Analyse de l’eau : Associer baisse des coûts, délais rapides et qualité de service

C’est presque un lieu commun : les besoins analytiques dans les secteurs de l’eau potable, des eaux brutes, des eaux usées ou de rejets d’effluents industriels ont explosé. La vérification de la conformité à une réglementation qui porte sur un nombre de plus en plus important de paramètres passe bien souvent par le recours à des laboratoires agréés. À cela s’ajoute l’auto-surveillance pour le pilotage d’une station d’épuration ou d’un procédé industriel, ou bien pour la surveillance de la qualité de la ressource en eau qui s’appuie sur des instruments de terrain ou des équipements installés en poste fixe capables d’assurer des mesures en ligne.

De nombreux fabricants comme Hach-Lange, Macherey-Nagel, Hanna Instruments, Izitec ou Orchidis proposent

De larges gammes de tests en kit ou de mini-laboratoires de terrain pour mesurer les paramètres physico-chimiques qui témoignent de la qualité de l'eau ou du bon fonctionnement d'un procédé d’épuration ou d'un process industriel : chlore, ozone, conductivité, oxygène dissous, pH, phosphate, redox (ORP), turbidité, etc.

Tester ponctuellementsur le terrain

Les kits colorimétriques, à usage unique et disponibles sous de multiples formes, sont proposés par Macherey-Nagel, Izitec ou Orchidis. Ils sont capables de traiter un large spectre de besoins : qualitatif en déterminant s'il y a présence ou non d'un composé, semi-quantitatif avec l’évaluation grossière d'une concentration et même quantitatif pour mesurer une concentration à l'aide d'un photomètre ou d’un spectrophotomètre de terrain. Les kits Visocolor Eco de Macherey-Nagel, conçus pour mesurer les paramètres importants avec précision même dans des domaines de concentration faibles, sont exploitables aussi bien visuellement que via un lecteur portable de type Nanocolor PF12. Ce dernier système est bien adapté à l’analyse sur le terrain car il est compact, étanche, et permet l’analyse de plus de 100 paramètres.

Pour satisfaire les nombreux besoins dans ce domaine, Hach-Lange a conçu une nouvelle génération d’instruments portables pour l’analyse de l’eau sur le terrain : le colorimètre DR 900. Robuste, résistant à l’eau, à la poussière, aux chocs et aux chutes, il ne craint pas les conditions de travail difficiles. Doté d’une technologie DEL économe en énergie, il permet de répondre aux besoins de base en matière de tests en proposant 90 des principales méthodes de test au minimum.

Autre nouveauté, la société Orchidis, spécialiste des solutions d’auto-surveillance pour les industriels et les collectivités locales, a mis au point avec Ponsel Mesure le premier appareil de terrain associant le photomètre ultra-compact Photopod et un appareil multiparamètres, l’Odeon, qui se connecte à toute la gamme de capteurs numériques Ponsel : oxygène, pH, redox, conductivité, salinité TDS, turbidité… Il est ainsi possible de mesurer plus de 50 paramètres par photométrie et plus de 10 par physico-chimie, avec une capacité d’enregistrer 100 000 mesures.

« Ce produit “deux en un” permet de réduire les coûts des analyses, mais il s’inscrit également dans une démarche d’écoconception qui répond aussi à une demande du marché, précise Cyril Bellaiche, chef de produit chez Orchidis. Dans la même optique, nous cherchons à diminuer les déchets d’analyse et à réduire l’utilisation de produits classifiés par la réglementation européenne comme étant cancérogènes ou mutagènes pour la reproduction (CMR) ou bien toxiques. »

Ce fabricant a ainsi développé une solution de substitution au dichromate de potassium et au nitrate mercurique, utilisés dans les méthodes de dosage des chlorures, qui vire du jaune au rose orangé à l’équivalence, et un substitut à la phénolphtaléine (CMR) pour la mesure de l’alcalinité qui vire au rose violet pour une valeur quasi identique de pH.

« Un autre besoin du marché est celui de méthodes simples et rapides qui ne nécessitent pas de connaissances particulières en chimie, ni de manipulations difficiles », enchaîne Cyril Bellaiche.

Ce sont de nombreux kits d’analyse compatibles avec l'ensemble nécessitant qu'un seul réactif qui est ajouté goutte à goutte à l’échantillon jusqu’au virage de couleur.

Izitec a de son côté élaboré un nouveau concept. « Les photomètres multiparamètres portables ou de laboratoire pour proposent tous une soixantaine de paramètres, explique-t-on chez Izitec. Or, la quasi-totalité des utilisateurs n’en utilisent en moyenne que 5, selon la nature de l’eau à analyser. Pourquoi payer pour des paramètres qui ne seront jamais utilisés ? Nous proposons donc à nos clients un photomètre “à façon”. L'utilisateur choisit les paramètres qu’il désire. Et si, dans l’avenir, il veut en ajouter, il le télécharge via internet (30 €) tout simplement. »

Chez WTW (Xylem), le pHotoFlex® STD, dernier né de la famille pHotoFlex®, permet et la surveillance de l'environnement pour la protection des eaux de rivière et des lacs. Il est compatible avec l'ensemble des kits de test proposés, tout comme les deux autres modèles de la série, le pHotoFlex® pH et le pHotoFlex® Turb, dotés d’une fonction de mesure de pH ou de turbidité. Ils permettent en outre le dosage de l’ammoniac et du dioxyde de carbone. WTW propose également la série pHotoFlex en mallette de transport qui devient un petit laboratoire portable avec sa “paillasse de laboratoire” intégrée, équipée pour recevoir l’instrument de mesure, les cuves, le bécher de mesure et un statif pour l’électrode de pH. Avec la LabStation, les appareils portables pHotoFlex® et Turb® 430 se transforment en “mini-laboratoire”.

Les analyseurs multiparamètres de terrain proposés par Endress+Hauser, Hach-Lange, Hanna Instruments, Aqualyse, Ponsel, Heito, Izitec, WTW ou encore Équipements Scientifiques gagnent également en puissance et en polyvalence en intégrant les avancées de la microélectronique et de la numérisation des données et allègent d’autant les besoins analytiques qui étaient jusqu’à présent réalisés en laboratoire. C’est aussi le cas de la mesure en ligne qui gagne également du terrain. Après avoir pris son essor dans le monde industriel au cours des années 2000 (chimie, pétrochimie, agroalimentaire, etc.) puis dans le domaine de l’eau potable, elle tend désormais à se généraliser dans d'autres secteurs comme celui du contrôle des rejets des eaux usées ou des eaux pluviales, domaines dans lesquels le nombre de paramètres s’est nettement renforcé.

Surveillance en continu

Les instruments d’analyse en ligne proposés par des fabricants comme Swan, Endress+Hauser, Anael, Heito, Izitec, Tethys, DTLI ou AMS Systea permettent une surveillance en continu d’une station d’épuration ou d’un procédé industriel pour en assurer le pilotage et générer une alarme en cas de dépassement d'un seuil défini par l’opérateur. Les gains en termes de coûts et de délais.

sont évidents.

« Aujourd’hui, de nombreux paramètres peuvent être mesurés en continu par spectroscopie UV sans aucun réactif : nitrates, COD équivalent, couleur, hydrocarbures, turbidité. D’autres, tels que l’ammoniaque (NH₃) ou l’hydrogène sulfureux (H₂S), ne nécessitent que des réactifs très peu coûteux et non polluants (hydroxyde de sodium ou acide chlorhydrique), souligne Philippe Minghetti chez Tethys Instruments. L’investissement initial des analyseurs en continu est rapidement amorti grâce au coût quasiment nul de chaque mesure, surtout dans les cas des analyseurs multi-paramètres. Nous réalisons couramment des stations avec un seul analyseur couvrant jusqu’à 10 paramètres (NH₃, NO₃, UVCOD, PO₄, PAH, couleur, turbidité, pH, conductivité, oxygène dissous) qui, à raison d’une mesure toutes les 15 minutes, représentent quelque 30 000 mesures par mois, ce pour un coût quasiment nul comparé à celui d’analyses équivalentes en laboratoire. »

Chez Swan, le photomètre en ligne AMI PO4II permet par exemple un contrôle continu de l’orthophosphate ou équivalent phosphore en rejets de stations d’épuration. L’AMI Codes-II CC permet de suivre automatiquement et en continu le chlore libre, le chlore total et le chlore combiné. Quant à l’analyseur AMI Silica, il permet de mesurer en continu la silice dissoute dans les applications d’eau pure.

L’INSTRAN d’Anael est un automate chimique programmable qui existe en version titreur ISE ou colorimètre. Il est dédié au contrôle des eaux potables, au suivi des rejets et aux contrôles environnementaux. Sa conception lui permet d’obtenir des résultats précis tout en ne consommant que peu de réactifs (1 à 2 ml par analyse), minimisant ainsi son impact environnemental.

Endress+Hauser propose, de son côté, une gamme très complète de préleveurs d’échantillons pour les eaux usées répondant aux besoins divers des exploitants. « Ce qui est exigé des exploitants dans le cadre de l’autosurveillance est le prélèvement d’échantillons et leur stockage dans un compartiment réfrigéré à 4 °C pour des analyses ultérieures en laboratoire », explique Matthieu Bauer, chef de marché environnement chez Endress+Hauser. La méthode et la fréquence des prélèvements suivent la norme ISO 5667 pour les eaux usées : vitesse d’aspiration de 0,5 m/s avec un tuyau d’un diamètre de 9 mm. Les prélèvements sont de 50 ml et au nombre de 150 par jour au minimum ; ils doivent être d’autant plus rapprochés que le débit est grand. « Des arrêtés préfectoraux peuvent imposer des mesures en ligne complémentaires comme la température, le pH, la turbidité ou l’oxygène dans le cas où existe un risque spécifique, poursuit Matthieu Bauer.

Plus rarement, on peut être amené à faire une analyse de type colorimétrie en ligne nécessitant une préparation d’échantillons avant analyse. L’analyseur doit également être installé dans un local thermostaté : Endress+Hauser est capable de fournir une solution adaptée à chaque situation. » Le fabricant dispose aussi d’une gamme de capteurs pour répondre à des applications plus difficiles, comme le pH, et améliorer les analyses colorimétriques afin de réduire les quantités de réactifs nécessaires et simplifier les manipulations.

La gamme Micromac C d’AMS Systea repose sur la technologie Loop Flow Analysis (LFA) et permet les analyses physico-chimiques classiques en ligne sur plus de 40 paramètres simultanément. Mais la grande nouveauté chez AMS Systea est le Easychem TOX qui mesure la toxicité globale d’une eau. Cet appareil est capable de réaliser automatiquement les étapes nécessaires à l’évaluation de la toxicité par la bactérie Vibrio fisheri selon la procédure ISO 11348. Vibrio fisheri a en effet la particularité d’être à la fois bioluminescente et sensible à de nombreuses substances. La toxicité est ainsi évaluée par le taux de mortalité de la bactérie une fois dans l’eau, mesuré par l’intensité de la lumière émise. L’appareil fonctionne un mois en autono-

gènes de la toxicité. Le faible coût de cette méthode, puisqu’un test revient à moins d’un euro, devrait favoriser le recours à ce type d’analyse que ce soit pour surveiller les réseaux de distribution que les rivières ou les lacs.

Anael propose également depuis plusieurs années un analyseur de toxicité mêlé grâce à 3 flacons de bactéries lyophilisées qui, une fois réhydratées, ont une durée de vie de 10 jours. « C'est une technologie que nous offrons également sur les instruments de laboratoire, développe Laurent Clousier d’AMS Systea. Mais nous pensons qu'elle intéressera en premier lieu les opérateurs pour tester la toxicité de leurs eaux en continu car elle permet de détecter une toxicité due à l'effet combiné de plusieurs substances qui sont chacune en très faible concentration ». L’ordinateur embarqué permet de générer des alertes, d'engager automatiquement d'autres analyses ou bien être repris en main à distance par l’opérateur pour demander des analyses particulières destinées à identifier l’ori-

en ligne à l'aide de bactéries nitrifiantes, le Tox-Alarm qui permet de juger de la toxicité d'un effluent en moins de 5 minutes. Dans le domaine des contrôles en ligne de l'eau usée et de l'eau propre, Metrohm-Applikon propose de son côté un colorimètre universel capable de s’adapter à ces deux milieux si différents. Pour l'eau propre, la cuve colorimétrique des ADI2019 et Alert permet de descendre à des niveaux de sensibilité de quelques dizaines de ppb, tant pour l’ion ammonium que pour l’ion aluminium, ces paramètres étant souvent suivis par les producteurs d'eau potable. Et pour les eaux usées, le même analyseur est utilisé dans les stations industrielles. L’échantillon est prélevé par des pompes ou des vannes ayant un fort diamètre de passage (plusieurs millimètres) et les équipements ne sont donc pas sujets à l’encrassement.

s::can, spécialiste de l’analyse en continu et in situ de la qualité de l’eau par spectrométrie UV-VIS, a mis à profit son expérience pour lancer sur le marché une sonde immergée : s::can. « Cette sonde miniature et immergeable permet la mesure simultanée en continu de plusieurs paramètres, tels que les matières organiques à 254 nm, le COT, la DCO, les matières en suspension, la couleur, etc., indique Philippe Marinot, Directeur Général de s::can France. Ce principe de mesure ne nécessite aucune maintenance, aucun réactif chimique ni aucun consommable, tout en offrant une très bonne corrélation avec les méthodes de laboratoire ». Les sondes s::can sont associées à une gamme de systèmes d’acquisition des données polyvalents et conviviaux répondant aux besoins des utilisateurs.

Des analyses en laboratoires de plus en plus automatisées

Faire appel aux prestations des laboratoires externes et agréés est néanmoins incontournable pour vérifier la conformité des eaux naturelles ou des eaux résiduaires. Les gros laboratoires comme Eurofins, Ianesco, Wessling ou Alcontrol Laboratories sont à même de proposer des analyses moins chères en exploitant les économies d’échelle. « La tendance actuelle dans les équipements est d’améliorer la robotisation qui permet de réaliser de grands volumes d’analyses et donc de réduire les coûts », explique Yannick Tainon, chef de produits Titrage & Mesure chez Metrohm, spécialiste des équipements dans le domaine des mesures physico-chimiques. Metrohm mais aussi d’autres fabricants comme Hach-Lange, Shimadzu, Thermo Scientific, AMS-Systea, Macherey Nagel avec Skalar ou Anton Paar proposent de nombreux modèles capables de répondre aux exigences de leurs clients.

Le Gallery Plus de Thermo Scientific est un système totalement automatisé assurant un rendu de résultat rapide tout en garantissant une haute qualité de résultats. Une fois chargé, il automatise toutes les étapes requises, en offrant jusqu’à trois heures d’autonomie analytique. La capacité de charge étendue de l'instrument, jusqu’à 54 échantillons et 42 réactifs simultanément, contribue à sa facilité d'utilisation. En complément des méthodes colorimétriques, l’unité électrochimique ECM, disponible en option, permet de mesurer la conductivité et le pH. De plus, l’interface LIS permet

L'envoi automatique des demandes d’analyses et la réception de résultats en ligne. Il est possible de configurer des applications spécifiques à chaque utilisateur. L'offre est en évolution constante avec des réactifs prêts à l'emploi (gain de temps et une traçabilité maximale des résultats).

Nombreuses caractéristiques qui permettent d'adapter au mieux le fonctionnement de l’AP3900 aux méthodes de travail du laboratoire. Il répond bien sûr à toutes les exigences qualité, que ce soit en termes de traçabilité des résultats ou des procédures de métrologie intégrées (étalonnages), pour garantir aux utilisateurs des résultats parfaits.

Avec l'AQ2 et l’AQI, Seal Analytical offre une gamme d’analyseurs séquentiels multiparamétriques destinée aux laboratoires d’analyses privés ou publics comme aux laboratoires des unités de traitement d’eaux. Ces analyseurs complètent la gamme d’analyseurs de flux continu segmenté qui ont fait la réputation de Seal Analytical. Ils sont en mesure de réaliser et de reproduire facilement la plupart des méthodes colorimétriques en les rendant totalement automatiques. Quelques microlitres suffisent pour l'analyse, ils minimisent donc les coûts et les rejets.

L’AP3900 de Hach-Lange est doté d'une configuration modulaire qui permet d’adapter sa capacité aux besoins de l’exploitant. Plusieurs paramètres peuvent être mesurés en parallèle sur un même échantillon, afin d’optimiser la durée totale de la série d’analyses. Pour les paramètres le nécessitant, comme par exemple la DCO, le phosphore total ou l'azote total, l'utilisation de blocs chauffants permet la minéralisation efficace des échantillons conformément aux différentes normes. L’ajout d’échantillons en cours d’analyse, la gestion des échantillons urgents, la priorisation des méthodes, le suivi en temps réel de toutes les étapes de l’analyse font partie des nombreuses caractéristiques qui permettent d'adapter au mieux le fonctionnement de l’AP3900 aux méthodes de travail du laboratoire. Il répond bien sûr à toutes les exigences qualité, que ce soit en termes de traçabilité des résultats ou des procédures de métrologie intégrées (étalonnages), pour garantir aux utilisateurs des résultats parfaits.

Aujourd'hui une automatisation accrue… de plus en plus de paramètres à gérer sur de moins en moins de machines, explique Hervé Ozouf, Chef de Produit Environnement chez Serlabo Technologies. L'analyseur unique devient alors un atout pour le laboratoire... mais également une contrainte. À la moindre panne, tout s'arrête. Cette évolution nous a incité à adapter nos équipes techniques afin de répondre à cette nouvelle demande. Serlabo Technologies a donc opté pour un service régionalisé au plus près du client afin d’assurer rapidité et efficacité.

La nouvelle technologie TitrIC de Metrohm associe techniques de titrage et chromatographie pour mesurer 15 paramètres en 12 minutes sur un maximum de 60 échantillons simultanément. Autre spécificité de l’entreprise, le VoltiC pro associe voltammétrie et chromatographie ionique pour une analyse entièrement automatisée d’anions, de cations et de métaux lourds. Cet appareil est capable de détecter que les concentrations dans l’échantillon dépassent les capacités de l'appareil et d’effectuer une dilution pour refaire l’analyse. Autre originalité des solutions Metrohm, le système MATi12 détermine automatiquement la demande chimique en oxygène (DCO), un indicateur fiable de l'efficacité du traitement des eaux résiduaires utilisé en particulier pour vérifier la qualité de l'eau en sortie d'usine.

Chez AMS Systea, un effort particulier est fait pour baisser les coûts d’analyse en automatisant la préparation des échantillons et en fournissant des réactifs prêts à l'emploi, d'une durée de vie de 6 mois à un an après ouverture. « L'objectif est d’obtenir les résultats automatiquement à partir d’échantillons bruts », explique Laurent Clousier d’AMS Systea.

Par exemple, une analyse sur les nitrates et nitrites prend moins de 5 minutes sur nos appareils, mais encore faut-il avoir les réactifs qui, eux, peuvent prendre quelques heures, et pour certains une journée, à préparer. Un gain de temps mais aussi de traçabilité et de sécurité des résultats car, précise Laurent Clousier, « 9 fois sur 10 les problèmes rencontrés lors d’une analyse sont le fait d’une erreur dans la préparation des réactifs ». Autre avantage : l'analyse se situe parmi les moins chères du marché, avec un coût du test compris entre quelques centimes et moins de 10 centimes d’euro pour la plupart.

Au-delà de l’automatisation, les outils deviennent plus légers, plus polyvalents, plus simples à utiliser et moins coûteux. Chez Hanna Instruments, edge® permet par exemple de mesurer le pH, la conductivité et l’oxygène dissous. Compact, léger (épaisseur de 1,27 cm pour 255,15 g), il allie les avantages des instruments portatifs avec ceux des instruments de laboratoire.

Cette conception polyvalente permet aux utilisateurs de l'utiliser comme un appareil de paillasse, un appareil de mesure sur site ou encore comme un indicateur en le fixant au mur, économisant ainsi de l’espace sur les paillasses de laboratoire. edge® fonctionne avec des électrodes numériques intelligentes presque aussi avancées que l'appareil de mesure lui-même, grâce à un circuit intégré stockant les informations sur le type de capteur, l’identifiant et l’étalonnage. Ces données sont automatiquement récupérées une fois que l’électrode est connectée.

Ne pas négliger la qualité de service

Le groupe international Alcontrol Laboratories, actif depuis huit ans sur le marché des eaux usées, s’appuie sur l’évolution des techniques et leur automatisation, mais mise également sur l’amélioration de la qualité du service apporté aux clients. « Nous mettons l'accent sur la fiabilité des résultats et la maîtrise des délais (taux de respect des délais supérieur à 96 %) que nous avons identifié comme un des besoins de ce marché », souligne Nicolas Gros, directeur France d’Alcontrol. Grâce à une plateforme analytique de 400 personnes et des chaînes dédiées, la société est en mesure de proposer à ses clients des délais de une à deux semaines pour traiter leurs échantillons ou, moyen-

nant une majoration de coût, la possibilité d’obtenir des analyses en urgence : 5 jours, 72 heures ou 48 heures si la technique le permet. C'est un délai très court dans le domaine des eaux usées, poursuit Nicolas Gros.

Une deuxième petite révolution que nous apportons à nos clients est notre plateforme informatique sur laquelle ils peuvent suivre en temps réel le traitement de leurs échantillons et bénéficier des résultats des différents paramètres recherchés au fur et à mesure de leur obtention. Cela permet, par exemple, de gagner du temps pour le réglage d'une station d’épuration ou prendre plus rapidement les mesures nécessaires en cas de problème de rejet par un industriel.

L'importance du conseil est également mise en avant chez Ianesco. « Nos clients évoluent dans un contexte réglementaire complexe et ils sont en demande d'un accompagnement d’experts pour mieux appréhender les enjeux. Cette fonction de conseil et d'expertise est fondamentale, explique-t-on chez Ianesco. Nous accompagnons nos donneurs d’ordre avec des solutions complètes comprenant la planification, le prélèvement, l'analyse et l'expertise. Ces prestations, proposées avec des prix compétitifs et des coûts logistiques optimisés, répondent à la qualité de service que nous recherchons pour notre laboratoire. »

La qualité du service apporté au client est aussi mise en avant par les petits laboratoires publics qui ne peuvent prétendre à des prix aussi étudiés. « La proximité géographique et les connaissances acquises au fil des ans font que nous connaissons bien les territoires et les problématiques locales, insiste Catherine Prodhomme, présidente de l'ASLAE, association des directeurs et des cadres des laboratoires publics agréés pour les analyses d’eau et directrice du service d’analyse des eaux du Laboratoire de Développement et d’Analyse des Côtes d’Armor. Dans certains cas particuliers, on gère mieux les problèmes d’interférences si on connaît la matrice. On peut aussi être force de proposition lorsqu’un problème surgit et qu’il faut en chercher la cause. C’est vrai dans tous les domaines : le domaine des eaux d'alimentation, eaux de surface, eaux usées urbaines, mais aussi industrielles, de l’agroalimentaire, de la métallurgie ou des traitements de surface... »