Détection par Photo-Ionisation (PID) / Détection à Ionisation de Flamme (FID)

Le PID et le FID sont des méthodes de screening permettant la mesure de la concentration globale en composés organiques volatils respectivement par photo-ionisation et par ionisation de flamme. 

Un appareil à PID utilise une source de lumière ultraviolette (UV) (photo) pour ioniser un échantillon de gaz et détecter sa concentration. L'ionisation se produit lorsqu'une molécule absorbe la lumière UV à haute énergie, éjectant un électron chargé négativement, et formant un ion moléculaire chargé positivement. Le gaz devient électriquement chargé. Ces particules chargées produisent un courant qui est facilement mesuré aux électrodes du capteur.

Ces détecteurs font passer un flux d’air dans une chambre d'ionisation équipée d'une lampe ultra-violet et de 2 électrodes soumises à une forte différence de potentiel.  Plusieurs puissances de lampes sont disponibles (9,8 ; 10,6 et 11,7 eV) en fonction des potentiels d’ionisation des composés que l’on souhaite identifier. Si un seul composé est présent dans les gaz analysés, il peut être appliqué des facteurs de correction (propres à chaque molécule) afin d’avoir des résultats plus précis. Si au contraire, le gaz analysé est un mélange de plusieurs composés, les résultats ne peuvent plus être exploités en semi-quantitatif mais fournissent plutôt un indice général.

Un appareil à FID utilise une flamme hydrogène-air pour ioniser l'échantillon de gaz et détecter sa concentration. L'ionisation se produit lorsque des électrons sont éjectés des molécules de COV dans la flamme de combustion chaude. Ces ions sont chargés électriquement et produisent un courant qui est facilement mesuré aux électrodes du capteur. Les COV présents dans le flux d'échantillon sont complètement brûlés. Par conséquent, les FID sont destructeurs et les échantillons d'effluents ne se prêtent pas à une analyse plus poussée.

Légende des tableaux 1, 2 et 3 suivants : 

✅ = Technique applicable
❌ = Technique inapplicable

Milieu :

Le tableau 1 ci-dessous indique les techniques PID et FID applicables dans différents milieux :

Type de sol :

Les techniques PID et FID sont utilisables pour la mesure indicative de la présence ou non d’une fraction gazeuse renfermant des COV (après leur extraction, idéalement par carottage) dans les types de sols indiqués dans le tableau 2 ci-dessous :

Hydrogéologie :

Les techniques  PID et FID sont appliquées dans les conditions hydrogéologiques indiquées dans le tableau 3 ci-dessous :

Le tableau 4 ci-dessous indique les polluants caractérisables ou non au moyen de des techniques FID et PID :

Légende du tableau 4 :
✅ = Polluant caractérisable
❌ = Polluant incaractérisable

Limites de quantification :

• PID : variable selon la molécule recherchée mais en en général 5 ppb,
• FID : 0,2 ppm.

Le tableau 5 ci-dessous indique les étapes aux cours desquelles les techniques PID et FID sont utilisables ou non :

Légende du tableau 5 : 

✅ = Technique utilisable
❌ = Technique inutilisable

Semi-quantitatif : les concentrations mesurées doivent être calculées en fonction du facteur de correction ou étalonnées, converties ou corrélées avec des mesures classiques.

Avantages :

Les techniques de Détection par Photo-Ionisation (PID) / Détection à Ionisation de Flamme (FID) présentent les avantages suivants :

 PID :

• Résultats en quelques secondes (lecture directe),
• Mesures non destructives.

FID :

• Résultats en quelques secondes (lecture directe).

Inconvénients :

Les inconvénients et les facteurs limitants de cette technique sont les suivants :

PID :

• Présence d’interférence (humidité, température),
• Variation des réponses avec la pression donc l’altitude,
• Diminution de la réponse avec l’augmentation de la température.

FID :

• Mesures destructives,
• Présence d’interférence,
• Calibration régulière nécessaire,
• Nécessite une source de H₂ sur le site pour l’alimentation de l’appareil à défaut d’une génération du H₂ dans l’appareil,
• Peu disponibilité sur le marché,
• Opérateur expérimenté requis.

PID : 2 000 à 4 000 €HT (acquisition du détecteur + maintenance),

FID : 2 000 à 6 000 €HT (acquisition du détecteur + maintenance).

Techniques éprouvée. Le PID et le FID disposant d’une R&D aboutie, ils sont utilisés sur le terrain.

Les EPIs ne sont pas obligatoires lors de l’utilisation de l’appareil mais le port des chasubles est conseillé en fonction de la localisation des analyses (sites privés, au bord des routes, champs, etc.).

Bibliographie :

Bruxelles environnement
Code de bonnes pratiques pour l’utilisation de techniques alternatives d’investigation du sol.

Coussy S., Dubrac, N. avec la participation de Rouvreau L. (2020)
Guide de caractérisation des terres excavés dans le cadre de leur valorisation hors site dans des projets d’aménagement et en technique routière pour des projets d’infrastructures linéaire de transport – Cas des terres excavées issues de sites et sols potentiellement pollués. Rapport final. BRGM/RP-69581-FR, 41 p., 7 fig., 6 tab., 1 ann.

Laperche V., Hube D., Guérin V. & Aubert N., (2014)
Outils de mesure sur site : quel besoin et quelles mesures pour quelle utilisation ? Rapport final. ADEME. 22p

USEPA. (2004)
Site Characterization Technologies for DNAPL Investigations. EPA 542-R-04-017. Office of Solid Waste and Emergency Response (5102G). 
http://www.epa.gov/tio or http://cluin.org

Solutions-IES. FID vs PID: The Great Debate. (2017)
Geotechnical, GeoEnvironmental, and Geophysical Technology Transfer; 2017 avr 11; Raleigh, NC.

Honeywell 
Application Note Comparison of Photo-Ionization Detectors (PIDS) and Flame Ionization Detectors (FIDS)
https://sps.honeywell.com/content/dam/his-sandbox/marketing/gas-and-flame-detection/documents/RS_app-notes_application-note-226_comparison-of-photoionization-detector.pdf