Les analyseurs industriels permettent de suivre, de façon continue ou séquentielle, un grand nombre de paramètres liés à la qualité de l'eau. Comme leurs homologues de laboratoire, les analyseurs en ligne permettent de contrôler tant des eaux brutes, potables, usées, qu'industrielles. L?évolution des produits est continue. Les fabricants proposent désormais des appareils robustes, modulaires et multifonctionnels qui permettent d'analyser de nouveaux paramètres et de faire des mesures multiplexées. De plus en plus souvent, les exploitants demandent la même précision et la même fiabilité en ligne qu'au laboratoire.
Par , Technoscope
Les analyseurs industriels permettent de suivre, de façon continue ou séquentielle, un grand nombre de paramètres liés à la qualité de l'eau. Comme leurs homologues de laboratoire, les analyseurs en ligne permettent de contrôler tant des eaux brutes, potables, usées, qu'industrielles. L'évolution des produits est continue. Les fabricants proposent désormais des appareils robustes, modulaires et multifonctionnels qui permettent d'analyser de nouveaux paramètres et de faire des mesures multiplexées. De plus en plus souvent, les exploitants demandent la même précision et la même fiabilité en ligne qu'au laboratoire.
Les analyseurs industriels permettent de surveiller la qualité des eaux, le fonctionnement d'un procédé ou la qualité d'une production sans surveillance et avec un minimum de maintenance souvent pendant plusieurs années. Outre les analyses réglementaires, les solutions sont adaptées aux besoins de chaque exploitant selon la qualité des eaux (matières en suspension, cristallisation dans le cas de fluides chimiques), l'environnement (température, pression), la précision, la fiabilité attendue et le coût.
Nous n'évoquerons ici que les analyseurs qui mettent en œuvre réactifs et réaction chimique (colorimétrie, ionométrie, oxydation, titrimétrie...) pour lesquels la filtration, le prélèvement de l'échantillon et son
acheminement vers la station de mesure sont fondamentaux. Les méthodes normalisées en laboratoire sont transposées en milieu industriel.
Première étape : la filtration.
L’objectif est de s’affranchir des particules en suspension. Les fabricants ont mis en œuvre plusieurs astuces, à l’instar d’Anael qui utilise une filtration tangentielle pour l’Instran commercialisé en France depuis 2013 (colorimétrie et ionométrie) ou le Quick-TOCUltra qui mesure sans filtration le carbone organique total (COT). « Notre système breveté, Flowsampler, permet de faire le prélèvement de l’échantillon à contre-courant avec une pompe péristaltique, dans une boucle où le fluide circule à gros débit, explique Christophe Vaysse. Ainsi, très peu de particules sont aspirées et il n’y a pas besoin d’entretien ».
Deuxième étape : le système de prélèvement.
Il doit être adapté à l’effluent et l’échantillon doit rester intact jusqu’à la mesure. Pompe seringue ou pompe péristaltique sont utilisées, les premières ne nécessitant aucune maintenance. Shimadzu, Anael ou Endress+Hauser ont fait le choix de pompes seringues dans leurs analyseurs respectifs : TOC 4200 (2012), Instran (2013) et Liquiline CA80, un analyseur colorimétrique nouvelle génération, qui sera lancé au courant de l’année 2014 pour la mesure de l’ammonium. « Chez Shimadzu, tous les systèmes en ligne ont jusqu’à 6 voies de préleveurs, tous par pompe seringue, précise Anthony Pouplard. Ils sont “sur mesure”, définis lors d’essais préliminaires avec chaque client. Ils peuvent être purgés à l’air comprimé, rincés à l’eau claire ou à l’acide, équipés d’un anti-algues chimique. Si un échantillon supplémentaire est à analyser sur le même instrument, il suffit de mettre à jour le préleveur sans surcoût ». Dans le cas de l’Instran, aucune pompe : la seringue assure un prélèvement pas à pas grâce au mouvement régulier d’un piston : « Le volume prélevé est extrêmement précis et minimisé (1 à 2 ml par analyse), ce qui réduit la consommation de réactifs, l’appareil est de ce fait particulièrement économique », affirme Christophe Vaysse. Quant au dernier-né chez Endress+Hauser, Liquiline CA80, il s’avère pour les mêmes raisons, économe en réactifs, de grande autonomie et peu exigeant en termes de maintenance. Pour l’heure, seule la mesure de l’ammonium par électrode ionique sélective (ISE) est disponible. « L’électrode est plongée dans le bassin d’aération de la Step et donne en permanence la mesure avec une autonomie de 6 mois, ce qui permet de détecter rapidement toute dérive », précise le constructeur.
LE CONSEIL MONDIAL DE L'EAU
entre les Forums de la Haye et de Marseille
René COULOMB
Le Conseil Mondial de l'Eau a été créé en 1996 pour alerter les responsables des différents pays à tous les niveaux sur la nécessité de donner la priorité à la résolution des problèmes de l'eau sur l'ensemble de la planète.
Dans un livre paru en 2011 (« Le Conseil Mondial de l'Eau de l'origine jusqu'au Forum de La Haye »), l'auteur a relaté l'histoire des premières années du Conseil jusqu'au Forum de La Haye qui a consacré sa notoriété internationale et a expliqué l'intérêt de cette structure originale.
Ce nouveau livre permet de le compléter en décrivant l'activité du Conseil depuis l'an 2000 jusqu'à la veille du 6ᵉ Forum en mars 2012 à Marseille.
Il relate la préparation et le déroulement des Forums Mondiaux du Japon (2003), du Mexique (2006), de la Turquie (2009) et évoque les perspectives de l'avenir du Conseil dont le 7ᵉ Forum aura lieu en Corée en 2015.
Renseignements et commandes : Editions JOHANET – 60, rue du Dessous des Berges – (0)1 42 40 26 46 – livres@editions-johanet.com
ter des variations rapides », précise Matthieu Bauer.
Des analyses modulaires adaptées à chaque cas
Swan a fait le choix délibéré de ne proposer que des analyseurs mono-paramètres quitte à faire coexister plusieurs gammes pour l'eau potable, les eaux usées et les eaux industrielles. L'accent est mis sur l’adéquation de la solution avec le besoin, la précision et la fiabilité de la mesure. Même politique chez Seres environnement avec le Cristallite et Onyx, le dernier né de la gamme Cristal, qui misent sur un bon rapport coût/bénéfice en démarrant sur des équipements monovoie/mono-paramètre contrairement au Saphir de la même gamme qui propose quant à lui une analyse multivoies/multi-paramètres.
En fonction des paramètres, différentes méthodes de mesure sont disponibles, leur adaptation étant simplement limitée par le nombre de pompes (max. 4). « Nous commercialisons encore beaucoup d’analyseurs monoparamètres type Alert, rappelle également Bernard Fillion chez Metrohm, spécialiste d’analyseurs de labo et en ligne. Les analyses concernent néanmoins de plus en plus souvent deux ou trois paramètres, voire même une dizaine et deviennent modulaires, adaptées à chaque cas avec une variété de méthodes comme dans notre gamme ADI (2016, 2018, 2019 ou 2045) qui permet titration, ionométrie, colorimétrie ».
Prenons l’exemple de la colorimétrie : après avoir ajouté un ou plusieurs réactifs à la solution, on mesure, via un photomètre, la concentration d’une espèce chimique en comparant l’intensité d’une lampe LED transmise au travers de l’échantillon avec l'intensité incidente, à une longueur d’onde donnée. Les particules en suspension affectent cette mesure d’absorbance, qui est compensée dans les analyseurs Metrohm-Applikon par une double lecture avant et après réaction complexométrique. L’espèce mesurée est déterminée par le choix du réactif et de longueur d’onde d’absorption.
« Nous avons notamment beaucoup de demandes pour analyser des métaux » précise Christophe Vaysse chez Anael. Metrohm, Datalink Instruments, Tethys, Seres environnement, Endress+Hauser ou Axflow proposent aussi cette méthode de mesure. Les appareils d’Endress+Hauser (Stamolys CA 71) mesurent par exemple 11 paramètres par colorimétrie : aluminium, ammonium, orthophosphate, nitrite, cuivre, chrome, chlore, manganèse, fer, silice, hydrazine.
Quant à l'ionométrie, elle permet de mesurer les concentrations d’ions via des ISE
dans de nombreux analyseurs proposés par Hach-Lange, Endress+Hauser, Metrohm, WTW, Mettler-Toledo, Krohne, Horiba… Une mesure qui présente l’avantage de n’être pas perturbée par les matières en suspension.
La même précision et la même fiabilité en ligne qu’au laboratoire
Autre paramètre souvent mesuré en France : le COT. Un marché stable que se partagent Shimadzu, Swan, Endress+Hauser, Metrohm, Anael, Aquacontrol, Horiba, Izitec ou encore Thermo Fisher… avec des techniques de mesure par oxydation thermique dans un four (avec ou sans catalyseur selon la température) ou à froid via une réaction chimique avec du persulfate de sodium sous UV.
Anthony Pouplard chez Shimadzu insiste sur l’importance de l’étalonnage : « On nous demande maintenant la même précision en ligne qu’au labo, ce qui implique un étalonnage multipoints pour encadrer l’échantillon par deux étalons de concentration connue. Notre dernière génération, les TOC 4200, propose 1 à 6 étalons qui peuvent être préparés par dilution automatique dans la machine à partir d’une solution mère. La vérification de l’étalon peut être programmée à façon ».
Ils sont ainsi capables de mesurer tout type d’effluent (6 mesures possibles), par exemple en entrée et en sortie de station d’épuration. Grâce à différents préleveurs, le TOC 4200 peut être paramétré pour tous types d’eaux, même les effluents industriels les plus difficiles.
Parmi les plus avancés de sa classe, le Biotector B7000 de Hach-Lange permet d’obtenir des résultats précis pour des applications simples comme des plus complexes. Sa technologie à deux étages d’oxydation (TSAO) permet d’obtenir une oxydation totale et complète de l’échantillon pour transformer le carbone organique en CO₂ et le phosphore en phosphate.
phate. À partir d'un contrôle fiable, continu et temps réel, les opérateurs peuvent optimiser leur procédé tout en réduisant les coûts de fonctionnement. Chez Anael, qui ne commercialise que des analyseurs en ligne, 6 voies de mesure sont aussi disponibles, étalonnées en multipoints (2 à 10) de façon manuelle ou automatique, programmable. Selon l'application, est retenue l'oxydation chimique ou thermique à 1200 °C (oxydation totale sans catalyseur).
Metrohm propose de son côté un COT mètre (ADI 7010) avec une maintenance minimum, l’analyseur étant protégé en cas de bouchage ou d'absence d’échantillon. Horiba se distingue quant à lui grâce à la haute précision de son TOC HT 110 pour des applications dont les concentrations peuvent être très faibles : entre 0 et 1000 ppb. Cet équipement trouve de nombreuses applications dans les eaux ultrapures pour le domaine pharmaceutique en particulier.
Les analyses spécifiques se développent
Certains fabricants proposent des analyses spécifiques comme les HAP (voir encadré), l'ammonium en phase gazeuse ou les métaux lourds par polarographie. « Les municipalités nous demandent des mesures de zinc, cadmium, plomb ou cuivre, de plus en plus présents dans les eaux, explique Bernard Fillion de Metrohm. Nous avons adapté l’échantillonnage pour réaliser cette mesure électrochimique (polarographie) réalisée jusque-là seulement en labo. L’électrode est constituée d’une minuscule goutte de mercure sur laquelle s’amalgament les métaux par réduction ou oxydation à un potentiel donné. Cette réaction est mesurable (en courant) et renseigne sur la quantité de métal. La goutte de mercure descend au bout d’un capillaire. Elle est renouvelée à chaque dosage à partir d’une réserve (6 à 7 ml de mercure suffisent pour 200 000 analyses). »
Concernant l’ammonium, Tethys Instruments (sur UV400 et 500) et Datalink Instruments (AM200) proposent une méthode originale, issue des mêmes recherches dans les années 90 : l'ammonium est transformé en ammoniaque gazeux par injection de soude. Sans problème de turbidité ou d'encrassement. Veolia utilise ces appareils depuis 6 ans dans des stations d’épuration. Ils servent aussi souvent pour des analyses d'eaux industrielles.
AMS Systea a lancé de son côté une nouvelle gamme dédiée à la détection de la toxicité aiguë dans les eaux.
TOX se décline en deux modèles : une version labo et une version en ligne. L'Easychem TOX est un analyseur multiparamétrique à technologie séquentielle couplée.
Des analyses multi-paramètres en réseau
Entre août 2011 et août 2012, Téthys Instruments a équipé un réseau de 33 stations de contrôle d'effluents industriels dans la région d'Izmit en Turquie. Dans chacune, 7 à 14 paramètres (NH₄⁺, NO₃⁻, COD, HAP, PO₄³⁻, couleur, pH, oxygène dissous, conductivité, turbidité, matières en suspension) sont mesurés avec des analyseurs multi-paramètres UV400, la plupart par spectroscopie UV.
« Ce projet est une référence en termes de taille et de complexité, explique Philippe Minghetti : les eaux à analyser sont un mélange d'eaux industrielles, très chargées. Pour la filtration, étape clé, nous utilisons des fibres poreuses micro-perforées (environ 0,4 µm) et un auto-nettoyage pour les maintenir en état. Malgré cela, l'eau à analyser reste très colorée : pour avoir des analyses correctes par colorimétrie, nous avons développé une méthode de calcul par régression polynomiale qui permet de compenser la couleur. Le coût a été considérablement réduit grâce à l'utilisation d'analyseurs multi-paramètres et d'un système de multiplexage qui permet de contrôler l'entrée et la sortie de la station d'épuration avec un même analyseur. »
à une méthode reposant sur des bactéries luminescentes (souche Vibrio fischeri). Cette technologie lui permet de détecter en moins d'une heure et à des concentrations inférieures au ppm la présence de polluants tels que pesticides, herbicides, PCB, hydrocarbures aromatiques polycycliques, métaux lourds, bio-toxines, contaminants pétroliers et dérivés, etc. La version en ligne autorise la mesure sur site et en continu des paramètres de toxicité et d'autres paramètres chimiques, avec possibilité de fournir les résultats en temps réel. La société Anael propose également depuis plusieurs années un analyseur de toxicité 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.
En partenariat avec Veolia, WatchFrog a développé un outil de mesure en continu des perturbateurs endocriniens : la FrogBox, un outil de bio-surveillance qui contribue à la protection de la biodiversité. La FrogBox contient une cartouche amovible composée de deux réservoirs de 500 ml permettant de contenir les larves (têtards ou alevins) et d'une cellule de mesure. L'action d'une pompe péristaltique génère un flux entre les deux réservoirs ; le flux ainsi créé entraîne les larves vers la cellule de mesure. La fluorescence ainsi émise par la larve est mesurée à l'aide d'une caméra. Tous les paramètres d'une lecture (température, vitesse du flux, prise d'images et analyse d'image) sont contrôlés par une tablette tactile. La tablette permet d'effectuer une analyse en direct et ainsi de visualiser en temps réel le résultat des mesures. La FrogBox est développée dans le cadre d'un projet européen Life+ LIFE 11 ENV/FR742 (www.biotope.eu).
Avec Status, Bionef a lancé de son côté un équipement permettant de détecter et de caractériser des protéines avec des acides aminés aromatiques, des hydrocarbures aromatiques et des fractions d'acides humiques. L'objectif est le suivi de la dégradation des matières organiques dans les eaux chargées. Les données fournies par l'appareil offrent une base de décisions et d'actions pour le suivi dans un large éventail de ressources aquatiques naturelles et artificielles.
