Mesure du dioxyde de carbone (CO2) dans les brasseries et les caves viticoles

La mesure du dioxyde de carbone (CO2) dans les brasseries et les caves viticoles devient chaque année plus simple, plus rapide et plus fiable. Lors de la fermentation de la bière, du vin et d’autres produits, du dioxyde de carbone se forme à des concentrations relativement élevées. Tout le monde se souvient certainement de la scène dans une cave ou une brasserie où une bougie brûle et ne doit pas s’éteindre. Autrefois, la bougie était justement utilisée comme détecteur simple d’une concentration dangereuse de dioxyde de carbone. 

Unités de concentration du dioxyde de carbone (CO2)

Les unités de concentration du dioxyde de carbone CO2 et, plus généralement, de tous les gaz et mélanges peuvent être exprimées à l’aide de deux unités. La plus classique est le pourcentage. Ainsi, le rapport entre la concentration du composant et la concentration du mélange total, multiplié par 100, exprime la concentration en pourcentage volumique (% vol.). Pour les gaz toxiques, de faibles concentrations sont déjà dangereuses. Il serait toutefois peu pratique de les exprimer en centièmes ou en millièmes de pour cent. C’est pourquoi l’unité ppm a été introduite. Ppm est l’abréviation du latin pars per million. Il s’agit donc d’une particule sur un million de particules de l’ensemble. 

100 % = 1 000 000 ppm

1 % = 10 000 ppm

1 ‰ = 1 000 ppm

Propriétés du dioxyde de carbone CO2

Le dioxyde de carbone est un gaz incolore, inodore et sans saveur. À faible concentration, il est naturellement présent dans l’air. Le CO2 est aujourd’hui un sujet très débattu du point de vue du réchauffement climatique. Des concentrations dix fois plus élevées sont mesurées dans le cadre du contrôle de la qualité de l’air dans les bureaux, les hôpitaux ou les écoles. En cas de concentration accrue de CO2, combinée à une température et une humidité élevées, on peut observer une baisse de l’attention, de la fatigue et des troubles du sommeil. Lors de la fermentation, il se forme toutefois des concentrations de dioxyde de carbone encore d’un ordre de grandeur supérieur, c’est-à-dire des dizaines de milliers de ppm de CO2. 

Le dioxyde de carbone est 1,5 fois plus lourd que l’air. Il a donc tendance à stagner et à s’accumuler au niveau du sol. Il faut tenir compte de cette propriété importante lors de l’installation des capteurs et des détecteurs de gaz. Les normes en vigueur prescrivent le réglage des seuils d’alarme. La directive de la Commission européenne fixe la valeur limite maximale d’exposition sur le lieu de travail TWA. Sur une durée de 8 h, la concentration de dioxyde de carbone ne doit pas dépasser 5000 ppm. La directive ne fixe pas de limite à court terme sur 15 min. Pour l’évaluation de la qualité de l’air, la norme ČSN EN 16798-3 s’applique et remplace l’EN 13779. 

Formation du dioxyde de carbone CO2 lors de la fermentation

Le dioxyde de carbone CO2 se forme dans la nature de différentes manières. Dans une brasserie et une cave viticole, il se forme principalement lors de la fermentation. Au cours du processus fermentaire, les sucres sont transformés en l’absence d’air (fermentation anaérobie) en éthanol et en dioxyde de carbone.

Pour la bière, selon la formule de Balling, 0,9565 g de CO2 sont ainsi produits à partir de 2,0665 g d’extrait fermentescible. La bière jeune ne fixe le CO2 qu’en quantité limitée. La majeure partie du CO2 est donc libérée dans l’espace ambiant puis retombe vers le sol. C’est lors de la fermentation principale que la plus grande quantité de dioxyde de carbone est produite, puis lors de la fermentation secondaire. De même, lors de la fermentation dans la production du vin, une grande quantité de dioxyde de carbone s’échappe dans l’atmosphère du local. Il est nécessaire de protéger les travailleurs des brasseries et des exploitations viticoles contre l’intoxication par ce gaz.

Système de détection du dioxyde de carbone CO₂

Le système de détection du dioxyde de carbone CO₂ a pour objectif principal de garantir la sécurité d’exploitation des brasseries et des exploitations viticoles. Dans de nombreuses petites exploitations viticoles, l’habitude bien ancrée depuis des années consistant à allumer une bougie, qui s’éteint lorsqu’une grande quantité de CO2 s’accumule, reste courante. Une approche moderne et désormais abordable pour assurer la sécurité se compose de capteurs individuels équipés de capteurs optiques NDIR, d’une centrale d’évaluation et d’une signalisation optique ou sonore. 

Les capteurs optiques NDIR fonctionnent selon le principe de la loi de Beer-Lambert, certaines longueurs d’onde du rayonnement infrarouge étant absorbées par les molécules du gaz mesuré.

Le capteur se compose de deux tubes de mesure. Chacun contient une lampe infrarouge et un détecteur infrarouge. L’un des tubes contient un gaz de référence, généralement de l’azote, et l’autre le gaz mesuré. Les longueurs d’onde absorbées par le gaz mesuré sont comparées à celles du gaz de référence. 

Le dioxyde de carbone étant plus lourd que l’air, il reste au niveau du sol. Cela signifie que les capteurs doivent être installés le plus près possible du sol. En général, une hauteur de 10 à 20 cm au-dessus du sol constitue un emplacement idéal. Les différents capteurs transmettent ensuite en continu à la centrale, installée dans l’armoire électrique, un signal correspondant à la concentration mesurée. La centrale évalue alors l’ensemble des concentrations et commande la ventilation ou la signalisation d’alarme. 

Le réglage des seuils de commutation de la centrale dépend de la législation et de la quantité de dioxyde de carbone émise lors de la fermentation. La directive de la Commission européenne 2006/15/CE fixe les limites maximales d’exposition pendant le temps de travail. Selon cette directive, une concentration de 5000 ppm de CO2 est admissible pendant 8 h.

Le dépassement de concentration à court terme doit être surveillé pour des raisons de sécurité. Le raccordement des dispositifs d’alarme et des autres éléments de sécurité aux différents seuils d’alarme doit être évalué individuellement selon chaque application. Différents équipements peuvent être raccordés aux différents seuils de commutation, tels que des ventilateurs, des sirènes, des gyrophares et des panneaux d’avertissement. Le raccordement d’un bouton permet d’effectuer un test de commutation de l’ensemble du système. 

Lorsque le seuil d’alarme de 5000 ppm est atteint, la centrale active le système de ventilation qui lui est raccordé ; ensuite, à 15 000 ppm, la signalisation d’avertissement s’allume ; au-delà de 25 000 ppm, la signalisation sonore se déclenche ; et au seuil de 30 000 ppm, des panneaux lumineux avertissant les personnes de ne pas entrer dans le local s’allument. 

Capteur de concentration E2618-CO2-50K fait partie de la nouvelle gamme d’appareils de mesure multifonctions PluraSens®. Pour une utilisation dans les brasseries et les exploitations viticoles, il est fourni avec un capteur optique NDIR à compensation de température, avec une plage de mesure de 0 à 50 000 ppm de CO2.

Les capteurs de la série E2618 constituent une solution intelligente pour les applications modernes, avec communication ModBus RS485 et deux sorties analogiques 4-20 mA/0-10 V.

La centrale de détection de CO2 est disponible en version pour 10 capteurs ou pour 6 capteurs. La centrale est destinée à la collecte et à l’évaluation des informations provenant des différents capteurs du système de détection. Le paramétrage de la centrale est adapté à l’utilisation dans les différentes applications. 

Panneau lumineux LED SVN 500 est l’un des périphériques possibles pour un système de détection du dioxyde de carbone dans les brasseries et les exploitations viticoles. Lorsque la concentration du gaz toxique surveillé dépasse un niveau dangereux pour la santé, le système de détection transmet l’information et allume le panneau d’avertissement. Le corps du SVN 500 est constitué d’un profilé en aluminium avec finition de surface anodisée, de parois en plexiglas rouge (translucide) et argenté (opaque), ainsi que de flancs en plastique noir. Le panneau lumineux LED peut être installé aussi bien en intérieur qu’en extérieur.