Méthodes optiques de détection et mesure des pollutions et des ...

La maîtrise de l’innovation
© BERTIN TECHNOLOGIES / BT.D46.C / Janvier 2009 / Dir. Communication / 01.39.30.60.50.
Méthodes optiques de détection et
mesure des pollutions et des déchets
Stéphane Senac
Préparé pour Club innovation d’Éa éco-entreprises
du mercredi 8 juin 2011

Sommaire
Aperçu rapide de Bertin Technologies
BT.D46.C
Technologies optiques appliquées à l’environnement / l’offre Bertin
Technologies
Spectroscopie Laser pour l’environnement :
Zoom sur la Détection de contaminants par LIBS / LIF
Zoom sur le Tri optique de déchets par LIBS
05020-980-SL018-A
07/06/2011 - Confidentiel
2

Bertin :
Plus de 50 ans d’innovation technologique
BT.D46.C
> 1956
> 1965
> 1975
> 1992
> 1999
> 2007
> 2009
Création de
Bertin et Cie par
l’ingénieur
d’exception
Jean Bertin
Aérotrain
Silencieux
d’échappement
pour centrales
nucléaires
Premier automate
de séquençage du
génome humain
Modélisation du
lanceur ARIANE V
Collecteur
d’aérosols
biologiques
Détecteur de gaz
chimiques par
imagerie
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Bertin Technologies et Bertin Pharma :
sociétés du Groupe CNIM
CNIM : CHIFFRES CLÉS S 2009
Chiffre d’affaires consolidé
~ 580 M€
BT.D46.C
Effectif groupe
Implantation
3 350 personnes
21 pays dans le monde
SECTEURS
ENVIRONNEMENT
ÉNERGIE
INNOVATION
& SYSTEMES
• Eco-parcs
• Unités de valorisation de
déchets ménagers et industriels
• Traitement des fumées
• Maintenance et rénovation de
chaudières industrielles
• Traitement de l’air et de l’eau
• Energie Solaire
• CNIM /Division Systèmes Avancés
: Energie nucléaire et Industrie
• Bertin
CNIM couvre tout le cycle de
vie du produit
> R&D
> Ingénierie
> Fabrication
> Installation
> Exploitation et SAV
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Bertin Technologies en bref
500 collaborateurs dont plus de 400 ingénieurs, biologistes et pharmaciens
BT.D46.C
Secteurs d’activités
Implantations
Sciences du Vivant
22%
Industrie &
Services
10%
Énergie & Environnement
21%
Défense &
Sécurité
32%
Aéronautique &
Espace
15%
Montigny
le Bretonneux
Orléans
Pessac
Tarnos
Blagnac
Aix
Electronique
Optique
Traitement du signal
Mécanique
Effectif : 61 personnes
Notre métier : Étude, expertise, développement de produits innovants
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5

Exemple de développement dans le domaine de
l’optique et de la chimie : Second Sight
Détection de gaz chimique par
imagerie infrarouge
BT.D46.C
Second Sight :
Facile d’utilisation
Large champ de vision
Alerte précoce et observation en
temps réel
Détection de nuage de gaz
à l’extérieur (vidéo en temps réel)
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BioAérosols
(diamètre typique
particules : 1 – 5 µm)
Coriolis ® : biocollecteur durci pour le théâtre
d’opération
Prélève et concentre tous les pathogènes
aériens (charbon, peste, etc.)
Produit un échantillon liquide compatible
avec tout type d’analyse
BT.D46.C
Coriolis ® MS : Caractéristiques
spécifiques pour les applications militaires
Coriolis ® FR : dédié aux premiers
secours
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Technologies optique pour l’environnement chez
Bertin Technologies
INDUSTRIE CHIMIQUE ET PETROCHIMIQUE
Télédétection de gaz par imagerie multispectrale IR
Alerteur chimique pour la détection de Toxiques industriels (absorption IR
/ FTIR)
BT.D46.C
SANTE / PHARMACIE / AERONAUTIQUE
Biocollection associée à de l’identification biologique (procédé
d’immunoagglutination et lecture par voie optique)
Traitement de l’air par couplage de rayonnement UV et photocatalyse
ENVIRONNEMENT / RECYCLAGE
Détection de polluants, contamination de surfaces par spectroscopie
laser (LIF, LIBS, Raman) => contrôle de contamination Biologique et ou
chimique
Tri des déchets par LIBS : polymères, métaux, réfractaires
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Spectroscopie laser pour l’environnement
Analyse par spectroscopie laser
BT.D46.C
LIF : Laser Induced Fluorescence
Spectroscopie Raman
LIBS : Spectroscopie de plasma induit par
laser(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)
Zoom sur quelques Exemples d’applications
Contamination chimique et biologique
Tri des déchets
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LIF et Spectroscopie Raman sur surfaces contaminées
Agent
Raie (cm -1 )
Gain
BT.D46.C
GA
2198
10
GB
723
3
GD
740
1
HD
1292
16
L
1554
475
VX
1098
24
DMMP
712
1
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10

Détection de contaminants par LIBS (Cl,P,F,S….)
4000
3500
Chlore
800
Phosphore
BT.D46.C
Intensité (u.a.)
3000
2500
2000
1500
Intensité (u.a.)
700
600
500
400
Phosphore
1000
825 830 835 840 845 850
Longueur d'onde (nm)
Simulant de moutarde à l’azote
300
252.0 252.5 253.0 253.5 254.0 254.5 255.0 255.5 256.0
Longueur d'onde (nm)
Simulant de sarin
Under sudy :
Raman / LIF / LIBS
Double pulse LIBS
Many surfaces
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Spectroscopie Raman en deep UV : influence de l’excitation
BT.D46.C
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Contamination biologique de surface : exemple de travaux par LIBS
BT.D46.C
Figure 1 : ACP sur bactéries, protéine et surface seule (M1A, M1B et M1C)
Figure 1 : D escripteur SF Fe en fonction de SF Na
Figure 1 : ACP sur MS2, CpGV et surface seule (M1A, M1B et M1C)
Figure 1 : D escripteur SF K en fonction de SF N
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Développement de la spectroscopie de plasma induit par laser
Principes Physiques :
Génération d’un plasma par
focalisation d’une impulsion laser
Atomes et ions excités dans le
plasma : émission de lumière
Raies spectrales émises
caractéristiques des éléments
présents
Analyse spectrale permet de
remonter à la composition
élémentaire
Intensité des raies émises liée à la
concentration (mesure
quantitative)
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• Exemple spectre matrice Zr
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BT.D46.C

AVANTAGES DE LA TECHNIQUE
AVANTAGES
Presque tous les éléments du tableau de
Mendeleïev peuvent être analysés
Mesure sans préparation d’échantillon
Compatible solide, liquide, gaz
Analyse rapide et temps réel (=>Possibilité
Intégration sur ligne de Production)
Méthode non destructive
Mesure sans contact à distance
Mesure dans environnement contraint ( Haute
Température ..)
BT.D46.C
LIMITES
Mesure ponctuelle
Limite de détection de l’ordre du ppm à quelques
dizaines de ppm (suivant les éléments)
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De la R&D à la production…
Partenariat avec le CNRS (LP3)
100
BT.D46.C
Proportion (%)
10
1
0,1
N e
C
C+
C 2
H
H+
H 2
N
N+
N 2
CH
CN
0,01
4000 6000 8000 10000 12000
Température (K)
Analyse et modélisation de spectres LIBS
Étude de
l’évolution
spatiotemporelle
des
raies
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Exemple d’application : Recyclage / Tri de pièces
réfractaires
Pour un industriel parmi les leaders mondiaux de la production de pièces
réfractaires pour la coulée continue de l ’acier :
discrimination rapide de pièces sur le terrain
investigation du potentiel pour l’analyse rapide de nuances
Autres techniques : FluoX, Spark OES non compatibles
BT.D46.C
Pièces : 3 bases principales Al, Mg, Zr
Nuances : exemples d’éléments à discriminer
Si O Ti Al Fe Ca Mg Zr Hf Na
6.51 34.10 0.00 0.23 0.22 0.29 39.89 0.00 0.00 0.07
6.93 36.75 0.04 0.46 0.43 0.59 42.42 0.11 0.00 0.20
1.80 27.57 0.00 1.01 0.12 0.19 35.58 0.84 0.02 0.00
3.48 34.52 0.04 1.96 0.24 0.62 39.56 2.17 0.07 0.08
1.30 37.22 0.00 3.51 0.00 0.39 47.41 0.18 0.00 0.00
2.56 44.54 0.00 6.69 0.00 0.74 49.22 0.40 0.00 0.00
0.14 31.20 0.00 0.16 0.22 0.37 46.46 0.23 0.00 0.00
0.31 33.60 0.00 0.35 0.47 0.80 49.00 0.50 0.00 0.00
0.39 32.24 0.00 1.62 0.19 0.32 43.82 0.00 0.00 0.00
Les nuances se distinguent par leur teneur en Si, Zr, Al, Mg, Ca, Ti, Fe, C, et B
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Exemple d’application : Tri de polymères (manuel)
Capteur transportable intégrant le laser
optimisé en longueur d’onde
Coffret contrôle commande associé
intégrant le PC
Support échantillon
Logiciel de traitement adaptable à
l’application ou ouvert pour étude de
procédé
Applications possibles
Tri manuel de polymères
Contrôle qualité métaux
Analyse liquide et gaz (via
cellule annexe)
Identification de réfractaires,
contrôle de MIX
…..
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BT.D46.C

Exemple d’application : Tri de polymères (manuel)
Détection de charges et RF
RF Halogénés via la détection de Sb
Cl et Br
Détection P
Détection de Talc et fibre de verre via Mg, Ca, Si
Autres éléments détectables : Al, ….
BT.D46.C
Si I 288
Mg
Si
Figure 1 : Raie de silicium pour échantillon 118 (35 % de fibre de verre), 10 ème spectre. En
noir : acquisition du 22/01/10. En vert : acquisition du 02/02/10.
Figure 1 : Noir : spectre obtenu sur PE MD20. En vert : spectre obtenu sur un échantillon PP
avec talc (n° 133) . Note : décalage spectral de 12,3 nm.
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BT.D46.C
05020-980-SL018-A
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Exemple d’application : Tri de polymères (manuel)
0
1008
4
9
0
0
4
Polyolefine
0
0
3
0
0
0
0
PC
0
0
0
3
0
0
0
PA
0
0
0
0
3
0
0
HIPS
0
0
0
0
1
25
5
ABSPC
0
0
0
0
0
0
50
ABS
undetermination
Polyolefine
PC
PA
HIPS
ABSPC
ABS
0
1008
4
9
0
0
4
Polyolefine
0
0
3
0
0
0
0
PC
0
0
0
3
0
0
0
PA
0
0
0
0
3
0
0
HIPS
0
0
0
0
1
25
5
ABSPC
0
0
0
0
0
0
50
ABS
undetermination
Polyolefine
PC
PA
HIPS
ABSPC
ABS

Exemple d’application : Tri de polymères (manuel)
Performances typiques sur flux VHU et flux DEEE
VHU Efficacité Pureté DEEE Efficacité
Pureté
BT.D46.C
ABS
PA
PP
PE
>95%
>85%
>90%
>95%
>95%
>80%
>95%
>90%
PA
Polyo
ABS
ABS/PC
>90%
>95%
>90%
> 85%
>90%
>95%
>80%
>85%
PPGF
>95%
>95%
ABS/HIPS
>70%
>70%
PP+talc
PA+talc
>95%
>95%
>95%
>90%
Chlore/
Brome
>95% si
Charge >5%
>95% si
Charge >5%
PAGF
>90%
>90%
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Sous Gaz neutre , séparation ABS ; ABS/PC; PC;
HIPS; PA; Polyo
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Intégration Technologie LIBS sur ligne de Production
QUANTOM 200 : équipement de
tri en machine multivoie (métaux,
polymères, verre….) :
Capacité > 200 Kg/h
Alimentation en continu sur un
convoyeur vibrant repartis en 4
voies
Transfert sur Convoyeur Rapide
pour amener les produits devant
les points de Mesures LIBS
Concept configuration
QUANTOM :
N voies d’analyses
> 200 ech / secondes
BT.D46.C
Tri par Rampe de Buse
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Conclusion
Les technologies optiques permettent de répondre aux enjeux
actuels et à venir de l’environnement
Détection de polluants (mesure in situ, minimisation prélèvements…)
Eau, air, sols et déchets
Secteurs : Industrie (recyclage), santé, chimie et pétrochimie….
BT.D46.C
Offre croissante de Bertin Technologies dans ce domaine
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© BERTIN TECHNOLOGIES / BT.D46.C / Janvier 2009 / Dir. Communication / 01.39.30.60.50.
La maîtrise de l’innovation
CONTACT BERTIN TECHNOLOGIES
Stéphane SENAC
senac@bertin.fr
Tel: +33 42 60 45 70

Processus avec un algorithme de reconnaissance de la surface (3)
Fusion sur M1B
BT.D46.C
Conclusion identique pour les autres surfaces (y compris le béton!)
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