Les méthodes de détection directes permettent d’obtenir un résultat pratiquement instantané sur le lieu même de l’investigation. Généralement, celles-ci varient en fonction de la précision des résultats obtenus ainsi que des procédés employés pour l’analyse. La plupart des méthodes développées portent sur la quantification du mercure, sous forme de vapeur, dans l’air. Les mesures les plus précises sont obtenues à l’aide des appareils portables à lecture numérique (fig.7) développés par plusieurs fabricants (Jerome® MVA, Hg253 Portable Mercury Analyser, Zeman® Mercury analyser RA-915+). Le principe de détection employé varie selon l’appareil, mais il en existe trois principaux : l’amalgamation sur feuille d’or, l’absorption atomique et la photométrie ultraviolette (UV). La première technique utilise les propriétés de variation de la résistance d’une feuille d’or (capteur) en fonction de la quantité de mercure amalgamée sur cette dernière279 (fig.7). La spectrométrie d’absorption atomique en vapeur froide (CVAAS) est un procédé employé en analyse de laboratoire (voir section 2.6.2.2) que l’on retrouve également sur certains appareils portables. La photométrie UV permet d’identifier la concentration d’un élément donné, en mesurant l’absorption d’un faisceau lumineux UV d’intensité connue par un échantillon. Ces appareils sont très performants au niveau de la précision, des limites de détection ainsi que de la rapidité de mesure, mais ils nécessitent généralement des budgets élevés. Des possibilités de location existent dans certains pays (Canada, Etats-Unis), mais ce
277 NIOSH, 2005 NIOSH, 2005
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genre de matériel est plutôt rare (voir annexe 5 pour la location proposée par Arizona Instrument LCC). Les organismes spécialisés dans la toxicologie environnementale possèdent généralement ce genre de matériel et constituent une source potentielle pour se le procurer.
Fig.7 - Détecteur de vapeurs de mercure Jerome Fig.8 - Tubes colorimétriques Dräger avec pompe J405 avec amalgamation sur feuille d’or280 électrique Accuro281
D’autres techniques, connues pour leur efficacité dans le domaine de la détection de contaminants atmosphériques, dont le mercure, utilisent un matériau absorbant possédant la particularité de changer de couleur en fonction de la concentration de mercure emmagasinée. Un de ces principes est connu sous le nom de tubes colorimétriques (fig.8) commercialisés par diverses entreprises (Dräger®, MSA®, Gastec®, Sensidyne®). Ceux-ci sont constitués de verre et sont généralement remplis d’une matière absorbante granuleuse, enduite d’un réactif, spécialement élaborée pour le type de contaminant à évaluer282. Ces tubes sont employés avec une pompe manuelle ou électrique (fig.8) portable permettant d’introduire un volume d’air connu dans le tube en verre. La modification de la couleur du tube indique la présence du contaminant, alors que la longueur de la portion colorée indique la concentration, directement lisible sur une échelle présente sur le tube283. Bien que plus abordable que les appareils à lecture numérique, ce principe reste relativement couteux. Une autre méthode plus abordable, mais également moins précise, consiste en une sorte de badge comportant diverses cellules enduites d’une substance absorbante sensible au contaminant choisi. La détection et la quantification de vapeur de mercure dans l’air est directement lisible sur le badge en comparant le changement de couleur des cellules avec une échelle colorimétrique fournie par le fabricant. Ces badges sont commercialisés par diverses compagnies (CHROMAIR®, SAFEAIR®) et comportent l’avantage d’être bon marché et de ne pas devoir avoir recours à un système de pompage ni d’analyse de laboratoire. ARIZONA INSTRUMENT LCC 280 Dräger Safety 281 282 Internet14 15 283 Internet
Le tableau présenté en annexe 6 donne les informations de base (principe, marge de mesure, fabriquant) sur diverses méthodes de mesure directes utilisées pour le mercure sous forme de vapeurs. Certains procédés développés permettent simplement une analyse qualitative et sont généralement employés pour la détection de mercure métallique. Un produit commercialisé sous le nom de Mercury Indicator® (J.T.Baker) est utilisé pour la détection de la présence de traces lorsqu’il est saupoudré sur une zone contaminée : la poudre vire au foncé lorsqu’elle entre au contact de mercure. Ce produit est également employé dans le domaine des musées botaniques comme méthode semi-quantitative de détection de vapeur de mercure dans les cabinets des herbariums284. Le principe consiste à diluer la poudre du produit commercialisé par J.T.Baker dans une certaine quantité d’eau (ceci pour permettre à la poudre de coller à la lamelle) et d’appliquer ensuite la solution pâteuse sur une lamelle de préparation en verre qui est placée dans l’environnement que l’on désire contrôler. La concentration de vapeur de mercure dans l’air peut être approximativement évaluée en observant le changement de couleur de la poudre et en la comparant aux valeurs numériques (fig.9) déterminées par l’étude de Catharine Hawks et al285. Cette méthode comporte l’avantage d’être pratiquement sans coût ; elle a néanmoins été développée pour des milieux confinés. Son application à des volumes importants doit encore être démontrée.
Fig.9 - Lamelles de préparation en verre avec poudre Mercury Indicator® en solution dans H2O deionisée. Les couleurs représentent le degré d’exposition aux vapeurs de mercure : A - jaune = <1 μg/m3; B – orange clair = 1 à 30 μg/m3; C – gris-orange = 30 à 300 μg/m ; D – gris foncé = > 300 μg/m 3 3 286
D’autres méthodes semblables consistent à imprégner un papier absorbant avec diverses solutions (chlorure de palladium, sulfure de sélénium et iodure de cuivre), qui lorsqu’elles sont mises en contact avec des vapeurs de mercure, changent de couleur287. Ces dernières méthodes, que l’on appelle
284 HAWKS, 2004
285 HAWKS, 2004, p787
286 HAWKS , 2004, p787
communément spot tests, ne donnent que des résultats qualitatifs. La plupart des spot tests utilisés pour la détection de traces de métaux reviennent généralement à faire réagir leurs ions avec un réactif chimique sous la forme liquide. La firme SKC® (MercuryCheck® Test Kit) commercialise de tels spot tests prêts à l’emploi. Le MercuryCheck® Test Kit est un ensemble de petits bâtonnets, à usage unique, contenant un réactif chimique sous forme liquide. Lorsque le bâtonnet, comportant une petite brosse à son extrémité est écrasé, une ampoule contenant le liquide réactif se casse et ce dernier est appliqué sur la surface à tester. Un changement de couleur de la brosse indique la présence de mercure288. La présence de mercure sur des surfaces solides peut également être identifiée et quantifiée, de manière non destructive, à l’aide d’appareils portables plus sophistiqués tel que le spectromètre à fluorescence-X289. D’autres réactions utilisant divers composés chimiques sont à appliquer en laboratoire et nécessitent généralement l’utilisation de matériel spécifique (lamelles microscopiques, tubes à essais, microscope). Le tableau 2 présente diverses réactions employées pour la détermination de traces de mercure290. Chacune des ces réactions peuvent être assujetties à diverses interférences dues à la présence d’autres éléments dans les échantillons. Il convient de prendre connaissance (dans la littérature) de la nature de ces interférences avant de procéder aux tests.
Réactif Méthode Réaction chimique Résultat (couleur)
Diphenylcarbazone Lentille ou tube essai
Bleu-violet ---
Diphenylthiocarbazone Lentille en verre --- Orange
Tab.2 -Diverses réactions employées comme spot tests pour la détermination de trace de mercure
D’autres spot tests, n’utilisant pas de réactif sous forme liquide, permettent d’identifier des traces de mercure 291: test à l’eau régale et à l’aluminium et test avec appareil Mel-Temp® (Capillary Melting Point Apparatus). La première méthode utilise les propriétés que possèdent les sels de mercure solubles à corroder une feuille d’aluminium. La deuxième méthode est employée pour la détection de sulfure de mercure (cinabre – rouge). Celle-ci utilise la propriété que possède ce dernier à tourner au noir lorsqu’il est chauffé à environ 290°C et à libérer du mercure sous forme de vapeurs condensées lorsque la température est supérieure.
288 INTERNET16 289 SIROIS, 2001
290 FEIGL, 1958, p57-72
291 ODEGAARD, SCOTT CARROLL & WERNER, p74-76
Iodure cuivreux Papier filtre 2Cu2I2 + Hg2+ Cu2(HgI4) + Cu22+ Orange-rouge ---
Chlorure stanneux et aniline
Papier filtre Brun-noir
2+
Hypophosphite Tube à essai 2Hg + H2PO2- + 2H2O 2Hg° + PO43-+ 6H+ Rouge-rose