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

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

Unités de concentration de dioxyde de carbone (CO2)

Les unités de concentration de dioxyde de carbone CO2 et généralement de tous les gaz et mélanges peuvent être exprimées en deux unités. Les classiques sont les pourcentages. Ainsi, le rapport de la concentration du composant à la concentration du mélange entier, multiplié par 100, exprime la concentration en pourcentage du volume (%Vol.). Pour les gaz toxiques, de petites concentrations sont déjà dangereuses. Il serait toutefois peu pratique de les exprimer en centièmes ou millièmes de pourcent. 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 au total. 

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 goût. À faibles concentrations, il est couramment présent dans l'air. Le CO2 est aujourd'hui un sujet très discuté du point de vue du réchauffement climatique. Des concentrations dix fois plus élevées sont mesurées dans le cadre de la qualité de l'air dans les bureaux, les hôpitaux ou les écoles. À des concentrations accrues de CO2, combinées à une température et une humidité élevées, des pertes d'attention, de la fatigue et des troubles du sommeil peuvent survenir. Cependant, lors de la fermentation, des concentrations de dioxyde de carbone d'un ordre de grandeur supérieur se forment. 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 en résulte qu'il se maintient et s'accumule au niveau du sol. Cette propriété importante doit être prise en compte lors de l'installation de capteurs et de détecteurs de gaz. Les normes établies prescrivent le réglage des points d'alerte. La directive de la Commission européenne fixe la limite d'exposition maximale sur le lieu de travail TWA. Pendant 8 heures, la concentration de dioxyde de carbone ne doit pas dépasser 5000 ppm. La limite à court terme de 15 minutes n'est pas prescrite dans la directive. Pour évaluer la qualité de l'air, il est nécessaire de suivre la norme 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 à vin, il se forme principalement lors de la fermentation. Lors du processus de fermentation, les sucres sont transformés en l'absence d'air (fermentation anaérobie) en éthanol et dioxyde de carbone.

Pour la bière, selon la formule de Balling, 0,9565 g de CO2 est produit à partir de 2,0665 g d'extrait fermentescible. La jeune bière ne retient le CO2 que dans une quantité limitée. La plupart du CO2 est donc libéré dans l'espace et tombe ensuite au sol. La plus grande quantité de dioxyde de carbone est produite lors de la fermentation principale, puis lors de la fermentation secondaire. De même, lors de la fermentation pour la production de vin, une grande quantité de dioxyde de carbone s'échappe dans l'espace. Il est nécessaire de protéger les travailleurs des brasseries et des vignobles contre l'intoxication par ce gaz.

Système de détection du dioxyde de carbone CO₂

Le système de détection du dioxyde de carbone CO₂ doit assurer principalement un fonctionnement sûr des brasseries et des vignobles. Dans de nombreuses petites exploitations viticoles, il est encore courant d'allumer une bougie, qui s'éteint en cas d'accumulation d'une grande quantité de CO2. Une approche moderne et toujours abordable pour assurer la sécurité se compose de capteurs individuels avec des capteurs optiques NDIR, d'une centrale d'évaluation et d'une signalisation optique ou sonore. 

Les capteurs optiques NDIR fonctionnent sur le principe de la loi de Beer-Lambert, où certaines longueurs d'onde de la lumière infrarouge sont absorbées par les molécules du gaz mesuré.

Le capteur se compose de deux tubes de mesure. Dans les deux, il y a une lampe infrarouge et un détecteur infrarouge. Dans un tube, il y a un gaz de référence, généralement de l'azote, et dans l'autre, le gaz mesuré. Les longueurs d'onde capturées du gaz mesuré sont comparées à celles de référence. 

Le dioxyde de carbone est plus lourd que l'air, il reste donc au sol. Cela signifie que les capteurs doivent être installés aussi près que possible du sol. En général, 10 à 20 cm au-dessus du sol est l'emplacement idéal. Les capteurs individuels envoient ensuite en continu un signal avec la concentration mesurée à la centrale dans l'armoire de commande. La centrale évalue ensuite toutes les concentrations et active la ventilation ou la signalisation d'alerte. 

Le réglage des seuils de commutation de la centrale est en lien avec la législation et la quantité de dioxyde de carbone émise lors de la fermentation. La directive de la Commission européenne 2006/15/EC fixe les limites d'exposition maximales pendant les heures de travail. Selon cette directive, il est permis d'atteindre une concentration de 5000 ppm de CO2 pendant 8 heures.

Le dépassement à court terme de la concentration doit être surveillé pour des raisons de sécurité. Le raccordement des éléments d'alerte et d'autres éléments de sécurité aux différents seuils d'alerte doit être évalué individuellement pour chaque application. Divers éléments tels que des ventilateurs, des sirènes, des balises et des panneaux d'avertissement peuvent être connectés aux différents seuils de commutation. En connectant un bouton, il est possible de tester la commutation de l'ensemble du système. 

Lorsque le seuil d'alerte de 5000 ppm est atteint, la centrale active le système de ventilation qui y est connecté, puis à 15 000 ppm, la signalisation d'avertissement s'allume, à 25 000 ppm, la signalisation sonore se déclenche et à 30 000 ppm, des panneaux lumineux avertissent les personnes de ne pas entrer dans la pièce. 

Le capteur de concentration E2618-CO2-50K est membre de la nouvelle gamme d'instruments de mesure multifonctionnels PluraSens®. Pour une utilisation dans les brasseries et les vignobles, il est fourni avec un capteur optique NDIR compensé en température avec une plage de 0-50000 ppm CO2.

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

La centrale de détection de CO2 est disponible en version pour 10 capteurs ou pour 6 capteurs. La centrale est conçue pour collecter et évaluer les informations des capteurs individuels du système de détection. Le réglage de la centrale est adapté à l'utilisation dans des applications individuelles. 

Le panneau lumineux LED SVN 500 est l'une des périphéries possibles pour le système de détection de dioxyde de carbone dans les brasseries et les vignobles. En cas de dépassement de la concentration dangereuse pour la santé du gaz toxique surveillé, le système de détection transmet l'information et allume le panneau d'avertissement. Le corps du SVN 500 est constitué d'un profil en aluminium avec un traitement de surface anodisé, de parois en plexiglas rouge (translucide) et argenté (opaque) et de flancs en plastique noir. Le panneau lumineux LED peut être fixé à l'intérieur comme à l'extérieur.