Sonde MIP

 « Membrane Interface Probe »

• Détecte les COV (Composants Organiques Volatils) et mesure la conductivité électrique (EC) en fonction de la profondeur.
• Montre la distribution et l’amplitude relative des COV.
• Les plumes de COV hydrocarbures et chlorés sont détectés en temps réel.
• Utilisée dans le monde entier pour la caractérisation des contaminants COV dans le sol.
• Seul outil capable de mesurer les COV in-situ et en temps réel.

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La sonde MIP est un outil Direct Push utilisé pour mesurer les concentrations relatives des COV dans le sol en fonction de la profondeur.

Fig. 1 : un profil MIP montrant à gauche la conductivité électrique (EC) du sol et les signaux d’un détecteur MIP-XSD (à droite).

Le MIP a été développé par Geoprobe Systems^® aux USA (brevet US n° 5.539.956) et est fabriqué et vendu exclusivement par Geoprobe Systems^® et ses partenaires de distribution. Le MIP a été mise en œuvre intensivement aux USA et en Europe afin de cartographier l’étendue de contaminations liées au COV dans le sol.

En tant qu’outil de profilage, le MIP offre les nombreux avantages suivants pour les consultants :

• Il est utile pour la détection et le profilage (c.à.d. l’enregistrement de leur présence et abondance relative en fonction de la profondeur) de COV chlorés et non-chlorés.
• Il est capable de détecter la présence de contaminants dans des sols à granulométrie grossière à fine.
• Il fonctionne en zones saturée et insaturée.
• Il peut être enfoncé de manière statique (poids de l’outil uniquement) ou dynamique (percussion).
• Une combinaison est disponible avec d’autres types de mesures pour une meilleure connaissance de la géologie (CPT) ou de la perméabilité hydraulique (HPT).
• Les données sont suivies en temps réel, permettant la prise rapide de décisions sur place.

Principe de fonctionnement:

La sonde MIP est un outil de diagnostic rapide avec la capacité d’estimer semi-quantitativement la présence de contaminants COV dans le sous-sol, en servant d’interface entre les détecteurs en phase gazeuse situés en surface (Fig. 2). La membrane MIP est semi-perméable et est constituée d’une fine couche de polymère hydrophobe fixée sur un support métallique poreux. La membrane fait environ 6,35 mm de diamètre et peut-être aisément remplacée. Elle est située sur un bloc chauffant vissé sur le corps de sonde. Ce bloc est chauffé à environ 100-120°c pendant l’avancement de la sonde dans le sol. Le fait de chauffer la membrane accélère la diffusion tout en minimisant l’absorption.

Fig. 2: La membrane semi-perméable sert d’interface à une série de détecteurs situés en surface. Les composés volatils présents dans le sol diffusent au travers de la membrane et sont repris par un gaz porteur qui les amène vers les détecteurs. La membrane est chauffée afin que le passage des COV au travers de la membrane soit quasi instantané. Le logiciel d’acquisition MIP place alors les signaux des détecteurs en relation avec la profondeur correspondante.

La diffusion au travers de la membrane est stimulée par le gradient de concentration entre le sol contaminé et l’effluent de gaz ‘’propre’’ derrière la membrane. Un débit constant de 35-45 ml/min passe derrière la membrane et transporte les contaminants vers les détecteurs situés en surface. Le temps de trajet de la membrane vers les détecteurs est d’environ 30 à 45 secondes et dépend de la longueur de la ligne (trunkline) et du débit.

Fig. 3 : Système de détection MIP classique avec détecteurs FID-PID-XSD

L’effluent de gaz passant par la membrane est dirigé vers des détecteurs qui font partie de l’instrumentation MIP située en surface (Fig. 3). Les détecteurs classiques installés par Geoprobe^® incluent un PID (Photo Ionization Detector ou détecteur à photoionisation), un FID (Flame Ionization Detector ou détecteur à ionisation par flamme) et un  XSD (Halogen Specific Detector ou détecteur spécifique aux halogènes). Ces détecteurs sont utilisés en série et ont chacun leur propre sensibilité face à divers groupes de contaminants. Le XSD est très spécifique aux composés halogénés et est meilleur détecteur lorsque le MIP est utilisé pour la délimitation de panaches ou de zones sources en solvants chlorés (TCE, PCE, tetrachlorométhane, …). Le PID est lui plus sensible aux composés aromatiques (BTEX) mais également aux alcènes chlorés détectés par le XSD. Le FID est un détecteur général utile pour la détection d’hydrocarbures et pour la confirmation de concentrations plus élevées de composés détectés par les deux autres détecteurs.

Le profil MIP :

En pratique, de multiples profils MIP sont générés sur un site afin de trouver la (les) source(s), de suivre le mouvement d’un panache, de définir la masse en contaminants en prévision d’un assainissement ou afin d’évaluer l’efficacité de celui-ci. Quel que soit le but de l’utilisation du MIP, il y a toujours plusieurs profils générés pour chaque site investigué. Les profils MIP montrent les réponses des détecteurs en fonction de la profondeur. Le système d’enregistrement des données MIP permet cela en prenant en considération le temps de parcours qu’il faut au gaz porteur pour voyager de la membrane vers les détecteurs situés en surface, et donc en convertissant des données acquises en fonction du temps en données visualisées en fonction de la profondeur. Un exemple de profils MIP d’un site contaminé est montré à la Fig. 4. Ces profils, visualisés de manière transversale, montrent la réponse du détecteur XSD en fonction de la profondeur. La contamination présente sur ce site est un mélange de PCE (perchloroéthylène) et de TCE (trichloroétylène). Cette figure montre l’utilité principale du profilage MIP en montrant la position de la contamination, qui bouge d’un endroit à un autre. La concentration en contaminants varie également sur le site, comme le suggèrent les intensités relatives des réponses montrées sur les profils.

Fig. 4 : Trois profils MIP issus d’un site contaminé au TCE et au PCE mis côte à côte. Les profils sont les signaux du détecteur XSD (spécifique aux composés halogénés). Ces profils illustrent l’utilité du MIP dans la localisation de la profondeur à laquelle les contaminants sont rencontrés. La concentration suggérée dans chacun de ces profils est également très variable. L’échelle maximale du premier profil est de 10⁵ microvolts (μV), celle du 2^ème profil est de 10⁶ μV et celle du 3^ème est de 10⁷ μV. Ces trois profils issus du même site sont relativement proches l’un de l’autre.

En pratique, un profil de détecteur(s) MIP est rarement illustré sans un profil simultané sur la géologie. Ce profil complémentaire peut être un profil de conductivité électrique (EC), un profil de perméabilité hydraulique (HPT) ou un profil CPT.

La Fig. 5 montre un profil MIP-FID mis en parallèle avec un profil EC du même passage. Cet exemple illustre le vrai potentiel de cette combinaison de mesures, où la zone contaminée (telle que montrée par le profil MIP-FID) se situe dans une zone de granulométrie plus fine (telle que montrée par le profil EC).

Fig. 5 : Une illustration typique d’une série de profils MIP incluant un profil EC (à gauche) et MIP-FID (à droite). Ce profil a été obtenu sur un site contaminé aux hydrocarbures. Le MIP-FID indique que la majorité de la masse de contaminants se situe entre 6 et 8 mètres. Le profil EC montre une zone de plus faible granulométrie dans cet intervalle.

Beaucoup d’autres exemples de profils MIP avec des contaminants et une géologie variés se trouvent sur la page MIP : Literature/Presentation du site www.geoprobe.com .

http://geoprobe.com/geoprobe-systems-direct-image-products

Equipement MIP : Geoprobe Systems^® fabrique tout l’équipement nécessaire pour les mesures MIP. Cet équipement peut être divisé en 2 catégories : l’instrumentation de surface (boîtier de contrôle MP6507, le système d’acquisition FI6003, le système de détection) et les assemblages de sondes destinés à être enfoncés (sondes, ligne de câbles, connecteurs…)

Fig. 6 : L’équipement MIP

Un set MIP de base est montré à la Fig. 6. Ce set comprend les éléments suivants :

1. FI6003 : instrument pour l’acquisition des données. Enregistre les données des détecteurs & senseurs et les envoie vers un ordinateur via une connexion USB. Le FI6003 est un instrument central dans l’acquisition des données de toutes les applications Direct Image de Geoprobe^® (EC et HPT). Il fournit également les mesures EC associées aux mesures MIP
2. Boîtier de contrôle MP6507 : cet instrument régule et mesure la pression et le débit du gaz porteur vers la sonde et régule le chauffage de la sonde. Les données de cet instrument sont envoyées vers le FI6003 via un câble parallèle.
3. Système de détection : cette plateforme soutient les détecteurs classiques FID-PID-XSD. Les signaux analogiques de cet instrument sont dirigés vers le FI6003.

Fig 7 : Sonde MIP assemblée : sonde MIP (PN MP6520), tube de connexion (PN 31641), tête de frappe MIP 1,5’’ (PN 20712) et ligne de corps en PEEK de 46m (150 pieds/PN 14929).

L’équipement MIP de base destiné à être enfoncé dans le sol est montré à la Fig. 7. Il existe plusieurs configurations MIP dépendant de la taille des tiges utilisées et la combinaison éventuelle avec d’autres senseurs comme la mesure de la perméabilité hydraulique (HPT) … La Fig. 7 représente les composants de l’assemblage le plus classique :

1. La sonde MIP MP6520 : sonde chauffée avec 120VAC, avec membrane amovible et dipôle de conductivité électrique (EC).
2. Ligne de corps (trunkline) MIP (PN 14929) de 150 pieds (46m) avec ligne retour en PEEK.
3. Section de connexion et tête de frappe : les lignes de gaz et les connexions électriques se font dans cette section.
4. Tiges de sondage : les tiges de 1,5 pouce (38mm) DE sont les plus couramment utilisées pour du profilage MIP. Ces tiges sont ajoutées une à une et enfoncées dans le sol par poussée et/ou par percussion.

Configuration MIP :

l y a plusieurs configurations MIP. Les différents diagrammes d’outils (Tool String Diagrams ou TSD) sont visibles sur la page MIP-Tools String Diagrams  http://geoprobe.com/mip-tool-string-diagrams

Les configurations classiques sont les suivantes :

Fig. 8 : sonde MIP (MP6520). Cette sonde est la configuration la plus fréquente, elle est munie d’un dipôle EC à la pointe. Cette sonde est percussible et peut être éventuellement remanufacturée après une première vie dans le sol. La membrane et le thermocouple sont facilement remplaçables sur chantier.

Fig. 9 : sonde MiHpt MH6530. Cette sonde combinée permet au consultant de détecter les composés volatils à l’aide du MIP et d’estimer simultanément la perméabilité du sol à l’aide du port HPT. Cette sonde est également équipée d’un dipôle EC par défaut.

Fig. 10 : MIP-CPT : le support MIP-CPT (PN 20131) complété d’un cône NOVA-CPT de Geotech AB. Cette configuration (non-percussible) combine les mesures EC et CPT avec le MIP. Cette combinaison d’outils permet un couplage aisé du cône CPT. La mise en œuvre CPT conjointement au MIP prolonge de manière très significative la durée de vie de la sonde MIP par rapport aux modèles percussibles.

Acheter un système MIP

Le système MIP est exclusivement disponible auprès de Geoprobe Systems^® et de ses distributeurs agréés. Merci de contacter Geoprobe^® Environmental Technologies pour une offre. Les sociétés qui utilisent déjà des systèmes EC ou HPT peuvent posséder de l’équipement requis pour effectuer des mesures MIP (tel que le FI6003 et les accessoires de percussion). Une formation (habituellement de 3 jours) est indispensable pour les opérateurs MIP. Cette formation comprend l’assemblage et l’utilisation du système MIP, l’exercice des procédures d’assurance qualité (QA) et de contrôle qualité (QC), le diagnostic et la résolution de pannes ainsi que l’interprétation des données. Elle inclut également la mise en pratique de l’outil en conditions réelles.