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Analyse de l’eau : vers des parcs optimisés ?
Patrick Philipon de TECHNOSCOPE 02 mai 2018 Paru dans N°411 - à la page 33

Quelle que soit la vocation de l’installation dont il à la charge, l’exploitant d’un ouvrage de gestion de l’eau doit analyser celle-ci en permanence, en suivant en général plusieurs paramètres. Comment constituer un parc analytique optimisé?? Les fabricants proposent plusieurs solutions, dont certaines restent débattues. Une chose est certaine cependant?: le passage au numérique s’impose.

Qu’il gère une station d’épuration, une usine de production d’eau potable, un réseau ou une installation industrielle, un exploitant doit, en général, analyser plusieurs paramètres concernant l’eau qu’il traite où qu’il utilise. Il s’agit d’une part de répondre à des préoccupations environnementales et/ou réglementaires, d’autre part de piloter le process lui-même. Pour cela, il assemble un parc analytique composé de capteurs, sondes, analyseurs chimiques, en ligne ou sur paillasse, envoyant leurs données dans des transmetteurs, eux-mêmes reliés à des automates ou à la supervision. Autant d’éléments physiques provenant bien souvent de fournisseurs différents, parfois installés par strates et à différentes époques.
Le ProDSS YSI de Xylem Analytics est un instrument multiparamètres numérique portable permettant de mesurer l’oxygène, la turbidité, pH, redox, conductivité, conductance spécifique, salinité, solides totaux dissous (TDS), résistivité, densité eau de mer, MES (TSS), ammonium, chlorure, nitrate et température.

Comment passer d’une juxtaposition de ce type à un parc optimisé, cohérent, non redondant en limitant autant que possible la maintenance ?

L’AMI SAC254 de Swan permet la surveillance des points critiques du procédé de traitement de l’eau potable. Il permet d’observer les changements dans la composition de l’eau brute et d’optimiser la coagulation/floculation lors des traitements physico-chimiques.

La gamme de paramètres demandés, donc suivis, varie évidemment selon les secteurs. En eau potable, les besoins sont plus ou moins standardisés : pH, conductivité, turbidité, chlore (eau sortante), parfois dureté (eau entrante). Les stations d’épuration vont évidemment se préoccuper de charge organique, d’ammonium, de nitrates et selon les cas d’autres polluants, alors que les exigences des industriels sont directement fonction de leur process.

En fait, la nature des paramètres à mesurer ne pose plus véritablement de problème. Il existe sur le marché quantité de capteurs et/ou d’analyseurs performants, répondant à tous les besoins. La question est plutôt de les assembler en un parc le plus pertinent, le plus compact et le plus homogène possible. Que peuvent offrir les exploitants face à cette nécessité ?


Les sondes multiparamétriques : une bonne idée ?

La première solution consiste à utiliser, lorsque c’est possible, un seul capteur pour plusieurs paramètres dont la mesure repose sur le même principe physique ou chimique.
Chez nke instrumentation, la sonde SAMBAT en sortie Modbus peut être utilisée indifféremment en mode datalogger, en mode lecture directe, ou connectée à une centrale d’acquisition.

De nombreux acteurs, comme Aquacontrol, Aqualabo, Bionef, Datalink instruments, EFS, Hach, Hanna Instruments, Horiba, Krohne, Metrohm, nke instrumentation, Rittmeyer, SDEC, ou S::can, proposent ainsi de telles sondes multiparamétriques.

Aisément personnalisables, les platines de mesure d’analyse simplifient les mesures analytiques tout en améliorant la sécurité, la qualité et le rendement des unités.

Xylem Analytics, qui développe des solutions intégrant des capteurs provenant de différents fabricants, en propose plusieurs. « Pour les eaux usées, un exemple typique est la sonde unique donnant à la fois l’ammonium et les nitrates, explique Philippe Ribouat, Managing Director chez Xylem Analytics. De même, une sonde optique travaillant dans l’UV et/ou le visible peut aujourd’hui mesurer à la fois la DCO, la turbidité, les nitrates, les nitrites, la DBO et le COT ».

S::can propose des solutions plug and play pour la surveillance de l’eau potable associant des sondes physiques et pectrométriques. Selon les besoins, nano::station et micro::station constituent un système compact et polyvalent.

Est-ce aussi fiable qu’un ensemble de capteurs mono-paramètre ? Pour Philippe Ribouat, c’est “oui” sans hésitation. « Ça peut même être un avantage. Par exemple, la turbidité, qui perturbe la précision des sondes en UV, n’était pas prise en compte. Aujourd’hui, des sondes balayant le spectre peuvent la mesurer pour délivrer des valeurs plus fiables sur les autres paramètres. De même, notre sonde Varion, pour l’ammonium et les nitrates, comprend une sonde complémentaire pour le potassium ou les chlorures, qui sont également des perturbateurs ».

Krohne a développé un service dédié, baptisé “Process Solutions”, permet-tant de regrou-per plusieurs instruments sur un même panneau
pour constituer une solution prête à brancher.

S::can, fabricant autrichien disposant d’une filiale française à Aix-en-Provence, s’appuie sur la spectrométrie dans le visible pour proposer lui aussi des sondes multiparamétriques. « Une de nos sondes peut mesurer le COT, la turbidité, l’UV 254, la couleur. Le COT, en particulier, est devenu un paramètre déterminant en eau potable. Nous pouvons le mesurer directement, par mesure spectrale indépendante dans l’UV-Vis », affirme Philippe Marinot, qui dirige la filiale française.

D’autres sont plus dubitatifs. « Nous ne faisons pas de multiparamétrique, affirme ainsi Christophe Vaysse, chez Anael. Nous préférons orienter les exploitants vers le paramètre qui donne la meilleure vision de leur process. Par exemple, au lieu de mesure la DBO, la DCO et l’azote dans des effluents de STEP, nous conseillons de faire une vraie mesure de la DCO. Ils connaissent suffisamment leur effluent pour pouvoir en déduire la DBO car le ratio entre les deux est plus ou moins constant dans une installation ».
Le MemoRail Modbus A1405 N de Knick peut être combiné avec de nombreuses sondes : pH, redox, conductivité conductive ou inductive, oxygène ampérométrique, oxygène optique, température. Il permet de calibrer les sondes directement sur site via le protocole Modbus .

Jean-Pierre Molinier, spécialiste process chez Hach, doute lui-aussi de l’existence d’un “capteur miracle” capable de tout mesurer avec un seul principe de physico-chimique. « Nous préférons utiliser plusieurs capteurs à sortie numérique qui communiquent leurs données vers le même transmetteur multivoies », explique-t-il.

Les panneaux de la série Dulcotrol de ProMinent avec l’appareil de mesure/régulation DACb sont proposés avec des accessoires de mesure adaptés à la nature de l’eau à analyser.

Même son de cloche chez Krohne : « Tout dépend de l’application considérée, des besoins de l’exploitant et de ses attentes », indique Christian Jay, Responsable Produits Analyse. L’entreprise s’attache plutôt à compléter son offre encore jeune dans le domaine de l’analyse physico-chimique et devrait présenter plusieurs nouvelles sondes au cours des prochains mois.

La structure modulaire du tableau de mesure Easypro de Lutz-Jesco permet de l’adapter exactement aux exigences de l’exploitant.

« La présence de plusieurs détections sur une sonde UV/visible n’est pas forcément une panacée ou quelque chose pouvant ressembler à un idéal (appareil sans encrassement, sans calibration, sans entretien, avec une mesure très fine, des corrections inter-paramètres), souligne de son côté Christian Haritchabalet chez Anhydre. Ces configurations multi-détections peuvent exiger des compromis en termes de gammes de mesure sur les différents paramètres (interaction des exigences des principes de détection), des gammes en fait trop larges pour les niveaux de détections souhaitables face à une limite légale basse. Les paramètres extrapolés (mesure non directe du paramètre, obtenue par corrélation - calcul comme DCO, COT en UV) à partir d’une mesure optique peuvent être étroitement liés à des conditions ambiantes données. Les facteurs de conversion ne tiennent que dans la mesure où ces conditions ne présentent pas de forte variabilité. En résumé, l’utilisateur doit rester vigilant quant au couple de base de toute mesure : gamme de mesure utile et précision réelle de la mesure dans les conditions du milieu ».

Chez nke instrumentation, on mise sur le multi-interfaçage. En effet, la sonde SAMBAT en sortie Modbus peut être utilisée indifféremment en mode datalogger, en mode lecture directe, ou connectée à une centrale d’acquisition.

Platines, plateformes et autres ensembles “plug and play”

Ces transmetteurs multivoies, aujourd’hui proposés par la plupart des grands fabricants, permettent de centraliser sur un même écran la réception, le traitement et la restitution des mesures de divers capteurs, éventuellement placés à distance par exemple dans plusieurs bassins d’une même usine.
Cometec élargit son offre en commercialisant les capteurs du fabricant Allemand Trios. Les paramètres mesurés sont l’UV, les HAP, la turbidité, ainsi que le chlore, le pH, la conductivité, etc… en montage sur platine ou pour la mesure en ligne.

Les transmetteurs SC 200 et SC 1000 de Hach peuvent ainsi recevoir jusqu’à huit capteurs. Il en va de même pour le Liquiline CM44 d’Endress+Hauser, même si, « en général, 4 ou 5 suffisent pour l’eau potable », comme le précise Aurélia Genet, Chef de marché Environnement chez Endress+Hauser.

Puisqu’un seul transmetteur peut traiter les signaux de plusieurs capteurs, pourquoi ne pas rassembler toute cette instrumentation en un ensemble cohérent, construisant ainsi une solution complète d’un seul tenant que l’exploitant n’a plus qu’à brancher électriquement et hydrauliquement pour les systèmes en by-pass ? Qu’on parle de “plateforme”, “station”, “platine” ou “panneau”, il s’agit peu ou prou de la même chose : un ensemble de capteurs dédiés à un process et reliés à un même transmetteur. Tout au plus peut-on distinguer d’une part les platines, plateaux et autres boîtes destinés à l’accrochage sur un mur à l’intérieur d’une usine et, d’autre part, les ensembles installées à l’extérieur dans des armoires étanches, voire des bungalows, pour les eaux de surfaces ou les stations d’alerte distribuées sur des réseaux. Lorsque le fluide à analyser est peu chargé, il est possible de l’amener via un tuyau à la plateforme, qui intègre alors les capteurs. Ces installations en “by-pass” s’adressent en particulier aux eaux de surface, usines d’eau potable et certains process industriels. « C’est une grande tendance en eau potable, les exploitants y voient un avantage en termes de mise en service et de maintenance puisque tous les appareils sont regroupés », souligne Aurelia Genet.
Le système de télégestion des capteurs Claros® de Hach permet un accès facile aux informations essentielles et aide l’exploitant à gérer son procédé et à anticiper ses opérations de maintenance.

Plusieurs spécialistes de l’analyse ont opté spécifiquement pour cette solution. C’est par exemple le cas de Swan, Proanatec, Waltron ou encore TMR. D’autres, comme Endress+Hauser, Bürkert, Hach, Xylem Analytics, EFS, Anael, Cifec, ou Comectec, ProMinent, Krohne et Lutz-Jesco proposent cette solution à la demande, lorsque le standard n’est pas le meilleur compromis.

TMR propose ainsi des solutions complètes regroupant sur un même panneau des capteurs, des transmetteurs-régulateurs, des pompes doseuses et bien d’autres accessoires qui dépassent souvent l’analyse stricto-sensu pour déborder sur les domaines du dosage, de la régulation voire de l’automatisation, pour répondre parfaitement aux besoins de l’exploitant.

Aquacontrol propose un panneau de contrôle du chlore en eau potable doté d’une transmission analogique 0/4-20 mA pouvant être reliée à un automate. Il intègre un nouvel analyseur avec son coffret intégré (CL6587). « L’avantage réside dans la fiabilité et la précision de la sonde potentiostatique SZ283, explique Joël Guilleray chez Aquacontrol. Celle-ci possède un double anneau platine très pur lui conférant une grande stabilité du zéro. De plus, son entretien est limité et rapide puisqu’il suffit de la tremper dans une solution de nettoyage, de la rincer et l’essuyer avec un chiffon (pas d’électrolyte, ni de membrane à changer tous les trois mois) ».

S::can propose de son côté des “stations” complètes associant des sondes physiques et spectrométriques. Selon ses besoins, le client décide quels paramètres il souhaite surveiller, et obtient une “nano::station” (pouvant gérer 4 ou 8 paramètres) ou une “micro::station” (plus importante), prête à brancher. Hach propose également des panneaux modulaires pré-montés, essentiellement pour l’eau potable.
Basé sur la technologie numérique Memosens, le Liquiline CM44 d’Endress+Hauser est un contrôleur multiparamètres multivoies capable de recevoir jusqu’à 8 capteurs.

Grâce à la diversité des sondes proposées, Xylem développe également des platines cohérentes prêtes à brancher pour l’eau potable. « Nous savons désormais faire travailler ensemble les capteurs de nos fournisseurs, par exemple des sondes pH, conductivité et chlore, auxquelles on peut rajouter au besoin une sonde UV pour nitrates, ou une sonde nitrites… », précise Philippe Ribouat.

Krohne a développé un service dédié, baptisé “Process Solutions”, permettant de regrouper plusieurs instruments sur un même panneau pour constituer une solution prête à brancher. L’offre démarre avec l’adaptation de panneaux prédéfinis pour les applications les plus courantes, notamment en eau potable pour la mesure du chlore, du pH par exemple, et s’étend jusqu’à la réalisation de panneaux à façon, selon un cahier des charges fournis par le client. « Ces solutions présentent un triple avantage, explique Christian Jay chez Krohne. Elles correspondent exactement aux besoins des exploitants, elles simplifient les procédures d’achat grâce à un interlocuteur unique et elles sont très rapidement opérationnelles ».

ProMinent axe également son développement sur des appareils de mesure/régulation communiquant par Webserver ou Modbus et permettant le raccordement de sondes de mesures qui ne sont pas de sa gamme. « C’est le cas de l’appareil DACb et AEGIS » précise Claude Klein.


Un saut technologique

Bürkert, fabricant alsacien, propose son système d’analyse 8905, qui rassemble six analyseurs et un transmetteur dans un boîtier de la taille d’une feuille A3 ! Son secret ? La microfluidique. Autrement dit, l’utilisation de MEMs (microsystèmes électromécaniques), ou “laboratoires sur puce”, fabriqués en salle blanche et reproduisant à très petite échelle n’importe quelle opération d’analyse, qu’elle soit chimique, physicochimique, optique, électrique, etc. Le système 8905 peut accueillir jusqu’à six “cubes d’analyse” à choisir dans une vaste gamme. « Les cubes sont débranchables “à chaud”, sans fuite, pour la maintenance par exemple, ou pour un changement de paramètre. Les autres continuent à mesurer pendant l’opération. Une fonction “hold” envoie une valeur constante au transmetteur, à la place de la mesure débranchée, pour éviter de créer une alarme », précise Olivier Bertrand, responsable du marché “eaux” chez Bürkert.
Le système 8905 de Bürkert peut accueillir jusqu’à six “cubes d’analyse” à choisir dans une vaste gamme.

Si les usines d’eau potable disposent en général d’assez de place pour accueillir des platines plus conventionnelles, la compacité de ce système, et sa très faible consommation d’eau, sont des atouts pour l’installation dans des regards sur un réseau de distribution, ou dans des conteneurs de traitement transportables. Au-delà du système standard de six cubes dans leur boîtier, Bürkert peut développer des panneaux sans limite de nombre de paramètres mesurables – le logiciel accepte jusqu’à 128 mesures. L’usine d’eau potable d’Oehringen (Allemagne) a ainsi remplacé son impressionnant mur d’appareils par un simple panneau Bürkert comprenant quatorze cubes d’analyse surveillant sept fluides différents, surmontés d’un écran.

Les cubes du système 8905 de Bürkert sont débranchables “à chaud”, sans fuite, pour la maintenance par exemple, ou pour un changement de paramètre. Les autres continuent à mesurer pendant l’opération. Une fonction “hold” envoie une valeur constante au transmetteur, à la place de la mesure débranchée, pour éviter de créer une alarme.

Bien implanté dans l’industrie, Bürkert promeut désormais sa technologie dans le monde de l’eau en faisant tester gratuitement ses coffrets 8905 pendant six mois. « Nous avons eu des commandes grâce à ce système car, outre les économies d’eau, les exploitants constatent que nos capteurs dérivent très peu : par exemple 0,1 de pH sur un an. Cela diminue drastiquement la fréquence de calibration. Quand vous avez des sites dispersés, c’est un gros avantage », estime Olivier Bertrand. Le succès semble au rendez-vous puisque le Grand Poitiers et Eau de Paris par exemple, vont déployer des systèmes 8905 sur l’ensemble de leur réseau de distribution.

Autre solution innovante mais dans un tout autre registre, la méthode Enverdi-DBO d’AMS Alliance, qui permet la mesure d’un équivalent DBO5 en 48 heures. « Non seulement elle fait gagner 3 jours pour obtenir les résultats (en 2 jours au lieu de 5), mais elle permet aussi le traitement automatisé des données car celles-ci sont déjà numérisées », explique Laurent Clousier chez AMS Alliance. Le gouvernement français, qui a compris l’utilité de ce genre d’innovation - sans équivalent à ce jour - a lancé en septembre 2017 une expérimentation de deux ans dans le but de l’adopter comme méthode officielle. « C’est l’innovation qui fait avancer la norme et non plus la norme qui définit le cadre de l’innovation » comme le souligne Laurent Clousier.


Maintenance : la vraie optimisation ?

Concevoir un parc analytique le plus compact possible, en minimisant le nombre de capteurs et de transmetteurs, limite certes l’investissement. Cela ne représente toutefois qu’une partie de la réponse au problème. Quid en effet des coûts d’exploitation ? Les appareils d’analyse demandent un suivi continu (les performances diminuent parfois avec le temps) et une maintenance régulière, que ce soit pour les étalonner ou pour remplacer les consommables (réactifs, électrodes). Planifier, simplifier la maintenance devient dès lors un facteur clé d’économies… et une nécessité dans un contexte de diminution du personnel d’exploitation. Lorsqu’il s’agit en plus de gérer un parc étendu, avec des analyseurs dispersés sur un réseau de distribution, la question devient cruciale : comment limiter le nombre de déplacements ?
L’analyseur de DCO en ligne QuickCODultra d’Anael peut intégrer jusqu’à 6 voies de mesure. Il est basé sur le principe de l’oxydation thermique à 1.200 °C qui réalise une véritable détermination de la DCO en moins de 3 minutes, sans réactif.

Tous les fabricants sont conscients du problème. « Aujourd’hui, les clients nous demandent de réduire la maintenance et la fréquence de calibration car ils ont des équipes réduites, qui, en plus, sont en général des électromécaniciens, donc pas forcément des spécialistes des techniques d’analyse », constate ainsi Olivier Bertrand, chez Bürkert.

« Les personnels sont de moins en moins nombreux sur les sites et disposent de moins en moins de temps » renchérit Christophe Vaysse chez Anael. Les améliorations portent en premier lieu sur les appareils individuels, afin de les rendre le plus autonome possible.
Datalink Instruments commercialise des analyseurs multiparamètres utilisant la technologie UV comme l’Ammonit200 (NH4, NO3, DCO) ou bien des transmetteurs reliés à des sondes spécifiques à chaque paramètre comme le Physeo pouvant collecter 4 mesures différentes : MES, pH, conductivité, oxygène dissous par exemple. Ces appareils sont munis d’une interface numérique permettant le report des informations et l’autodiagnostic sous ModBus.

« Il faudra toujours apporter des réactifs chimiques à un analyseur. Lorsqu’on peut le remplacer par un capteur, on le fait… ou alors on réalise une analyse chimique sans réactifs. C’est ce que fait notre DCOmètre, destiné aux stations d’épuration. Il utilise le principe d’une réoxydation à 1.200 °C, sans catalyseur. C’est une vraie analyse chimique, avec dégradation des molécules à mesurer, mais sans réactif à apporter. En parallèle, nous faisons constamment évoluer nos automates chimiques pour utiliser le moins de réactifs possible » affirme Christophe Vaysse. Anael préconise également une précaution toute simple : l’installation systématique, en amont de l’analyseur, d’un débitmètre à ailettes relié à la supervision ou à l’automate. « Lorsque l’on fait un diagnostic sur un paramètre, avant de s’inquiéter d’un problème de mesure, il faut s’assurer d’avoir du débit dans l’analyseur, qui peut se boucher. Les clients demandent ce pré-dagnostic à distance », explique Christophe Vaysse.

EFS propose une sonde multiparamètres intégrant 11 paramètres dont deux sont des entrées externes pour d’autres capteurs. La sonde intègre directement son transmetteur de mesure et fonctionne de manière autonome, ce qui permet une installation rapide, homogène et complète. L’intégration complète sur un équipement permet d’éviter à l’utilisateur une multitude d’installations, de paramétrages, et de configurations pour chaque mesure effectuée. L’information est transmise par GPRS, WIFI ou bus de terrain en protocole MODBus.

La technologie micro-fluidique de Bürkert réduit grandement les besoins de maintenance des appareils. Il faut néanmoins toujours remplacer périodiquement les électrodes de référence pour le pH et le redox, par exemple. « Nous utilisons un bloc-gel de KCl, sous forme d’une cartouche facilement remplaçable “à chaud”, branchée à côté du cube d’analyse. Le système électronique de mesure ne bouge pas, seul le consommable est changé, en quelques secondes », affirme Olivier Bertrand. Philippe Marinot, chez S::can, souligne pour sa part l’avantage de la technologie maison : « la spectrométrie ne demande pas de maintenance puisque le système est totalement optique. Les sondes de pH ou de chlore, que l’on peut intégrer à nos stations, demandent une intervention par an ».

« Les mesures de chlore libre de type potentiostatique avec compensation de pH sont de type électronique et requièrent beaucoup moins de temps de maintenance que les mesures avec réactif ou gel » estime de son côté Christophe Rossigneux chez Lutz-Jesco.
La mise en place de solutions sans fil pour l’exploitation des données apporte également une flexibilité nouvelle. De nombreuses mesures de pH sur des applications difficiles sont localisées sur des points éloignés ou difficiles d’accès. L’utilisation du transmetteur avancé multi-paramètres 56 d’Emerson peut être associé avec un adaptateur universel THUM pour intégration dans un réseau sans fil via le WirelessHART.

Pour réduire la maintenance dans les environnements industriels, Mettler Toledo compte sur le système de gestion intelligente de sondes « Intelligent Sensor Management » (ISM®). Cette technologie numérique intègre des algorithmes intelligents dans la tête des sondes qui permet l’analyse des conditions subies par la sonde dans le procédé. Parmi les nombreux avantages d’ISM figure un calcul plus précis du DLI (durée de vie restante du capteur en nombre de jours), pour une maintenance plus efficace et plus de fiabilité du procédé.

Pour limiter le ré-étalonnage périodique des capteurs, qui évoluent inévitablement avec le temps, Xylem Analytics propose de son côté une sonde optique à oxygène munie d’une double lecture. « À chaque mesure, elle fait une lecture sur l’échantillon et une sur sa référence : le vieillissement du capteur est ainsi pris en compte en continu. Et ce sans consommable puisque la référence est une couche mince de matériau réactif, déposée au bout de la sonde par un procédé breveté. Le point zéro est fait à sec, avant l’arrivée de l’eau à analyser », explique Philippe Ribouat.

Sur le CX-105, commercialisé par Anhydre, numérisation et miniaturisation se combinent pour ouvrir de nouveaux champs dans l’utilisation des testeurs de poche. Un corps commun polyvalent groupe alimentation et affichage s’associe avec un choix de têtes de mesure interchangeables. Chaque tête se connecte simplement sur le corps et la prise de mesure intervient dans la foulée avec le paramètre souhaité : température, pH, oxygène dissous, humidité relative, épaisseur d’un revêtement sur un support, etc. 

« Nos sondes numériques Smartpat stockent l’historique des étalonnages au sein de l’électronique, historique qu’il est très facile de consulter grâce à un logiciel d’historisation ad’hoc, explique Christian Jay chez Krohne. Mais il est possible d’aller bien plus loin en exploitant le HART® sur le 4-20 mA qui offre une gestion par pictogramme de type Namur NE 107 et prévient l’exploitant de l’état de la sonde ». Mais peu d’exploitants du domaine de l’eau exploitant le HART®, Krohne est en train de développer un afficheur qui va alimenter la sonde en 24 volts et récupérer le HART de la sonde et ainsi exploiter les signaux 4-20 mA, voire des contacts d’alarme de l’équipement. Ce développement devrait être commercialisé dans le courant de cette année.

Le Jumo Aquis touch S se présente comme une plate-forme centrale pour afficher et traiter les signaux de différents capteurs : valeur de pH, potentiel redox, conductivité électrolytique, résistance de l’eau ultrapure, température, grandeurs de mesure pour la désinfection comme le chlore libre, le chlore total, le dioxyde de chlore, l’ozone, le peroxyde d’hydrogène et l’acide peracétique ou également le débit.

La mise en place de solutions sans fil pour l’exploitation des données apporte également une flexibilité nouvelle. De nombreuses mesures de pH sur des applications difficiles sont localisées sur des points éloignés ou difficiles d’accès. L’utilisation du transmetteur avancé multi-paramètres 56 d’Emerson peut être associé avec un adaptateur universel THUM pour intégration dans un réseau sans fil via le WirelessHART. La transmission de mesures, de diagnostics et de paramètres de configuration depuis et vers des instruments isolés, est ainsi aisément assurée et constitue une alternative économique et sûre au câblage des sorties analogiques ou numériques. Ce transmetteur couplé à une sonde type 3900 SMART permet de renvoyer à distance les informations mémorisées dans la sonde, telles que les paramètres des derniers étalonnages effectués et les diagnostics. Associée à la connectique VP, cette technologie rend immédiat et très sûr l’échange d’une sonde par une autre sans étalonnage sur site.


De l’appareil au parc

« En matière de maintenance, la grande tendance aujourd’hui, c’est de faire de la maintenance systématique, souligne Christian Jay chez Krohne. Mais le fait que désormais, ce soit la sonde qui prévienne d’un besoin de maintenance, constitue une énorme avancée ».
Le nouveau convertisseur DIQ/S 282/284 de Xylem Analytics est disponible en version 2 ou 4 canaux (DIQ/S 284). Outre la mesure sans réactif du CBO, tous les paramètres pertinents pour une installation de traitement des eaux usées sont disponibles. La combinaison de capteurs multiparamètres permet la détermination et la représentation parallèle de jusqu’à 20 paramètres différents.

Les appareils individuels progressent, donc, mais la gestion d’un parc complet, dont chaque composant possède sa propre fréquence de maintenance et/ou de calibrage, demeure dans bien des cas un casse-tête. La réponse à ce problème tient en un mot : numérisation.

Quels avantages tirer du numérique ?

« La numérisation avec mémoire dans le capteur lui-même peut apporter l’interchangeabilité “à chaud”, explique Christian Haritchabalet chez Anhydre. Un capteur calibré peut être installé sur un système, être reconnu, identifié et mis en service sans aucune autre intervention de l’opérateur. Le rapport signal/bruit peut être amélioré de ce fait grâce à une très courte liaison entre détection et mise à disposition d’un signal mis en forme et donc exploitable directement. On peut en tirer une mesure améliorée et pouvoir également apporter des corrections inter-paramètres, dans la mesure où l’on n’a pas un effet d’interdépendance multiple. Si on touche à l'un, on touche à l’autre ».

Le numérique permet également de simplifier les architectures.
« Les stations d’eau potable sont en train de basculer sur Ethernet. L’avantage : on ne “tire” qu’un seul câble vers l’automate. Mais surtout, à la différence des appareils communicant en 4-20 mA, qui n’envoient que la valeur mesurée, les capteurs numériques peuvent envoyer des données d’autodiagnostic », explique Olivier Bertrand. Aurélia Genet confirme cette évolution. « Nous conseillons d’opter pour les nouvelles techniques numériques, pour limiter le nombre de transmetteurs mais aussi pour optimiser la maintenance. Le fait d’équiper les usines en bus terrain (modbus, TCP-IP, Ethernet/IP, Hart ou profibus) permet de remonter non seulement les valeurs mesurées mais également les diagnostics, jusqu’à la supervision », explique-t-elle.

Endress+Hauser intègre depuis plusieurs années déjà sa technologie Memosens sur ses capteurs numériques. Elle permet de faire remonter un grand nombre de défauts ou évolutions, par exemple un problème d’impédance du verre en mesure de pH. Cette technologie est également exploitée par Knick qui propose avec MemoRail un appareil d’analyse numérique compact et économique sans afficheur permettant la connexion de deux électrodes Memosens. Les sondes de conductivité Memosens étant pré-calibrées et nécessitant une fréquence de calibration faible ne nécessitent pas d’étalonnage lors de la mise en place. Endress+Hauser commence à équiper certains de ses capteurs d’une nouvelle technologie, appelée Heartbeat, déjà déployée sur ses débitmètres. « Elle présente les mêmes fonctionnalités que Memosens, soit l’autodiagnostic et l’affichage sur l’écran du transmetteur, mais avec une nouvelle interface. L’écran propose une vue synthétique avec une indication visuelle sous forme de smiley. Heartbeat permet aussi de réaliser des rapports de bon fonctionnement avec vérification des capteurs et du transmetteur. À noter qu’avec un module spécifique, toutes ces informations sont également disponibles à distance sur tablette ou smartphone. Heartbeat est déjà disponible sur les capteurs pH et conductivité, et sera déployée d’ici la fin de l’année sur tous les autres », précise Aurelia Genet.

Dans le même esprit, Hach propose sur ses transmetteurs un système de gestion du parc à distance, appelé MSM pour mobile sensor management. Toutes les informations de maintenance, état, qualité de la mesure des capteurs et analyseurs d’une installation, voire d’un réseau, remontent au transmetteur, qui dispose lui-même d’un modem. « L’idée globale est de passer à des appareils connectés à internet par WiFi, 3G ou en filaire. Le suivi ne se fait plus seulement en local, devant le transmetteur, mais à distance, de façon centralisée, sur un portail accessible par PC, tablette ou smartphone, partout où l’agent a accès à internet », explique Jean-Pierre Molinier.
La sonde multiparamètres Tripod d’Aqualabo permet de mesure simultanément jusqu’à 9 paramètres physico-chimiques : pH, redox, conductivité, salinité, MES, turbidité, oxygène dissous…

Outre l’intérêt logistique évident, le fait de centraliser toutes les données de la maintenance d’un parc présente un autre avantage non négligeable : la diminution du risque d’oubli ! Un parc complet, aussi homogène soit-il, reste en effet tributaire des différents principes de mesures imposés par les paramètres (ou la réglementation). Les fréquences de maintenance varient donc de tous les mois à deux ans (pour certaines sondes d’oxygène). Autre intérêt : ces systèmes intégrés fournissent non seulement le diagnostic et le suivi de la maintenance faite ou à faire, mais également les modes opératoires. Ce qui n’est pas inutile pour des opérateurs de moins en moins spécialisés en instrumentation…

Suivant la tendance générale à la simplification des opérations de maintenance, le système MSM de Hach comprend un module appelé Prognosis, disponible sur le transmetteur SC 1000. Pour chaque capteur, Prognosis compile des informations multiples - transmittance d’un photomètre, pente d’une électrode, humidité dans une boîte d’analyse, compteur d’intervention, etc. - et les restitue sous une forme graphique très simple. « Il s’agit de deux barre-graphes allant de 0 à 100 %. L’un est dédié au niveau de maintenance (à zéro il n’y a rien à faire, à 100 on a dépassé une échéance) et l’autre au niveau de fiabilité du capteur. C’est important : l’utilisateur sait s’il peut continuer à utiliser cette mesure pour piloter son process ou s›il doit passer en mode de repli », détaille Jean-Pierre Molinier. L’intervention, lorsqu’elle est nécessaire, n’est plus décrite par un texte mais illustrée par des pictogrammes, montrant le déroulement des opérations à effectuer.
La méthode Enverdi-DBO d’AMS Alliance permet la mesure d’un équivalent DBO5 en 48 heures.

Hach a déjà déployé le système MSM dans plusieurs situations. « Une station d’eau potable, qui disposait déjà de matériel de chez nous, a voulu étendre son parc à d’autres paramètres. Sensibilisé au besoin de suivi de tous ces capteurs, l’exploitant s’est équipé de MSM. En Italie, un opérateur était confronté à un autre problème : la gestion de systèmes d’analyse installés dans des stations d’alerte réparties sur tout un réseau de distribution. Là aussi, il a fait appel à MSM et son accès unique par portail internet », explique Jean-Pierre Molinier. La société s’apprête à lancer, en avril, sa nouvelle plateforme Claros. Elle intégrera les systèmes RTC, MSM (et son module Prognosis), ainsi qu’une nouvelle fonctionnalité appelée Collect. Celle-ci rassemblera et exploitera des données disparates : autodiagnostic, suivi de maintenance, données de mesure, relevés d’intervention ou d’incidents… y compris celles que l’on note habituellement sur un cahier restant sur place dans un tiroir, par exemple…