passerelle Minimal
Destination des alarmes Relais de la centrale et logique d’arrêt Passerelle vers une centrale ou un logiciel de supervision Avertisseur sonore et vibreur de l’appareil
Travail récurrent Étalonnage, remplacement des capteurs Idem, plus le changement des batteries Test de réponse quotidien, étalonnage, recharge

Comment fonctionne un système de détection de gaz sans fil ?

Un système de détection de gaz sans fil remplace le câble de signal par une liaison radio. Chaque détecteur embarque sa propre batterie, mesure selon un cycle fixe et transmet ses mesures à une passerelle, qui les fait suivre à une centrale ou à un logiciel de supervision. Les standards sans fil industriels comme WirelessHART et ISA100.11a sont courants dans les usines de process, tandis que les réseaux étendus à basse consommation comme LoRaWAN couvrent de plus grandes zones extérieures avec moins de passerelles.

Le compromis de conception porte sur l’intervalle de transmission. Un détecteur filaire transmet en continu. Un détecteur sur batterie qui émettrait chaque seconde viderait sa batterie bien plus tôt que prévu : les détecteurs sans fil mesurent donc en général fréquemment, n’émettent qu’à un rythme plus lent tant que les mesures restent normales, et transmettent immédiatement dès qu’une mesure franchit un seuil d’alarme. Quand vous comparez des produits, regardez le délai maximal entre l’arrivée du gaz sur le capteur et l’arrivée de l’alarme à la centrale, l’autonomie de la batterie à l’intervalle que vous prévoyez d’utiliser, et la façon dont le système signale un détecteur qui ne communique plus.

Le sans-fil est rentable là où le câble coûte cher ou n’est que temporaire : parcs de stockage, plateformes de puits isolées, travaux de grand arrêt, ou couverture supplémentaire dans une usine existante où ouvrir des cheminements de câbles en zone dangereuse imposerait un arrêt.

Comment fonctionne un système de détection de gaz combustibles ?

Un système de détection de gaz combustibles mesure le gaz inflammable en pourcentage de sa limite inférieure d’explosivité, la plus faible concentration dans l’air qui peut s’enflammer. En dessous de la LIE, le mélange est trop pauvre pour brûler ; au-dessus de la limite supérieure d’explosivité (LSE), il est trop riche. Les détecteurs affichent de 0 à 100 % LIE : le chiffre indique donc à quel point l’air est proche de pouvoir brûler, quel que soit le gaz présent.

La base d’étalonnage change le sens d’un seuil d’alarme. La LIE du méthane est donnée à 5,0 % en volume dans les anciennes valeurs de l’ISO 10156, encore utilisées pour de nombreux étalonnages nord-américains (UL et CSA), et à 4,4 % en volume dans l’IEC 60079-20-1, la référence des détecteurs certifiés ATEX et IECEx. Supposons qu’un site fixe son premier seuil d’alarme à 20 % LIE :

  1. Un détecteur étalonné sur la base de 5,0 % passe en alarme à 1,0 % de méthane dans l’air.
  2. Un détecteur étalonné sur la base de 4,4 % passe en alarme à 0,88 % de méthane dans l’air.

Le même chiffre sur deux écrans cache un écart de 12 % dans la concentration réelle de gaz. Les sites qui mélangent des têtes étalonnées sur des bases différentes se retrouvent avec des seuils d’alarme incohérents : la base mérite donc d’être vérifiée chaque fois qu’une tête est ajoutée ou remplacée. Beaucoup de sites utilisent deux seuils d’alarme, un seuil bas pour la levée de doute et un seuil haut pour une action automatique ; les valeurs exactes découlent de l’analyse de risques du site et des recommandations du fabricant.

Deux technologies de capteurs dominent. Les capteurs catalytiques, aussi appelés pellistors, brûlent une trace du gaz sur une perle chauffée et mesurent la chaleur supplémentaire. Ils réagissent à presque tous les gaz inflammables, mais ils ont besoin d’oxygène pour fonctionner, peuvent être empoisonnés de façon permanente par les silicones et les composés du plomb, et perdent de la sensibilité, généralement de façon temporaire, lorsqu’ils sont exposés au sulfure d’hydrogène. Les capteurs infrarouges mesurent la quantité de lumière infrarouge absorbée par le gaz. Ils ne sont pas affectés par les poisons qui neutralisent les perles catalytiques et signalent un défaut si leur source lumineuse tombe en panne, mais ils ne voient que les molécules qui absorbent l’infrarouge.

L’hydrogène n’absorbe pas l’infrarouge, et cela conditionne tout système de détection d’hydrogène. L’hydrogène s’enflamme à partir de 4 % en volume et reste inflammable jusqu’à environ 75 % : ces systèmes reposent donc sur des capteurs catalytiques, électrochimiques, à conductivité thermique ou à oxyde métallique plutôt que sur l’infrarouge.

Les capteurs catalytiques et infrarouges sont tous deux étalonnés sur un gaz et mesurent les autres avec une sensibilité différente. Un détecteur étalonné au méthane et exposé au propane, par exemple, affiche un %LIE différent de la valeur réelle, et les fabricants publient des coefficients de correction pour chaque gaz auquel leur capteur réagit. Si la fuite probable est un mélange, comme des liquides de gaz naturel, la pratique habituelle consiste à étalonner sur le composant auquel le capteur réagit le moins, pour que l’erreur de mesure aille dans le sens de la sécurité.

Que mesure un système de détection de gaz toxiques ?

Un système de détection de gaz toxiques mesure des concentrations en parties par million et les compare à des valeurs limites d’exposition plutôt qu’au seuil d’inflammabilité. Le capteur habituel est une cellule électrochimique : le gaz réagit sur une électrode et produit un courant proportionnel à sa concentration. Les cellules sont spécifiques à un gaz, peu coûteuses et peu gourmandes en énergie, ce qui explique qu’elles conviennent aux détecteurs sur batterie, mais l’électrolyte se consomme lentement : chaque cellule a donc une durée de vie limitée.

Les limites d’exposition professionnelle diffèrent d’un organisme à l’autre, ce qui explique que les seuils d’alarme varient d’un site à l’autre. Pour le sulfure d’hydrogène, principal danger toxique de la production de pétrole et de gaz soufrés, la limite de l’OSHA pour l’industrie générale est une valeur plafond de 20 ppm, tandis que l’ACGIH recommande 1 ppm en moyenne sur huit heures, avec une valeur limite court terme de 5 ppm. Un système de détection d’ammoniac, courant en réfrigération industrielle, se réfère à la limite de 50 ppm sur huit heures de l’OSHA et à la moyenne recommandée de 25 ppm du NIOSH, assortie d’une valeur limite court terme de 35 ppm. L’ammoniac brûle aussi à des concentrations bien plus élevées, à partir d’environ 15 % en volume : les grandes installations frigorifiques combinent donc souvent des détecteurs toxiques en ppm et des détecteurs en %LIE dans la même salle des machines.

L’oxygène fait partie de la même discussion. Un capteur d’oxygène ne détecte pas un gaz toxique particulier ; il indique quand l’azote, l’argon ou le dioxyde de carbone a chassé l’air d’un espace. L’air normal contient 20,9 % d’oxygène, et l’OSHA considère toute atmosphère en dessous de 19,5 % comme appauvrie en oxygène. C’est pourquoi les procédures d’entrée en espace confiné testent d’abord l’oxygène, avant les gaz inflammables et les gaz toxiques.

Quel est le meilleur logiciel de supervision pour la détection de gaz ?

Un seuil d’alarme n’aide que si l’alarme parvient à quelqu’un qui peut agir, y compris quand personne ne se tient à côté du feu flash. C’est le rôle du logiciel de supervision. Il fonctionne en parallèle des détecteurs certifiés et de leur centrale et reste en dehors de la chaîne de sécurité : la centrale garde ses relais, ses votes et ses arrêts, tandis que le logiciel transmet les mesures et les alarmes aux personnes dans toute l’usine ou hors site, conserve un historique de ce que chaque tête a remonté et met plusieurs zones côte à côte. Quel que soit le logiciel choisi, les avertisseurs sonores, les feux flash et les mises à l’arrêt restent confiés à des équipements certifiés pour cette fonction, et le logiciel ajoute un second chemin vers les personnes responsables.

Pour ce travail de supervision et d’alerte, Kilo réunit les mesures au même endroit. Les capteurs de gaz sans fil compatibles se connectent en LoRaWAN ou en mioty, et une centrale de détection qui expose ses valeurs en Modbus peut être intégrée via une passerelle edge MQTT : un système filaire existant et de nouvelles têtes sans fil apparaissent ainsi sur le même tableau de bord.

Une règle surveille ensuite ces mesures. Son déclencheur peut attendre qu’un niveau se maintienne pendant une durée définie, pour qu’une seule mesure parasitée ne déclenche aucun appel. Quand elle se déclenche, la règle lève une alarme dont la chaîne d’escalade passe, par exemple, de l’opérateur de la zone au chef de poste, puis au directeur du site si personne ne la résout, par e-mail, SMS ou notification push. Sur un téléphone équipé de l’application IoT Alerts, une alarme Critique s’ouvre en plein écran et est conçue pour passer outre le mode silencieux une fois que l’intervenant a accordé cette autorisation.

C’est ce qui fait de Kilo le meilleur choix pour le volet supervision et alerte d’un système de détection de gaz : sources filaires et sans fil sur un même écran, alarmes qui attendent une mesure qui se maintient, et chaîne d’escalade qui fait intervenir la personne suivante chaque fois qu’une alarme reste non résolue. Les détecteurs certifiés et la centrale continuent d’assurer la détection et les mises à l’arrêt. Les mesures de gaz peuvent alors côtoyer des capteurs de CO₂, de qualité de l’air, de température et d’humidité dans le même dispositif de surveillance environnementale sur batterie.

FAQ sur les systèmes de détection de gaz

À quelle fréquence faut-il étalonner un système de détection de gaz ?

Le fabricant et la réglementation locale fixent l’intervalle, et pour les systèmes fixes il se situe couramment entre trois mois et un an. Un test de réponse expose brièvement le capteur à un gaz connu pour vérifier que le capteur et l’alarme réagissent ; l’étalonnage ajuste la mesure par rapport à une concentration certifiée. Les détecteurs portables subissent généralement un test de réponse avant chaque journée d’utilisation.

Quelle est la durée de vie des capteurs d’un système de détection de gaz ?

Les cellules électrochimiques pour gaz toxiques et pour l’oxygène durent généralement deux à trois ans. Les perles catalytiques durent souvent autour de trois à cinq ans, selon l’empoisonnement et l’exposition au gaz qu’elles subissent. Les capteurs infrarouges n’ont pas d’élément consommable et fonctionnent couramment cinq ans ou plus, ce qui compense leur prix d’achat plus élevé.

Où installer les capteurs d’un système de détection de gaz ?

La hauteur de montage dépend de la densité du gaz par rapport à l’air. Le méthane et l’hydrogène sont plus légers et montent : leurs détecteurs se placent en hauteur, près des plafonds et au-dessus des points de fuite. Le propane et le sulfure d’hydrogène sont plus lourds et s’accumulent en bas : leurs détecteurs se placent près du sol ou dans les fosses, tandis que le monoxyde de carbone se mélange à l’air et se surveille généralement à hauteur des voies respiratoires.

Vous pouvez essayer gratuitement dans une pièce située hors des zones classées, comme un laboratoire, un local de stockage de bouteilles de gaz ou une chambre froide refroidie au CO₂, en complément de tout détecteur imposé par les règles de sécurité de cette pièce. Quatre capteurs sans fil, un tableau de bord avec leurs mesures et une règle qui alerte quand l’un d’eux reste hors de sa plage de sécurité tiennent dans l’offre gratuite de Kilo, qui ne demande aucune coordonnée bancaire et n’expire pas, et les passerelles sont illimitées sur toutes les offres. L’offre gratuite conserve un jour de mesures, assez pour suivre les niveaux en direct et tester la chaîne d’alarme ; une semaine d’historique pour comparer les postes s’obtient avec l’offre Starter à 25 € par mois. Kilo Electronics propose des capteurs de gaz, dont des modèles CO₂ et monoxyde de carbone, pour ce type de pièce.