Méthodes de mesure de l'activité de l'eau : point de rosée, TDL, capacité et capteurs électrolytiques résistifs

Le processus de mesure

Quelle que soit la technologie utilisée pour l'instrument ou le capteur, toutes les mesures d'activité de l'eau commencent de la même manière. Un échantillon représentatif est placé dans une chambre de mesure hermétique, où il est laissé en équilibre avec l’air présent dans l’espace de tête au-dessus de celui-ci. Au cours de ce processus d’équilibrage, les molécules d’eau se déplacent entre l’échantillon et l’air jusqu’à ce que la pression de vapeur (ou la densité de vapeur) dans l’espace de tête atteigne une valeur stable. Une fois l’équilibre atteint, l’activité de l’eau est déterminée à l’aide de l’une des quatre technologies de capteurs, réparties entre deux méthodes primaires (directes) et deux méthodes secondaires (indirectes).

Méthodes primaires (directes)

Les méthodes primaires mesurent une propriété physique fondamentale de la vapeur d'eau elle-même — à savoir sa pression de vapeur ou sa concentration — plutôt que de déduire l'activité de l'eau à partir d'un effet électrique secondaire. Elles sont donc intrinsèquement plus précises et moins sensibles aux dérives, à la contamination ou aux interférences.

Capteur de point de rosée à miroir refroidi. Un capteur de point de rosée à miroir refroidi mesure directement la température du point de rosée de l’air équilibré au-dessus de l’échantillon. Un petit miroir est refroidi jusqu’à ce que les premières gouttelettes microscopiques de condensation se forment à sa surface. Un système optique détecte l’apparition de la condensation, permettant ainsi de déterminer la température du point de rosée, tandis qu’un capteur distinct mesure la température ambiante de la chambre. À partir de ces deux températures, l’instrument calcule l’humidité relative — et donc l’activité de l’eau — de l’échantillon. Comme elle repose sur la relation thermodynamique fondamentale entre le point de rosée et la pression de vapeur, la technologie du miroir refroidi est considérée comme une méthode directe et primaire de mesure de l’activité de l’eau et est largement reconnue comme la technique la plus précise pour les échantillons non volatils.

Capteur à laser à diode accordable (TDL). Un capteur à laser à diode accordable mesure directement la concentration en molécules de vapeur d'eau dans l'espace de tête. Le capteur émet un faisceau laser infrarouge finement accordé dans l'air au-dessus de l'échantillon. La longueur d'onde du laser, inférieure à un nanomètre, est spécifiquement accordée sur l'isotope le plus abondant de l'eau. Les molécules de vapeur d'eau absorbent une partie de l'énergie du laser, tandis que d'autres composés volatils — notamment les alcools, l'essence, les solvants organiques et le propylène glycol — n'interfèrent pas avec la mesure. En mesurant le degré d’atténuation du faisceau laser, l’instrument détermine directement la concentration en vapeur d’eau et calcule l’activité de l’eau. Comme il mesure directement la densité de la vapeur d’eau plutôt que de se baser sur des variations des propriétés électriques, le laser à diode accordable est également considéré comme une méthode directe et primaire ; c’est la seule technologie de capteur capable de mesurer avec précision l’activité de l’eau dans des échantillons contenant des concentrations importantes de composés volatils.

Méthodes secondaires (indirectes)

Les méthodes indirectes ne mesurent pas directement la vapeur d'eau. Elles déduisent plutôt l'activité de l'eau à partir d'une variation des propriétés électriques d'un matériau capteur lorsqu'il absorbe de l'humidité. Ces méthodes peuvent s'avérer utiles, mais elles sont généralement plus sensibles à la dérive des capteurs, à la contamination et aux interférences que les méthodes directes.

Capteur de capacité. Les capteurs de capacité déterminent indirectement l'activité de l'eau en mesurant les variations des propriétés électriques d'un polymère hygroscopique. Le capteur est constitué de deux électrodes séparées par un matériau polymère diélectrique. Lorsque la vapeur d'eau provenant de l'échantillon est absorbée par le polymère, sa constante diélectrique augmente, ce qui entraîne une variation de la capacité du capteur. L'instrument établit une corrélation entre cette variation de capacité et l'humidité relative de l'espace de tête, puis calcule l'activité de l'eau. Comme la mesure est déduite des variations d'une propriété électrique plutôt que d'une mesure directe de la pression de vapeur d'eau ou de la concentration en vapeur, les capteurs de capacité sont considérés comme une méthode indirecte et secondaire.

Capteur électrolytique résistif. Les capteurs électrolytiques résistifs mesurent également l'activité de l'eau de manière indirecte, en détectant les variations des propriétés électriques. Le capteur est constitué de deux fines tiges de verre munies d'électrodes métalliques, séparées par une solution électrolytique. Lorsque la vapeur d'eau est absorbée par l'électrolyte, les groupes fonctionnels ioniques se dissocient, modifiant ainsi l'impédance électrique (résistance) du capteur. Cette variation d'impédance est corrélée à l'humidité relative de l'espace de tête, ce qui permet à l'instrument d'estimer l'activité de l'eau. À l'instar des capteurs capacitifs, les capteurs électrolytiques résistifs sont considérés comme des méthodes indirectes et secondaires, car ils s'appuient sur des réponses électriques plutôt que sur une mesure directe de la vapeur d'eau elle-même.

Pourquoi AQUALAB utilise-t-il des capteurs de point de rosée et des capteurs à laser à diode accordable ?

Les instruments AQUALAB utilisent principalement les technologies du point de rosée par miroir refroidi et du laser à diode accordable (TDL), car il s’agit de méthodes directes et primaires de mesure de l’activité de l’eau. Ces deux capteurs quantifient directement l’état thermodynamique de l’eau dans l’espace de tête — soit en mesurant la pression de vapeur via le point de rosée, soit en mesurant directement la concentration en vapeur d’eau par spectroscopie laser. En revanche, les capteurs électrolytiques à capacité et résistifs constituent des méthodes secondaires, car ils déduisent l’activité de l’eau à partir des variations des propriétés électriques des matériaux de détection. Bien que ces méthodes indirectes puissent fournir des mesures utiles, elles sont généralement plus sensibles à la dérive des capteurs, à la contamination et aux interférences que les techniques de mesure directe utilisées par AQUALAB.

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