ISO 19701:2005

NORME ISO
INTERNATIONALE 19701
Première édition
2005-06-15
Méthodes d'échantillonnage et d'analyse
des effluents du feu
Methods for sampling and analysis of fire effluents

Numéro de référence
©
ISO 2005
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Méthodes d'échantillonnage. 1
2.1 Considérations générales. 1
2.2 Considérations spéciales . 2
2.3 Échantillonnage en utilisant des solutions d'absorption de gaz. 3
2.4 Échantillonnage utilisant des tubes de sorption solides . 5
2.5 Prélèvement pour l'analyse spectrométrique ou spectrophotométrique . 6
2.6 Échantillonnage à l'aide de sacs à gaz. 7
3 Méthodes analytiques pour les gaz «narcotiques» (asphyxiants) . 8
3.1 Monoxyde de carbone par spectroscopie infrarouge non dispersive (NDIR). 8
3.2 Dioxyde de carbone par spectroscopie infrarouge non dispersive (NDIR). 9
3.3 Oxygène par paramagnétisme . 11
3.4 Cyanure d'hydrogène . 12
4 Méthodes analytiques pour les gaz et les vapeurs «irritants» . 19
4.1 Chlorure d'hydrogène et bromure d'hydrogène. 19
4.2 Fluorure d'hydrogène. 23
4.3 Oxydes d'azote. 29
4.4 Acroléine. 33
4.5 Formaldéhyde . 37
4.6 Aldéhydes totaux par colorimétrie. 41
4.7 Dioxyde de soufre par chromatographie ionique à haute performance (HPIC). 43
4.8 Ammoniac. 45
4.9 Composés antimoniques par spectrophotométrie d'absorption atomique (AAS) ou
spectrométrie d'émission plasma par couplage inductif (ICP). 49
4.10 Composés de l'arsenic par spectrophotométrie d'absorption atomique (AAS) ou
spectrométrie d'émission plasma par couplage inductif (ICP). 50
4.11 Phosphore par spectrométrie d'émission plasma par couplage inductif (ICP) . 52
4.12 Phosphates. 53
5 Méthodes analytiques pour les particules . 57
5.1 Considérations générales. 57
5.2 Concentrations en particules/détermination gravimétrique . 57
5.3 Distribution de la taille des particules. 58
Annexe A (informative) Autres composés présentant un intérêt. 59
Annexe B (informative) Tubes colorimétriques pour la détection de produits chimiques. 61
Annexe C (informative) Méthodes quantitatives instrumentales . 62
Bibliographie . 81

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 19701 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 92, Sécurité au feu, sous-comité SC 3, Dangers
pour les personnes et l'environnement dus au feu.
Cette première édition de l'ISO 19701 annule et remplace la première édition de l'ISO/TR 9122-3:1993, qui a
fait l'objet d'une révision technique.
iv © ISO 2005 – Tous droits réservés

Introduction
L'analyse des gaz de combustion utilisée dans l'évaluation des risques toxiques et de menace sur la vie, ainsi
que pour d'autres utilisations (par exemple l'impact sur l'environnement) est un grand défi pour l'analyste. Les
atmosphères de combustion sont par nature des environnements hostiles. Des températures dépassant
1 000 °C sont courantes, l'atmosphère peut être chargée de particules solides et liquides et la phase gazeuse
peut elle-même contenir de nombreuses espèces corrosives, toxiques et irritantes, ainsi que des quantités
relativement élevées d'eau condensable.
Ces propriétés sont largement incompatibles avec la plupart des méthodes analytiques instrumentales, où un
échantillon «propre» est requis. Cela pose de nombreux problèmes pour la qualification et la quantification
des espèces et particules chimiques en atmosphères de combustion. Pour qu'un échantillon présenté à
l'instrument de mesure soit toléré, il peut être nécessaire de filtrer les particules et d'éliminer d'autres espèces.
Les pertes dans le système de prélèvement doivent donc être quantifiables et prises en compte dans
l'analyse finale.
Des techniques pour mesurer les espèces chimiques in situ existent également, cela fera l'objet d'un futur
document.
Les méthodes décrites dans les Articles 3, 4 et 5 ont été employées avec succès par un certain nombre de
laboratoires. Des études de répétabilité et de reproductibilité de plusieurs méthodes couvertes dans la
[11]
présente Norme internationale ont été décrites dans la NF X 70-100-1 .
Pour les méthodes qui impliquent l'utilisation d'un instrument commercial, l'incertitude sur les valeurs
mesurées peut être estimée à partir des données du fabricant et de toute autre information, par exemple la
répartition des pertes dans le procédé de prélèvement. Pour d'autres méthodes, l'incertitude sur les valeurs
mesurées peut se produire à cause de diverses raisons, telles que la sensibilité à la force des réactifs ou la
visibilité d'un point final en colorimétrie. Dans ces cas-là, il est supposé que des pratiques d'excellence sont
appliquées par le personnel qualifié.
La présente Norme internationale est structurée de la façon suivante.
⎯ L'Article 2 décrit les méthodes de prélèvements.
⎯ L'Article 3 décrit les méthodes analytiques pour les gaz définis comme «narcotiques» (agents
asphyxiants) en atmosphères de combustion: monoxyde de carbone, dioxyde de carbone et acide
cyanhydrique. L'oxygène est également inclus.
⎯ L'Article 4 décrit les méthodes d'analyses d'importants gaz irritants dans l'atmosphère de combustion.
⎯ L'Article 5 couvre l'analyse des particules, même si des méthodologies détaillées de quantification de
masse, de nombre, de densité et de dimension des particules feront l'objet d'un document séparé.
⎯ L'Annexe A fournit des conseils succincts pour l'analyse de plusieurs autres espèces intéressantes
présentes dans les atmosphères de combustion, pour lesquelles il n'existe souvent pas de méthodes
bien documentées.
⎯ L'Annexe B décrit brièvement l'utilisation de tubes colorimétriques à aspiration de composés chimiques.
⎯ L'Annexe C est un sommaire des principales méthodes instrumentales disponibles pour l'analyse de gaz
d'incendie, étendant ainsi les informations fournies dans les différents articles, pour chaque espèce
chimique.
NORME INTERNATIONALE ISO 19701:2005(F)

Méthodes d'échantillonnage et d'analyse des effluents du feu
PRÉCAUTIONS DE SÉCURITÉ — L'attention doit être attirée sur le fait que les gaz de combustion à
analyser d'une part, et les nombreux réactifs utilisés pour leurs analyses d'autre part, peuvent être
toxiques et présenter des risques sanitaires sérieux. Il est donc admis que les modes opératoires
décrits dans ce document seront effectués par un personnel professionnel qualifié, ayant en
conséquence une formation adéquate en risques d'hygiène et de sécurité, associés à de telles
analyses, ainsi qu'en règles d'hygiène et de sécurité qui sont en vigueur. L'attention doit également
être portée à l'élimination sans danger et écologiquement acceptable de tous les produits chimiques
utilisés pour les analyses. Cela peut exiger un traitement poussé avant l'élimination des déchets dans
l'environnement. On admet de nouveau dans ce document que le personnel responsable de
l'élimination de tels réactifs en toute sécurité est adéquatement formé dans ces techniques et est au
courant des règlements d'hygiène et de sécurité en vigueur.
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale présente un éventail de techniques de prélèvement et de méthodes
chimiques analytiques appropriées à l'analyse des différentes espèces chimiques en atmosphères de
combustion. Les modes opératoires concernent l'analyse d'échantillons extraits d'un appareil ou d'un
écoulement d'effluent à partir d'un appareil d'essai au feu ou d'un modèle physique d'essai au feu, mais il ne
rend pas compte de la nature spécifique de l'essai de combustion.
2 Méthodes d'échantillonnage
2.1 Considérations générales
Le prélèvement est peut-être la partie la plus critique des modes opératoires, pour l'analyse des gaz dans les
effluents du feu. Alors que, dans d'autres domaines, le prélèvement et l'analyse sont couramment utilisés pour
de nombreuses espèces, le prélèvement dans les atmosphères de combustion présente des problèmes peu
communs et difficiles.
L'échantillon présenté à l'analyseur doit être aussi représentatif que possible de l'atmosphère d'essai, sans
modification provoquée par le système de prélèvement. Il convient que le mode opératoire de prélèvement
influence le moins possible l'atmosphère d'essai (par exemple par appauvrissement du volume d'essai). Il
convient que le mode opératoire de prélèvement soit aussi peu compliqué que possible, tout en incorporant
tous les dispositifs nécessaires détaillés dans la présente Norme internationale. Le mode opératoire de
prélèvement doit être capable de fonctionner avec un blocage minimal des lignes de prélèvement, avec fusion
ou autre perturbation des sondes minimale, et sans permettre la condensation des espèces à analyser.
Il convient que les unités de concentration en gaz utilisées soient en fraction volumique, par exemple en
–4 –4
pourcentage volumique ou en pourcentage volumique × 10 [pourcentage volumique × 10 = parties par
million (ppm), une unité d'un emploi déconseillé], plutôt qu'en poids/volume (par exemple milligrammes/mètre
cube). Le comportement d'un gaz idéal est admis pour les gaz et les concentrations rencontrés. Il convient
que la température des gaz soit mesurée au point de prélèvement, afin de permettre une correction à
appliquer au volume prélevé. Il convient qu'un filtrage approprié et efficace soit maintenu afin de protéger les
appareils de mesure.
IMPORTANT — Il est important de comprendre que l'exactitude globale de l'analyse des espèces
issues des effluents du feu dépend en grande partie des modes opératoires de prélèvement adoptés,
en particulier la quantification des pertes dans les sondes, les lignes de prélèvement et les systèmes
de filtrage.
2.2 Considérations spéciales
Il existe de nombreux facteurs influençant directement le type spécifique de modes opératoires de
prélèvement choisi, afin de s'assurer qu'un échantillon adapté est fourni à l'analyseur. Par exemple, les
critères de sélection doivent inclure la plage des concentrations prévues, les limites de détection, la réactivité
des espèces présentant un intérêt, la présence d'interférences et les valeurs maximales et moyennes de
concentration. Le prélèvement de l'atmosphère, extrêmement complexe et produite lors de la combustion,
exige une évaluation très complète de tous les facteurs potentiels qui affecteraient les conditions optimales de
collecte et d'analyse de l'échantillon.
Le grand nombre des différents produits fréquemment rencontrés dans les effluents du feu exige souvent
l'utilisation de plusieurs approches et de plusieurs méthodes de prélèvement, afin d'assurer une identification
et une quantification précises des produits de combustion. Le mode opératoire d'échantillonnage choisi
dépendra également des instruments et des méthodes analytiques disponibles pour les espèces spécifiques à
mesurer.
L'échantillonnage peut comporter l'analyse continue en ligne (par exemple infrarouge non dispersive) ou
non continue avec prélèvement en lots d'échantillons (par exemple échantillon dans un ballon sous vide ou
barboteur). Le prélèvement en lots peut être encore subdivisé en deux catégories:
a) échantillonnage «instantané»;
b) échantillonnage «moyen» (ou intégré).
Bien qu'il n'y ait aucune distinction nette entre les catégories a) et b), on admet généralement que les
échantillonnages instantanés concernent les échantillons prélevés sur des périodes de temps courtes (c'est-
à-dire < 1 min en général), tandis que les échantillonnages intégrés sont en général prélevés sur une période
de temps plus longue (soit une partie significative de la période d'essai totale).
Dans certains cas, l'échantillonnage en ligne continu ou semi-continu ou l'échantillonnage instantané peuvent
être très bien adaptés pour suivre les changements rapides de l'environnement de combustion et ils fourniront
un suivi représentatif des concentrations. Cependant, il arrive souvent que les limites minimales de détection
des espèces chimiques présentant un intérêt exigent de plus grands volumes d'échantillons que ceux obtenus
en utilisant ces techniques. Si cette limitation analytique existe, le prélèvement doit être fait sur une période
de temps plus longue. Bien que l'utilisation de plus longues périodes de prélèvement permette l'analyse à des
concentrations inférieures, cette approche comporte certaines limitations. Par exemple, ces types de
prélèvement permettent uniquement la détermination de la concentration moyenne intégrée, obtenue au cours
de la période de prélèvement, mais ils ne rendent pas compte des changements brusques de concentration
des espèces présentant un intérêt. Cependant, des changements brusques de concentration peuvent
également être indétectables avec les échantillons obtenus par prélèvement instantané, s'ils ne sont pas
prélevés suffisamment fréquemment.
Quand les modes opératoires de prélèvement en lots sont employés, il est important de spécifier la fréquence
de prélèvement, l'heure de prélèvement de chaque échantillon et le temps total du prélèvement. Ces
informations sont essentielles afin d'assurer une bonne évaluation des données en conjonction avec les
autres propriétés du feu, qui peuvent être surveillées (par exemple le dégagement de chaleur, les
températures, la perte de masse, l'évolution de la fumée, la propagation des flammes).
Les essais au feu peuvent être classés comme «petit» (taille à l'échelle du laboratoire ou de la paillasse),
«intermédiaire» ou «grand» (en général, grandeur nature). Les gaz prélevés peuvent être soit chauds, soit
proches de la température ambiante. Les gaz doivent généralement être extraits à partir de l'atmosphère
d'essai au travers de tuyaux dédiés à cet effet, à l'aide d'une pompe à aspiration. Les tuyaux en acier
inoxydable, aussi courts que possible, sont souvent utilisés. Dans le cas de production de gaz chauds, la ligne
de prélèvement doit être chauffée à une température d'au moins 100 °C. Plusieurs méthodes analytiques
exigent un échantillon séché et débarrassé de toutes les particules. La laine de verre peut être employée
(dans la plupart des cas) comme filtre de particules, avec un autre piège constitué d'un agent déshydratant
(par exemple le sulfate de calcium ou le chlorure de calcium), afin d'éliminer l'humidité. Il convient que les
pièges soient situés juste avant l'analyseur et après toutes les sections de chauffage des tubes de
prélèvement. Les pièges à refroidissement simples sont souvent insuffisants pour éliminer les quantités
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d'humidité présentes dans les effluents du feu; cependant, ils peuvent être utiles s'ils sont placés en
conjonction avec d'autres filtres et d'autres pièges. La technique de prélèvement ainsi que le système
analytique employés dicteront les exigences de débit et le besoin d'éliminer l'humidité. Il convient que des
précautions soient prises pour minimiser le volume des systèmes de filtrage, afin de réduire le temps de
prélèvement.
À l'exception du fluorure d'hydrogène (HF) et du cyanure d'hydrogène (HCN), les gaz acides doivent être
prélevés en utilisant des tubes en verre, des tubes revêtus d'époxy ou des tubes en PTFE, afin de minimiser
les pertes dues à la réactivité et à la condensation sur la surface des tubes. Pour le fluorure d'hydrogène, des
tubes revêtus de PTFE doivent être utilisés (les tubes en verre et revêtus de verre ne conviennent pas). Pour
ces espèces qui sont relativement réactives et qui sont sujettes aux pertes, les lignes de prélèvement doivent
être aussi courtes que possible et doivent être chauffées à une température suffisante pour éviter toute
condensation. Le chlorure d'hydrogène (HCl) et le bromure d'hydrogène (HBr) peuvent être adsorbés sur des
particules de suie aussi bien que sur les lignes de prélèvement de gaz (incluant les tubes en PTFE).
Pour les matériaux organiques (par exemple l'acroléine), les tuyaux en acier inoxydable sans revêtement
conviennent, mais les lignes de prélèvement doivent être chauffées afin d'éviter toute condensation. Les
pièges à particules, bien qu'habituellement nécessaires, peuvent être évités dans certains cas et il convient
de vérifier les exigences de l'instrument à cet égard.
La localisation et la taille des sondes de prélèvement sont régies par la taille de l'appareillage d'essai et les
exigences du système analytique. Cependant, le positionnement des sondes de prélèvement pour les
appareils spécifiques est au-delà du domaine d'application de la présente Norme internationale. En général,
la possibilité de stratification des gaz dans les chambres, sans mélange effectif, doit être prise en compte et il
convient d'éviter le prélèvement au voisinage des parois de la chambre d'essai.
L'étalonnage du système complet de prélèvement et d'analyse, plutôt que juste celui du système d'analyse,
est recommandé, afin de s'assurer que toutes les pertes sur le parcours de l'échantillon sont prises en compte.
Il convient que tous les étalonnages tiennent donc compte des facteurs tels que la fuite du gaz (dans et hors
des lignes de prélèvement) et l'adsorption des gaz sur les sondes, les lignes de prélèvement, les filtres et les
autres composants. Les gaz d'étalonnage sont souvent obtenus en bouteilles. Cependant, il est recommandé
de vérifier la concentration indiquée par le fournisseur par une analyse indépendante. Cela est
particulièrement vrai pour les gaz réactifs tels que HCl et HF, qui peuvent se décomposer sur des périodes de
temps relativement courtes, même dans une bouteille fermée. Le gaz d'étalonnage doit être introduit au
niveau de la sonde de prélèvement et doit parcourir le même trajet que le gaz d'essai, à travers les filtres et
les pièges, s'ils sont présents, jusqu'au système d'analyse ou au milieu de prélèvement.
2.3 Échantillonnage en utilisant des solutions d'absorption de gaz
Les absorptions de gaz en solution par l'utilisation de bouteilles de lavage de gaz, de tubes de barbotage, de
flacons laveurs, etc., se basent toutes sur le même principe. L'atmosphère d'essai est aspirée ou poussée à
travers le milieu absorbant à une vitesse mesurée pendant une période de temps spécifiée. À la fin de la
période de prélèvement, la solution est analysée pour les espèces présentant un intérêt (par exemple l'ion
chlorure pour l'absorption d'acide chlorhydrique gazeux dans l'eau). En admettant une efficacité de 100 %
(voir la discussion ci-après), il est possible de calculer la concentration des espèces en phase gazeuse,
comme étant celle mesurée en solution. Une équation typique de calcul des concentrations est donnée par
l'Équation (1):
ρ××VH×m m ×10
()
SGS
ρ = (1)
G
qt×
où
–6 1)
ρ est la concentration en gaz, exprimée en microgrammes par litre (fraction volumique × 10 ) ;
G
–6
1) Fraction volumique × 10 = parties par million (ppm), une unité d'un emploi déconseillé.
ρ est la concentration de la solution, exprimée en grammes par litre ou en moles par litre (voir H
S
pour des unités cohérentes);
V est le volume de la solution, exprimé en litres;
H est la constante des gaz représentant le volume gazeux occupé par 1 g ou par une mole de
l'espèce chimique. La valeur de 1 mole occupant 22,4 litres à 0 °C et sous une pression de
2)
101,325 Pa doit être corrigée pour une température et une pression ambiantes pendant le
prélèvement, en utilisant les lois des gaz;
m /m est le rapport de la masse atomique ou de la masse moléculaire pour les espèces en phase
G S
gazeuse, G, et les espèces en phase liquide, S, si différentes, par exemple HCl/Cl;
q est le débit du courant de gaz traversant le flacon laveur, exprimé en litres par minute;
t est la durée du débit de gaz, exprimé en minutes.
EXEMPLE Si la concentration en chlorure mesurée (Cl) en solution était de 0,006 g/l dans un volume de 0,025 l de
solution à 20 °C et sous une pression de 101,325 Pa, et si la vitesse de débit du gaz était de 0,25 l/min pendant 2 min,
alors:
0,006××0,025 0,065 9×(36,5 / 35,5)×10
ρ =
G
0,25× 2
= 203 µg/l HCl
Le volume de la solution de l'absorbeur et le débit total du gaz affectent directement le rapport des
concentrations en phase gazeuse et en phase liquide. Pour une concentration en gaz donnée, un plus petit
volume de solution et/ou un plus grand volume de gaz prélevé produiront des concentrations en solution plus
élevées. Le choix des conditions de prélèvement, incluant le volume et la vitesse de prélèvement autorisés, la
concentration en gaz dans l'atmosphère d'essai prévue, la nécessité d'un échantillonnage fréquent, etc., sera
dicté par les exigences de la technique analytique.
L'efficacité d'absorption d'un gaz dans le liquide est influencée par:
a) la solubilité du gaz dans la solution;
b) les caractéristiques physiques de l'absorbeur;
c) le rapport du débit d'écoulement du gaz au volume de solution.
Généralement, l'efficacité d'absorption est estimée empiriquement en permettant l'écoulement d'un gaz
présentant un intérêt, d'une concentration connue, à travers une série de flacons laveurs et en mesurant la
«fuite» au premier flacon laveur (c'est-à-dire ce qui est obtenu dans les autres pièges). Un autre contrôle sur
l'efficacité d'un système débit/flacon laveur donné est de mener une série d'expériences avec une
concentration connue en gaz, en utilisant différents flacons laveurs et différents débits d'écoulement.
Cependant, dans la pratique, le choix de l'appareil est limité, et les débits de gaz et les volumes de solution de
piégeage seront basés sur l'Équation (1), en tenant compte des caractéristiques connues des méthodes
d'analyse.
Il existe quatre types pour les solutions absorbeurs de gaz: les flacons laveurs simples (flacons
laveurs miniatures y compris), les absorbeurs en spirale ou hélicoïdaux, les colonnes à garnissage de perles
de verre et les tubes de barbotage frittés. Les flacons de lavage, ou flacons laveurs, fonctionnent en faisant
passer le gaz à travers un tube (possédant en général un étranglement), qui est immergé dans le liquide/la
solution de piégeage. Ce type est le plus approprié pour les gaz fortement solubles, parce que le temps de
contact entre la solution et le gaz est court et la taille des bulles est relativement grande. Pour les espèces
moins solubles, les autres absorbeurs offrent un temps de contact plus long et/ou une plus petite taille de

2) 101,325 Pa = 1 atm, une unité d'un emploi déconseillé.
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bulles (ce qui augmente la surface relative de contact). Les absorbeurs en spirale, ou hélicoïdaux, sont
construits dans des formes spéciales afin de permettre un temps de contact plus long. Le débit d'écoulement
dans ces barboteurs est limité en raison de la possibilité de débordement des solutions de piégeage à des
débits élevés. Les colonnes à garnissage de perles de verre permettent une augmentation du contact
gaz/solution en dispersant les bulles à travers un lit de perles de verre. Les débits peuvent être plus grands
que pour les absorbeurs en spirale.
Les tubes de barbotage frittés contiennent un disque fritté ou sintérisé au niveau du tube d'entrée du gaz afin
de disperser le gaz en fines bulles (la taille des bulles dépend de la porosité du fritté). Il est nécessaire
d'observer des précautions en utilisant de tels barboteurs, de sorte que le phénomène d'écumage ne se
produise pas et de sorte que la coalescence des bulles fines ne contrarie pas l'effet du fritté. D'autre part, il
est également nécessaire de filtrer les atmosphères contenant des fumées (particules ou aérosols liquides)
avant de les prélever au travers du barboteur fritté, afin d'empêcher le colmatage du fritté (ce qui peut se
produire très facilement). Un tel colmatage peut également se produire avec l'accumulation de dépôts de type
cireux. Les précautions à employer lors de la filtration des atmosphères de combustion sont discutées en 2.2.
Certaines espèces de gaz (par exemple HCl) peuvent être absorbées sur un filtre, en particulier si des
particules ont également été emprisonnées sur le filtre.
À noter que les gaz très solubles, tels que HCl et HF, peuvent entraîner un retour d'eau le long du tube de
prélèvement. Pour ces gaz, il est souvent nécessaire d'inclure un barboteur vide qui agira comme un piège à
liquide.
2.4 Échantillonnage utilisant des tubes de sorption solides
Les tubes de sorption solides constituent une méthode alternative aux absorbeurs de gaz-solution pour le
prélèvement de certains gaz des effluents du feu. Après le prélèvement, les espèces présentant un intérêt
sont désorbées dans l'eau et leur analyse peut alors être faite en utilisant une méthode similaire à celle
utilisée pour les absorbeurs en solution aqueuse.
Les avantages des tubes de sorption solides comparés aux absorbeurs en solution sont
a) la facilité de manipulation,
b) la compacité,
c) l'efficacité d'absorption élevée, et
d) la capacité d'être situé directement au point de prélèvement.
Ce dernier avantage peut avoir des conséquences dramatiques dans la mesure du HF, du HCl et du HBr
dans les effluents du feu, car ce sont des espèces qui sont facilement perdues sur les surfaces intérieures
des lignes de prélèvement. Avec les tubes de sorption solides (excepté dans des conditions de chaleur
extrême), il n'y a pas besoin de ligne de prélèvement en amont du tube de sorption lui-même. Tout le matériel
associé (par exemple les vannes, les débitmètres et les pompes) peut être situé en aval des tubes, même à
une grande distance du point de prélèvement. Cela assure que l'échantillon est aussi représentatif de
l'atmosphère du feu que possible.
Une grande expérience a été acquise avec l'utilisation des tubes de sorption solides, par exemple dans les
domaines du prélèvement atmosphérique et dans la surveillance de l'exposition du personnel sur son lieu de
travail. Des tubes similaires ont été reconsidérés pour leur utilisation potentielle dans le prélèvement
[1], [2]
d'échantillons des effluents du feu. Deux études ont été effectuées , utilisant des sorbants solides pour
mesurer certains gaz dans des incendies de bâtiments réels. Ces tubes étaient placés dans des boîtes de
prélèvement portatives, portées par des pompiers, qui combattaient réellement l'incendie. Des tubes de
[3]
conception semblable, contenant du charbon actif, avaient été utilisés pour prélever des échantillons de HF
[4]
et de HCN . Des tubes contenant des éclats d'hydroxyde de sodium pour l'absorption de gaz acides ont été
[5]
également décrits . Un mode opératoire pour les tubes de prélèvement en succession en un endroit précis
(par exemple toutes les 3 min ou 5 min), sans enlever ou remplacer les tubes, a été décrit pour le
[4]
prélèvement d'échantillons de gaz dans des incendies de taille réelle .
Le calcul de la concentration originale en gaz (par exemple HCl), à partir des espèces représentatives
–
récupérées dans la solution désorbante (par exemple Cl ), est le même que celui décrit pour les absorbants
en solution, sauf que le volume de solution est le volume de liquide désorbant. Dans la pratique, une petite
partie aliquote, au lieu de la solution entière, de la solution désorbante est souvent employée pour l'analyse,
ce facteur doit donc être pris en compte.
Les mêmes considérations qui s'appliquaient aux absorbeurs en solution, en ce qui concerne l'absorption
inefficace, la «fuite» et la relation entre volume prélevée et la concentration en gaz et en solution, s'appliquent
également à l'utilisation des sorbants solides. Au lieu de la taille des bulles, c'est la taille des particules de
l'absorbant qui est importante (les grandes particules offrent moins de superficie par unité de volume et plus
d'occasions de canalisation, des particules de plus petite taille peuvent causer l'obturation du tube lors du
prélèvement de gaz humides). Il convient que les tubes soient suffisamment petits (en général 100 mm de
longueur et 6 mm de diamètre extérieur) de façon que deux tubes puissent être facilement placés en série,
afin de permettre la possibilité de «fuite» au niveau du premier tube.
Les tubes de sorption solides sont sujets à l'obturation due à la collecte de suie. Cela peut être déterminé
pendant l'échantillonnage par une diminution du débit de prélèvement. Il convient de maintenir le même débit
au cours de la durée du prélèvement à l'aide d'un dispositif de débit constant; autrement, une erreur est
introduite dans le calcul de la concentration en gaz. Un tampon en laine de verre, inséré de manière lâche à
l'entrée du tube, réduit la tendance à l'obturation due à la suie.
La désorption thermique de l'échantillon adsorbé est également possible, cela se fait en chauffant le tube
dans un jet de gaz inerte, chassant de ce fait l'échantillon, sans avoir besoin de l'étape en solution liquide.
2.5 Prélèvement pour l'analyse spectrométrique ou spectrophotométrique
L'utilisation d'analyse spectrométrique [spectrométrie de masse directe (MS)] et d'analyses
spectrophotométriques [non dispersive à infrarouge (NDIR) et infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)] est
devenue relativement répandue ces dernières années. En particulier, les techniques de FTIR sont devenues
[6], [7], [8]
proéminentes . La mesure continue au moyen des techniques d'analyse NDIR (par exemple pour le
CO et le CO ) est maintenant si courante que plusieurs entreprises fabriquent des instruments commerciaux
conçus à cet effet.
Pour deux de ces méthodes (MS directe et FTIR), il est important que les effluents du feu soient dépourvus de
toutes les particules avant qu'ils soient introduits dans l'analyseur. Le filtre utilisé, qui est souvent placé à la
jonction de la ligne de prélèvement et de la chambre d'essai, doit être inerte, afin qu'il ne réagisse avec aucun
des gaz considérés. Une unité de filtrage en acier inoxydable contenant un filtre en fibres de verre (par
3)
exemple le microfiltre multigrade Whatman GMF150 , 1 µm, de 47 mm de diamètre) a été jugée comme
étant appropriée. La ligne d'échantillon et le filtre (et pour le FTIR également la cellule d'absorption) sont
chauffés à une température supérieure à 120 °C (des températures comprises entre 120 °C et 150 °C ont été
considérées comme étant appropriées), afin d'empêcher la formation d'eau liquide, d'empêcher la dissolution
des gaz solubles dans l'eau (par exemple le HCN et les gaz acides) et la condensation d'autres gaz.
Quand un filtre est utilisé, il est nécessaire de vérifier à quel degré les espèces présentant un intérêt ont été
retenues par le filtre. Si la rétention s'est produite, il est nécessaire d'effectuer des corrections sur les
concentrations mesurées. La quantité de matériaux retenue dépend principalement du type et de la capacité
du filtre utilisé, de la nature des espèces chimiques et du volume de gaz passé à travers le filtre.

3) Le filtre Whatman GMF150 est un exemple de produit approprié disponible sur le marché. Cette information est
donnée à l'intention des utilisateurs de la présente Norme internationale et ne signifie nullement que l'ISO approuve ou
recommande l'emploi exclusif du produit ainsi désigné.
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2.6 Échantillonnage à l'aide de sacs à gaz
Le prélèvement avec des sacs à gaz peut être employé pour la plupart des méthodes analytiques.
L'atmosphère d'essai est pompée ou on la laisse s'écouler sous pression, dans un sac à gaz à un débit
constant mesuré, pendant une période de temps mesurée, obtenant ainsi un volume connu d'échantillon dans
le sac. Il est nécessaire de filtrer les effluents du feu avant de passer dans le sac; de simples filtres de laine
de verre pour particules et des pièges à humidité en chlorure de calcium, disposés en ligne, se sont avérés
efficaces. Cependant, un absorbant en chlorure de calcium enlèvera la vapeur d'eau et les gaz solubles dans
l'eau. À la fin de la période de prélèvement, le sac peut être stocké avant d'être relié à l'analyseur, mais il est
important de savoir qu'il convient de réduire le temps de stockage au minimum, de préférence moins de 1 h.
Les gaz tels que le HF et le HCl peuvent se dissoudre dans l'eau condensée/emprisonnée et ce phénomène
réduira donc la concentration présentée à l'analyseur.
Les sacs doivent être étanches et inertes aux gaz et ceux avec une doublure en fluorure de polyvinyle (PVF)
sont recommandés.
Le Tableau 1 récapitule les méthodes analytiques et les types d'échantillons exigés pour chaque méthode
décrite dans cette norme.
Tableau 1 — Type d'échantillonnage pour les méthodes analytiques décrites
Gaz Méthode analytique Type d'échantillon pour l'analyse
Oxyde de carbone (CO) NDIR gaz
Dioxyde de carbone (CO) NDIR gaz
Oxygène (O) Paramagnétisme gaz
Acide cyanhydrique (HCN) Colorimétrie (chloramine T) solution
Colorimétrie (acide picrique) solution
HPIC solution
Chlorure d'hydrogène (HCl) ISE solution
Bromure d'hydrogène (HBr) HPIC solution
Fluorure d'hydrogène (HF) ISE solution
HPIC solution
ISE en ligne solution
Oxyde d'azote (NO) Chimiluminescence gaz
x
Dioxyde d'azote (NO) HPIC solution
Acroléine Colorimétrie solution
HPLC solution
Formaldéhyde Colorimétrie solution
HPLC solution
Aldéhydes totaux Colorimétrie solution
Dioxyde de soufre (SO ) HPIC solution
Ammoniac (NH) Colorimétrie solution
HPIC solution
Composés antimoniés AAS ou ICP solution
Composés d'arsenic AAS ou ICP solution
Phosphore ICP solution
Phosphates Colorimétrie solution
HPIC solution
3 Méthodes analytiques pour les gaz «narcotiques» (asphyxiants)
3.1 Monoxyde de carbone par spectroscopie infrarouge non dispersive (NDIR)
3.1.1 Application et limitations
La méthode fournit des possibilités d'analyse continue/de surveillance pour le monoxyde de carbone. Les
appareils d'analyse sont en général des instruments autonomes et ils contiennent des pompes de
prélèvement, un appareil de filtrage de l'échantillon, le matériel d'analyse et l'électronique. La mesure directe
de la concentration en monoxyde de carbone est généralement fournie (sous forme numérique ou
analogique) ainsi qu'une sortie pour connecter des appareils d'enregistrement. Des instruments fournissant
des analyses pour le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone dans le même boîtier sont aussi
disponibles.
3.1.2 Sensibilité et sélectivité
Les instruments disponibles peuvent mesurer l'oxyde de carbone sur une plage de concentration allant de
valeurs inférieures à 1 µl/l à plus de 50 000 µl/l (5 %), avec une résolution commune de 0,1 % de la plage
choisie. Les interférences avec les composés azotés, l'eau et le dioxyde de carbone ont été décrites.
3.1.3 Autres considérations
Les instruments à plages de concentration multiples sont disponibles pour couvrir toutes les concentrations
généralement rencontrées dans les effluents du feu, ces concentrations seront normalement supérieures à la
plage de concentration allant de 500 µl/l à 50 000 µl/l. La méthode est non destructive et l'échantillon peut être
réutilisé pour l'analyse d'autres composés, tout en tenant compte que certains composants de l'échantillon,
par exemple les particules, les gaz acides et l'eau, peuvent être perdus lors du filtrage et du prélèvement de
l'échantillon.
3.1.4 Principes d'analyse
Les instruments NDIR fonctionnent en faisant passer un faisceau de rayonnement infrarouge (IR), d'une
longueur d'onde fixée, à travers l'échantillon. La longueur d'onde IR utilisée est située dans la région
d'absorption spectroscopique principale du monoxyde de carbone (et qui ne sera pas absorbée de manière
significative par d'autres espèces). L'absorption du rayonnement est une mesure de la concentration en
monoxyde de carbone dans la cellule de l'échantillon de gaz interne. Certaines améliorations peuvent inclure
un système à «double faisceau» qui peut compenser les effets causés par des espèces interférentes et
d'autres effets.
3.1.5 Mode opératoire
Voir l'Article 2 pour les principes de prélèvement et l'Article C.2 pour les principes généraux de la méthode.
Cependant, pour l'analyse du monoxyde de carbone par NDIR, les informations spécifiques données de 3.1.6
à 3.1.9 sont appropriées.
Normalement, il suffit d'alimenter les instruments et de relier la ligne de prélèvement. Il est habituellement
commode de définir une plage de concentration pour laquelle l'analyse sera effectuée, et donc il est
souhaitable que le système d'enregistrement utilisé (par exemple un enregistreur de données) ait une
résolution suffisante pour la plage choisie.
3.1.6 Prélèvement
Il est essentiel que le courant de gaz échantillonné entrant dans l'instrument soit traité afin d'éliminer toutes
les particules en suspension et toutes les vapeurs condensables dans les conditions ambiantes. De simples
filtres, en ligne, en laine de verre et en chlorure de calcium, se sont avérés efficaces. Des débits d'écoulement
de l'échantillon d'un ordre de grandeur de quelques litres par minute sont communs, et lorsque le point de
prélèvement est situé à quelques mètres de l'instrument d'analyse, une ligne de prélèvement séparément
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pompée et chauffée, ayant un débit plus élevé, peut être employée, avec l'accès de prélèvement de
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