Un détecteur à photo-ionisation (PID) est un appareil portable qui mesure en continu les composés organiques volatils présents dans l'air qu'il aspire. Sur un site pollué, il sert à repérer les terrains impactés pendant un sondage, à choisir les échantillons envoyés au laboratoire et à suivre les gaz du sol. Sa mesure est globale et indicative : elle oriente, elle ne remplace pas une analyse.
Comment fonctionne un PID ?
L'air aspiré passe devant une lampe ultraviolette. Ses photons ont une énergie donnée, exprimée en électronvolts (eV). Toute molécule dont le potentiel d'ionisation est inférieur à cette énergie perd un électron : elle devient un ion. Les ions sont recueillis sur une électrode, et le courant obtenu est proportionnel au nombre d'ions formés, donc à la concentration des composés ionisés.
L'azote, l'oxygène et la vapeur d'eau de l'air ont des potentiels d'ionisation élevés (de 12 à 15,6 eV) : ils ne sont pas ionisés, ce qui permet de mesurer des traces de composés organiques dans l'air ambiant, du ppb à plusieurs milliers de ppm selon les appareils.
Choisir la lampe : 9,8, 10,6 ou 11,7 eV
| Lampe | Ce qu'elle voit | À savoir |
|---|---|---|
| 10,6 eV | La plupart des composés recherchés en sites et sols pollués : hydrocarbures, BTEX, solvants chlorés comme le trichloréthylène et le tétrachloroéthylène. | La lampe standard, fournie par défaut ; durée de vie de l'ordre de deux ans. |
| 9,8 eV (ou 10,0) | Moins de composés, mais plus sélective : utile pour cibler les aromatiques (BTEX). | Durée de vie d'un à deux ans. |
| 11,7 eV | Le plus de composés, dont certains invisibles à 10,6 eV (méthanol, dichlorométhane, chloroforme, tétrachlorure de carbone). | Fragile : sa fenêtre se dégrade à l'humidité, même appareil éteint. Se garde au sec ; durée de vie de quelques mois. |
Ce que le PID voit, et ce qu'il ne voit pas
Le potentiel d'ionisation d'un composé dit si une lampe le détecte. Quelques valeurs (source : NIST) :
| Composé | Potentiel d'ionisation | Avec une lampe de 10,6 eV |
|---|---|---|
| Naphtalène | 8,13 eV | Détecté |
| Toluène | 8,83 eV | Détecté |
| Benzène | 9,24 eV | Détecté |
| Tétrachloroéthylène (PCE) | 9,32 eV | Détecté |
| Trichloréthylène (TCE) | 9,47 eV | Détecté |
| Oxygène | 12,07 eV | Non |
| Méthane | 12,61 eV | Non (ni avec une lampe de 11,7 eV) |
| Eau | 12,62 eV | Non |
| Azote | 15,58 eV | Non |
Deux conséquences sur le terrain. Le PID ne voit pas le méthane : il ne remplace pas un explosimètre pour le risque d'explosion, d'autant qu'il mesure en ppm, très loin des pourcentages en volume des limites d'explosivité. Et il voit mal les composés lourds, qui ne s'évaporent pas assez : au-delà d'environ 300 °C de température d'ébullition, la réponse devient faible ou nulle, si bien qu'un fioul lourd ou altéré peut ne presque rien donner.
Étalonner le PID
Le PID est réglé avec un gaz de référence, l'isobutylène, en général à 100 ppm. Sa lecture s'exprime donc en ppm équivalent isobutylène : la concentration d'isobutylène qui donnerait le même signal.
- Le zéro se règle en air propre, appareil allumé à l'écart de toute source.
- La sensibilité se règle avec la bouteille d'isobutylène, au moins une fois par jour d'utilisation, en début de journée ; avant chaque utilisation avec une lampe de 11,7 eV.
- Les facteurs de réponse convertissent la lecture en concentration d'un composé connu : concentration réelle = facteur × lecture. Ils sont publiés par les fabricants pour chaque lampe, mais ne donnent qu'un ordre de grandeur : ils varient d'un fabricant à l'autre et selon l'état de l'appareil. Dans un mélange, la lecture ne se convertit pas.
L'INRS distingue le calibrage, qui ajuste le zéro et la sensibilité de l'appareil, de l'étalonnage, qui détermine sa courbe de réponse sans le modifier. Sur le terrain, on parle souvent d'étalonnage pour les deux ; l'essentiel est de noter la date, le gaz et la concentration utilisés.
Mesurer un sol en espace de tête
Pour mesurer les composés volatils d'un échantillon de sol, on ne pique pas la sonde dans la terre : on laisse les composés passer dans l'air d'un contenant fermé, l'espace de tête, et l'on mesure cet air. Il n'existe pas de méthode française de référence ; la plus citée est la méthode 3815 de l'agence américaine de l'environnement (US EPA), et les pratiques de terrain la déclinent ainsi :
- Remplir à moitié un sachet de congélation ou un bocal avec le sol, aussitôt après le prélèvement, et le fermer ; émietter les mottes à travers le sachet.
- Agiter vigoureusement une quinzaine de secondes.
- Laisser s'équilibrer une dizaine de minutes à température ambiante, à l'abri du soleil et du froid, puis agiter de nouveau.
- Introduire la sonde à mi-hauteur de l'espace de tête, sans toucher le sol ni l'eau, et noter la valeur la plus haute, atteinte en quelques secondes.
- Ne jamais prélever l'échantillon du laboratoire dans ce sachet : il a perdu une partie de ses volatils.
Pour que les mesures se comparent d'une couche à l'autre, on garde la même méthode tout au long du sondage : même contenant, même remplissage, même durée. Une valeur en ppm dans l'espace de tête n'est pas une teneur du sol en mg/kg.
Les usages sur un site pollué
- Choisir les échantillons : relevé couche par couche pendant le sondage, le PID montre où la pollution volatile est la plus forte, et aide à décider quels intervalles envoyer au laboratoire. Il ne doit jamais servir à décider de ne rien prélever.
- Les gaz du sol : repérage avec une canne pour implanter un piézair, suivi de la purge d'un ouvrage jusqu'à stabilisation de la lecture, contrôle avant prélèvement pour ne pas saturer les supports. Ces mesures ont une valeur indicative et ne servent pas à une évaluation des risques (guide BRGM et INERIS sur les gaz du sol).
- Les chantiers de dépollution : tri des terres excavées, contrôle des fonds et des bords de fouille avant les prélèvements de réception.
- La sécurité des équipes : surveillance de l'air respiré au poste de travail, en complément des détecteurs adaptés aux autres gaz.
Les limites à connaître
- Aucune sélectivité : le PID donne une réponse globale ; il ne dit pas quels composés sont présents.
- L'humidité réduit la réponse (de l'ordre de 20 à 40 % par temps très humide) ; à l'inverse, de la condensation dans le capteur donne des lectures hautes et instables.
- La lampe s'encrasse et vieillit : elle se nettoie régulièrement, et l'appareil se règle de nouveau après chaque nettoyage.
- Les composés lourds sont peu ou pas vus, et le méthane ne l'est pas du tout.
- La température modifie ce qui s'évapore : un sol froid donne moins qu'un sol tiède.
Noter le PID dans le log
Une mesure PID n'a de valeur que rattachée à sa profondeur, à sa couche et à sa méthode. Sur le log de sondage, on note la valeur de chaque couche ou de chaque profondeur mesurée, la lampe, la date du réglage et le mode de mesure (espace de tête, sachet ou bocal). Sur un forage, les relevés PID suivent leurs propres profondeurs, indépendamment des couches décrites.
