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Mesure de la phosphine dans l'industrie agroalimentaire à l'aide de la technologie NDIR : surveillance précise du PH3 pour une fumigation en toute sécurité

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Mesure de la phosphine sans compromis : en toute sécurité.

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La phosphine (PH₃) est le fumigant le plus important pour la lutte contre les nuisibles dans l'industrie agroalimentaire. De la phase active de fumigation, avec des concentrations pouvant atteindre 2 000 ppm, à la surveillance des concentrations résiduelles pendant le dégazage, la mesure de la phosphine impose des exigences élevées en matière de sélectivité, de stabilité à long terme et de faible entretien. Fresenius Umwelttechnik démontre dans cet article comment la méthode brevetée de référence à deux pressions répond à ces exigences, sans étalonnage continu pendant le fonctionnement.

Fumigation à la phosphine : pourquoi une surveillance précise du processus est cruciale

Dans l’industrie agroalimentaire, la fumigation contrôlée à la phosphine est une méthode indispensable pour protéger les marchandises stockées contre les infestations de nuisibles. Les céréales, les fruits à coque, la farine, les épices, le cacao et le café sont traités au PH₃ dans des silos, des trémies ou des conteneurs – généralement à des concentrations comprises entre 200 et 1 500 ppm pendant plusieurs jours.

La surveillance précise de la concentration en PH₃ pendant la fumigation est indispensable pour deux raisons : d’une part, il faut s’assurer que la concentration efficace requise est maintenue tout au long de la période de fumigation – un sous-dosage entraîne une lutte inefficace. D’autre part, la mesure après la fumigation sert à surveiller la dissipation : ce n’est que lorsque la concentration résiduelle a suffisamment baissé que l’on peut réintégrer les zones de stockage.

La valeur limite d’exposition professionnelle (VLE) pour la phosphine est de 0,1 ppm (TRGS 900). Notre analyseur GA210 PH₃ est conçu comme un système de surveillance de processus pour la phase de fumigation et permet de mesurer les rejets jusqu’à une limite de détection de 2 ppm. Pour les rejets liés à la sécurité au travail conformément à la VLE (≤ 0,1 ppm), des méthodes de mesure complémentaires sont nécessaires (par exemple, des capteurs électrochimiques de protection individuelle ou des tubes détecteurs). Nous serions ravis de vous conseiller sur la combinaison optimale. Discutez avec notre agent IA Tory pour plus d’informations.

Pourquoi le NDIR ? Comparaison de la sélectivité et de la longévité

Pour la surveillance des processus impliquant la phosphine dans une plage de concentration allant jusqu’à 2 000 ppm, les capteurs électrochimiques (EC) et les analyseurs NDIR sont généralement adaptés. Cependant, les différences en termes d’adéquation pratique sont considérables :

Critère

Capteur EC

NDIR (Fresenius GA210)

Durée de vie

1 à 2 ans, puis remplacement du capteur

> 10 ans, aucun remplacement du capteur

Étalonnage en cours de fonctionnement

Nécessaire régulièrement (semaines/mois)

Non nécessaire (référence à deux pressions)

Sensibilité croisée

Humidité, autres gaz possibles

Aucune vis-à-vis du CO₂ et de l’H₂O

Dérive

Importante – réétalonnage fréquent

≤ 3 %/an – entretien annuel suffisant

Plage de mesure

Limitée, une solution multi-plages souvent nécessaire

0 à 2 000 ppm dans un seul système

Coûts d'exploitation (10 ans)

Élevés (remplacement du capteur, gaz d'étalonnage)

Faibles (aucune usure, effort d'étalonnage minimal)

L’avantage décisif de la technologie NDIR réside dans la nature physique du principe de mesure : la phosphine absorbe le rayonnement infrarouge à une longueur d’onde caractéristique. Le signal de mesure est généré sans contact – il n’y a ni consommation de produits chimiques, ni vieillissement des électrolytes, ni usure du capteur.

Le principe de mesure Fresenius : méthode de référence à deux pressions

Pour la mesure de la phosphine, Fresenius Umwelttechnik utilise la méthode brevetée de référence à deux pressions – un principe de mesure qui augmente considérablement la stabilité à long terme par rapport aux systèmes NDIR conventionnels.

Principe de fonctionnement

Cette méthode repose sur une approche physique ingénieuse : le gaz échantillon sert lui-même de référence. Au cours de deux phases de mesure successives, le gaz est mesuré dans la même cuvette à deux pressions différentes :

- Phase 1 – Pression normale : le gaz échantillon se trouve dans la cuvette à une pression définie, et l’absorption IR est enregistrée.

- Phase 2 – Pression réduite : la pression dans la cuvette est réduite à environ 200 mbar absolus. La concentration moléculaire diminuant avec la pression, l’absorption varie également.

La concentration en PH₃ est calculée avec précision à partir du rapport entre les deux valeurs d’absorption.

Pourquoi cette méthode présente-t-elle une telle stabilité face à la dérive ?

Comme les deux mesures sont effectuées successivement dans la même cuvette avec le même détecteur, toutes les variations lentes – vieillissement de la source, dérive du détecteur, contamination des surfaces optiques – affectent les deux mesures de manière identique. Ces influences sont totalement éliminées lors du calcul du quotient. De plus, l’intérieur de la cuvette est plaqué or afin de garantir une réflexion maximale et une stabilité à long terme des surfaces optiques.

Résultat : une dérive à long terme inférieure ou égale à 3 % par an – sans aucune correction du point zéro ni de la plage de mesure pendant le fonctionnement. Pas de gaz de référence, pas de deuxième chemin optique, pas de changement de filtre. La méthode à double pression élimine la dérive de manière structurelle, et non par compensation.

Notre solution : GA210 PH₃ – Caractéristiques techniques

L’analyseur de gaz GA210 de Fresenius Umwelttechnik, en configuration PH₃, est spécialement conçu pour la surveillance des processus de fumigation à la phosphine :

Paramètre

Spécification

Composant mesuré

PH₃ (phosphine)

Plage de mesure

0–2 000 ppmV

Résolution

0,1 ppmV

Seuil de détection (DL)

2 ppmV

Incertitude de mesure

≤ 3 % de la valeur mesurée

Principe de mesure

Méthode NDIR à double référence de pression (brevetée)

Cycle de mesure

21 secondes

Dérive à long terme

≤ 3 % / an

Compensation de pression

0,7–1,1 bar abs.

Cellule de mesure

Stabilisée à une température de 50 °C, intérieur plaqué or

Sensibilité croisée

Aucune vis-à-vis du CO₂ et de l’H₂O

Étalonnage en cours de fonctionnement

Non requis (référence à deux pressions)

Entretien recommandé

1 fois par an (étalonnage + inspection)

Pompe à gaz d'échantillonnage

Interne, env. 4 l/min

Sortie analogique

4–20 mA (intégration dans un automate programmable)

Options de bus de terrain

Profinet, Profibus, Ethernet/IP, Modbus TCP

Remarque sur le cycle de mesure : les 21 secondes correspondent au cycle complet de mesure à deux pressions (mesure à pression normale + mesure à pression réduite + égalisation de pression). Chaque cycle fournit une valeur mesurée entièrement compensée en dérive.

Cellule de mesure à température stabilisée : pourquoi 50 °C est-il crucial ?

La cellule de mesure du GA210 PH₃ est activement stabilisée à une température de 50 °C. Dans le domaine du stockage alimentaire – où les températures fluctuent dans les entrepôts, silos et bunkers non chauffés –, il s’agit d’un facteur décisif :

- Absence de condensation : À 50 °C, la cellule de mesure se situe nettement au-dessus des points de rosée habituels. La précipitation d’humidité et les erreurs de mesure qui en découlent sont exclues, ce qui est particulièrement important dans les installations de stockage de céréales humides.

- Conditions de mesure constantes : indépendamment des fluctuations jour-nuit ou des variations saisonnières de température, les conditions sont toujours identiques au sein de la cellule de mesure.

- Cinétique des gaz reproductible : les processus d’absorption et de désorption à la surface des cellules se déroulent de manière reproductible à température constante. Les effets de mémoire – particulièrement importants pour le PH₃ en raison de la réactivité de la molécule – sont minimisés.

- Sensibilités croisées minimisées : les interférences liées à la température provenant des gaz associés sont éliminées.

Échantillonnage et acheminement des gaz : l’acier inoxydable est obligatoire

La phosphine est une molécule réactive qui interagit avec de nombreux plastiques – par adsorption sur les surfaces et par des réactions chimiques. À des concentrations pouvant atteindre 2 000 ppm et compte tenu de l’alternance typique entre la phase de fumigation (concentration élevée) et le dégazage (faible concentration résiduelle), les conduites en plastique entraînent des effets de transfert et faussent les valeurs mesurées.

Notre recommandation : des conduites de gaz d'échantillonnage en acier inoxydable 316L sur l'ensemble du parcours d'échantillonnage. L'acier inoxydable est chimiquement inerte vis-à-vis de la phosphine et minimise les effets de mémoire – ce qui est crucial pour des mesures précises lors de la transition entre des concentrations élevées et faibles.

Autres composants du conditionnement du gaz d'échantillonnage

- Filtre à particules : filtre fritté en acier inoxydable ou filtre à membrane en PTFE (2–5 µm) pour protéger les composants optiques de la poussière – particulièrement important en présence de poussière de céréales.

- Stabilisation de la pression : en cas de fluctuations de la pression ambiante dans les grands silos, nous recommandons d’installer un régulateur de pression en amont de l’analyseur afin de maintenir la pression d’entrée stable dans la plage de compensation (0,7–1,1 bar abs.).

- Pompe à gaz d’échantillonnage : la pompe interne fournit environ 4 l/min et assure un échange gazeux rapide dans la cellule de mesure.

Étalonnage : pourquoi cela ne nécessite pratiquement aucun effort

L’un des avantages les plus convaincants de la méthode à double référence de pression par rapport aux systèmes NDIR conventionnels et aux capteurs électrochimiques réside dans le minimum d’effort requis pour l’étalonnage.

Pendant le fonctionnement, aucune correction du point zéro ni de l’étendue n’est nécessaire. Le système s’auto-référence à chaque cycle de mesure de 21 secondes – chaque valeur mesurée fait l’objet d’une compensation automatique de la dérive.

Nous recommandons néanmoins un entretien et un étalonnage annuels à l’aide d’un gaz d’essai certifié, à titre de mesure d’assurance qualité. Étant donné qu’une dérive pouvant atteindre 3 % par an est possible même avec la méthode à deux pressions, le test annuel confirme la précision de la mesure et documente la traçabilité par rapport aux normes nationales.

Comparaison : les capteurs électrochimiques (EC) classiques nécessitent des étalonnages hebdomadaires à mensuels et un remplacement tous les 1 à 2 ans. La différence en termes de coûts du cycle de vie est considérable.

Intégration dans les systèmes de contrôle des processus

Le GA210 PH₃ offre en standard une sortie analogique 4–20 mA pour une connexion directe aux systèmes API. Des interfaces de bus de terrain en option (Profinet, Profibus, Ethernet/IP, Modbus TCP) sont disponibles, permettant une intégration transparente dans les systèmes de contrôle des processus existants.

Scénarios d’intégration typiques :

- Surveillance de la fumigation : enregistrement en continu de la concentration de PH₃ pendant la phase de fumigation – comme preuve de la durée et de la concentration correctes de la fumigation.

- Surveillance du dégazage : suivi de la baisse de concentration après la fumigation jusqu’à la limite de détection du système (2 ppm). Facilite la prise de décision concernant la mise en circulation.

- Automatisation : commande des systèmes de ventilation ou des vannes d’arrêt en fonction des valeurs mesurées en temps réel.

- Documentation : enregistrement complet des données à des fins d’assurance qualité (IFS, BRC) et de conformité réglementaire.

Exemples d’applications pratiques

Stockage de céréales et grands silos

Surveillance de la fumigation du blé, de l’orge, du maïs et d’autres céréales. Mesure en continu pendant la phase de fumigation de 5 à 7 jours et le dégazage qui suit. Concentrations typiques : 200 à 1 000 ppm pendant la fumigation, baisse jusqu’à NDG pendant le dégazage.

Stockage de fruits à coque et de fruits secs

Surveillance de la fumigation des amandes, noix, noisettes et fruits secs dans des conteneurs et entrepôts. Difficulté particulière : une teneur élevée en matières grasses peut absorber la phosphine – une mesure précise évite tout sous-dosage.

Moulins à farine et à épices

Surveillance des concentrations de phosphine dans les zones de production pendant et après la fumigation. Intégration dans le système de contrôle de la ventilation pour une ventilation automatique.

Stockage du cacao et du café

Surveillance de la fumigation du cacao brut et du café brut. Respect des limites maximales de résidus strictes conformément au règlement (CE) n° 396/2005. Documentation pour la certification de qualité et les justificatifs d’exportation.

Normes et réglementations

- TRGS 512 : Fumigations – Activités avec des fumigants et des pesticides dans des locaux et sur des marchandises.

- TRGS 900 : Valeurs limites d’exposition professionnelle – PH₃ VLE : 0,1 ppm (moyenne par poste).

- Règlement (CE) n° 396/2005 : Limites maximales de résidus de pesticides dans les denrées alimentaires.

- GefStoffV § 6 : Collecte d’informations et évaluation des risques.

Remarque : le GA210 PH₃ est un système de surveillance des processus destiné à la phase de fumigation (plage de mesure 0–2 000 ppm, seuil de détection 2 ppm). Il n’est pas conçu pour la surveillance des VLE liées à la sécurité au travail à 0,1 ppm. Pour la surveillance de la protection individuelle, nous nous ferons un plaisir de vous conseiller sur des solutions complémentaires.

Rentabilité : moins d’efforts, plus de disponibilité

L’investissement dans la technologie de mesure NDIR avec la méthode de référence à deux pressions s’amortit sur la durée de vie de l’appareil grâce à plusieurs facteurs :

- Pas de remplacement de capteur : alors que les capteurs électrochimiques doivent être remplacés tous les 1 à 2 ans, le système NDIR fonctionne sans usure pendant de nombreuses années.

- Effort d’étalonnage minimal : un entretien et un étalonnage annuels, au lieu d’étalonnages réguliers à l’aide de gaz d’essai, permettent d’économiser des coûts de matériel et du temps de travail.

- Haute disponibilité : pas de temps d’arrêt dû au remplacement des capteurs ou à des réétalonnages fréquents.

- Optimisation du processus : la précision des mesures permet un contrôle optimisé de la fumigation. Cela évite à la fois le surdosage et le sous-dosage, ce qui réduit les coûts liés à la phosphine et renforce la fiabilité du processus.

Sur une période de 10 ans, le coût total de possession est nettement inférieur à celui des solutions électrochimiques, malgré des coûts d’acquisition plus élevés.

Mesure de la phosphine sans dérive pour l’industrie agroalimentaire

La surveillance de la phosphine dans l’industrie agroalimentaire nécessite un système de mesure fournissant des valeurs stables sur plusieurs mois et années, sans étalonnage continu ni usure des capteurs. La méthode de référence à deux pressions du GA210 PH₃ répond à cette exigence : chaque valeur mesurée fait l’objet d’une compensation automatique de la dérive, la cellule de mesure stabilisée en température et plaquée or garantit un fonctionnement sans condensation, et le circuit de gaz en acier inoxydable minimise les effets de transfert de la molécule réactive de PH₃.

Envisagez-vous de mettre en place une surveillance de la phosphine pour votre système de fumigation ? Contactez-nous : nous élaborerons avec vous le concept de mesure optimal pour votre application, incluant l’échantillonnage, l’intégration au système et la documentation nécessaire à la certification IFS/BRC.

Foire aux questions (FAQ)

Qu’est-ce que la méthode à double référence de pression et pourquoi est-elle si stable face à la dérive ?

La méthode de référence à deux pressions mesure successivement le même gaz à deux pressions différentes dans la même cuvette avec le même détecteur. Étant donné que toutes les influences de dérive (vieillissement de la source, dérive du détecteur, contamination) affectent les deux mesures de manière égale, elles sont éliminées lors du calcul du quotient. La dérive à long terme qui en résulte est ≤ 3 % par an – sans aucun étalonnage pendant le fonctionnement.

Le GA210 PH₃ peut-il surveiller la limite d’exposition professionnelle (0,1 ppm) ?

Non. Le GA210 PH₃ est conçu comme un système de surveillance de processus pour la phase de fumigation (plage de mesure 0–2 000 ppm, limite de détection 2 ppm). La VLE pour la phosphine est de 0,1 ppm (TRGS 900) et ne peut pas être mesurée avec ce système. Des méthodes complémentaires sont nécessaires pour les rejets liés à la sécurité au travail. Nous nous ferons un plaisir de vous conseiller sur la combinaison optimale.

À quelle fréquence le GA210 PH₃ doit-il être étalonné ?

Aucun étalonnage n’est nécessaire pendant le fonctionnement : la méthode à double référence de pression s’auto-étalonne à chaque cycle de mesure. Nous recommandons un entretien et un étalonnage annuels avec un gaz d’essai certifié à des fins d’assurance qualité.

Pourquoi des conduites en acier inoxydable plutôt qu’en PTFE ?

À des concentrations élevées, la phosphine réagit avec de nombreux plastiques. Les effets d’adsorption sur les surfaces en plastique entraînent des transferts et faussent les valeurs mesurées – en particulier lors du passage de concentrations élevées de fumigation à de faibles concentrations résiduelles. L’acier inoxydable 316L est chimiquement inerte vis-à-vis du PH₃.

Pourquoi la cellule de mesure à température stabilisée à 50 °C est-elle importante ?

Le contrôle actif de la température à 50 °C garantit un fonctionnement sans condensation (pas de fausse mesure due à l’humidité), des conditions de mesure constantes indépendamment des fluctuations ambiantes, une cinétique des gaz reproductible sans effet de mémoire, ainsi que des sensibilités croisées liées à la température réduites au minimum.

Pour quels aliments utilise-t-on la fumigation à la phosphine ?

Applications typiques : céréales (blé, orge, maïs), fruits à coque (amandes, noix, noisettes), fruits secs, farine, épices, cacao brut et café brut. La fumigation s’effectue dans des silos, des bunkers, des conteneurs ou des entrepôts.

Lire l'article original sur freseniusinstruments.com : https://freseniusinstruments.com/blog/22400/phosphine-measurement-in-the-food-industry-with-ndir-precise-ph3-monitoring-for-safe-fumigation/?lang=en