La turbidité est devenue un paramètre essentiel de mesure de l'efficacité des traitements appliqués à la production d'eau destinée à la consommation humaine. Qu'il s'agisse de caractériser une eau brute, d'optimiser les filières de traitement ou encore de s'assurer de l'efficacité des traitements mis en oeuvre, un suivi rigoureux et précis s'impose. Les instruments proposés aujourd'hui sur le marché permettent une mesure précise et fiable de ce paramètre.
La turbidité traduit une manifestation visuelle provoquée par des inhomogénéités, le plus souvent des particules, des gouttelettes ou des bulles présentes dans l’eau. Elle est définie dans la norme NF EN ISO 7027 de mars 2000 comme la « réduction de la transparence d'un liquide due à la présence de matières non dissoutes ». L’interférence de la lumière avec ces matières non dissoutes se traduit par une perte de transparence, un voile ou un trouble dans le liquide observé. L’intensité de cette interférence dépend de plusieurs facteurs tels que la concentration des particules, leur taille ou encore leur réfraction par rapport à celle du support dans lequel elles se trouvent. Plus l’indice de réfraction des matières en suspension et du support sera divergent, plus la turbidité sera importante. Dans les eaux brutes, la turbidité est imputable aux matières colloïdales, en général argileuses ou limoneuses, qui s’y trouvent. En soi, ces particules ne présentent...
Les particules en suspension ne présentent pas forcément de danger pour la santé. Mais c’est, avec la couleur, le premier paramètre perçu par le consommateur… De plus, elles constituent de bons adsorbants pour les micropolluants organiques et les métaux lourds, et sont également des supports de choix pour les microorganismes. Pour les traiteurs d’eau, le paramètre turbidité est donc un indicateur fondamental à plusieurs titres. Il permet de caractériser la qualité de l’eau brute en entrée, d’optimiser les filières de traitement et constitue un bon indicateur de la qualité de l’eau traitée. L’analyse en continu de ce paramètre permet d’améliorer le niveau de turbidité en adoptant des traitements adaptés, ce qui permet de diminuer le nombre de germes à détruire et, par la même, de réduire la consommation en oxydants, mais aussi d’améliorer l’efficacité des traitements de désinfection par rayonnement UV. La visibilité du suivi de ce paramètre est donc tout à fait essentielle.
La qualité du suivi de ce paramètre est essentielle
Rappelons tout d’abord que la mesure de la turbidité n’est pas une mesure directe de la quantité de particules en suspension, mais plutôt une mesure de leur effet de diffusion sur la lumière. C’est une mesure optique basée sur la diffraction de la lumière sur les particules. Diffraction qui est elle-même fonction de nombreux facteurs comme la concentration, le diamètre des particules, l’angle de mesure, la longueur d’onde de la lumière et l’indice de réfraction des particules. En théorie, il pourrait être possible de choisir n’importe quel angle pour mesurer l’intensité du rayon diffusé. Dans les faits, la norme NF EN 27027 impose une longueur d’onde de la radiation incidente à 860 nm (± 60 nm).
La plupart des turbidimètres reposent donc sur le principe de la néphélométrie. Ils sont constitués d’une source lumineuse et d’un photodétecteur placé à 90° (± 2,5°). Cette source provient d’une cellule de mesure dont le rayonnement de la photodiode émettrice à l’infrarouge traverse le liquide à mesurer. Une seconde photodiode réceptrice recueille la lumière rétrodiffusée par les particules. Si la turbidité est inférieure à 40 NTU (unité de turbidité néphélométrique), la lumière diffusée est mesurée sous une incidence de 90°. Dès que la turbidité dépasse 40 NTU, celle-ci est mesurée sur la lumière transmise.
Comme l’intensité diffusée à 860 nm est inférieure à celle diffusée à des longueurs d’ondes plus courtes, la norme précise que, pour les eaux de faible turbidité et sans coloration apparente, on peut effectuer une mesure à 550 nm pour augmenter la sensibilité. L’unité néphélométrique de turbidité (NTU, Nephelometric Turbidity Unit en anglais), la plus répandue, permet de se référer à la technique de mesure néphélométrique. Mais pour éviter toute confusion, une nouvelle appellation d’unité a été attribuée par la norme aux turbidités obtenues selon NF EN 27027 : Formazine Nephelometric Unit (FNU).
À l’heure actuelle, la réglementation française fixe, au point de mise en distribution, un niveau maximum de 1 FNU (limite de qualité) en précisant qu’un niveau de 0,5 FNU est souhaitable (référence de qualité). Au robinet des usagers, la référence de qualité est de 2 NFU. Des valeurs qui sont sans doute appelées à évoluer pour se rapprocher de la limite de 0,3 NTU exigée par la réglementation américaine.
Pour assurer le suivi de ce paramètre, de nombreux instruments sont proposés par des fabricants tels qu’Hach-Lange, Endress+Hauser, Swan, Neotek-Ponsel, Seres, Bamo, Anael, Cifec, Mesureo, Merck.
WTW, Hanna Instruments ou Anhydre. Les turbidimètres de laboratoire ou portables permettent d'obtenir facilement et rapidement des résultats qui sont le reflet d'une situation ponctuelle.
Des résultats qui sont le reflet d'une situation ponctuelle
Le développement de l'autosurveillance ces dernières années a favorisé celui des turbidimètres portables pour des mesures ponctuelles sur le terrain. Là encore, le choix est vaste entre les appareils high-tech issus du laboratoire qu’on a rendus portatifs et les appareils de poche, plus simples. Hach-Lange propose toute une gamme d'instruments de laboratoires mais aussi portatifs. Le 2100P ISO est, par exemple, un turbidimètre portable conforme à la norme ISO 7027, avec une DEL infrarouge (860 nm). Sa plage de mesure de 0-1.000 FNU avec une résolution de 0,01 FNU lui confère une bonne sensibilité et une grande précision. La coloration de l'échantillon, les fluctuations de la lumière et des lumières parasites sont automatiquement compensées. Le calcul des moyennes préserve la fiabilité des mesures. Endress+Hauser propose de son côté les Turbimax CUE25 et CUE26, deux turbidimètres portables pour la mesure de terrain compatibles ISO 7027 pour le premier et EPA 180.1 pour le second. Leur gamme de mesures s'étend de 0,02 à 1.000 FNU.
Merck propose également un turbidimètre portable 1100 IR avec une plage de mesure de 0,01 à 1.100 NTU, fonctionnant sur piles pour des mesures néphélométriques conformes à la norme EN ISO 7027 livré en kit dans une petite mallette contenant tous les accessoires nécessaires tels que les étalons normalisés, cuves, piles. Hanna Instruments propose également des turbidimètres portatifs conformes à la norme EPA 180.1 (HI98703) ou à la norme 7027 (HI98713-02). Les deux instruments sont équipés en outre d'une fonction optimisant la mémorisation et la traçabilité d'échantillons de mesure, évitant, lors de prises de mesures en multiples points, d’éventuelles confusions et des identifications manuelles récurrentes. Elle simplifie les contrôles sur site et la gestion d'échantillons. Le système se compose de clés d'identification et d'un lecteur de puce intégré dans le turbidimètre. Elles permettent, grâce à un numéro de série codé, de différencier les échantillons et les points de mesure selon l'endroit du prélèvement.
Hanna Instruments commercialise par ailleurs un troisième instrument portatif combinant dans le même boîtier un turbidimètre aux performances identiques et un photomètre de précision pour le chlore. Ce combiné permet de mesurer successivement les 2 paramètres de contrôle prééminents aux points de production et aux points de consommation.
Siemens-Sigrist propose avec les Aquascat des appareils de mesure de turbidité à technologie « jet libre ». L'absence de contact avec l'élément de mesure élimine les problèmes de dépôts et d'encrassement. La version WTM propose une calibration automatique. Avantage, les interventions sont réduites et ces appareils ne sont pas perturbés par les lumières parasites, ce qui leur permet de mesurer de façon fiable des valeurs de turbidités faibles.
Pour suivre la qualité de la ressource ou le bon déroulement des process de traitement, il faut recourir à une mesure en continu de la turbidité, ce qui requiert une instrumentation plus élaborée conçue pour pallier différents problèmes pratiques tels que l'encrassement des capteurs, l'interférence des bulles d'air et l'étalonnage.
La mesure en continu : une instrumentation plus élaborée
Chez Hach-Lange, l'Ultraturb plus sc selon ISO 7027 constitue une solution polyvalente pour une turbidité très faible à moyenne. Cette sonde de dérivation de haute précision pour liquides ultra-clairs à modérément turbides se caractérise par la limitation optimum de la lumière parasite. Elle peut donc être utilisée pour faciliter la gestion de la filtration dans le traitement des eaux potables et industrielles, du contrôle de l'eau brute à la surveillance des eaux traitées.
toyage automatique permet d'éviter toute trace de souillure de la chambre de mesure, ce qui garantit des valeurs de mesure stables, même dans la plage de mesure la plus faible. À noter également qu’Hach-Lange propose un turbidimètre travaillant en lumière visible selon la norme américaine EPA 180.1, le 1720E. Avec une plage de mesure comprise entre 0,001 et 100 NTU, le 1720E est adapté à la mesure de la turbidité des eaux traitées à légèrement turbides. Il permet d’assurer une gestion fiable de la filtration. Un piège à bulle protège le capteur de turbidité des interférences dues à des bulles d’air coincées dans le flux d’échantillon. L’entretien, minimal, peut être réalisé sans outil. Cet appareil, équipé d'un piège à lumière parasite, est conforme à la norme NF EN 27027 dans la mesure où pour la mesure de très faibles turbidités dans des eaux non colorées, la norme préconise l'utilisation d’un turbidimètre lumière blanche avec une bande spectrale de 550 (+ 30 nm). De même pour le TM2200 TruTRAC de Proanatec fonctionnant en lumière visible selon la norme EPA 180.1. Son concept « tout en un » intègre une cellule à circulation chauffée et un débullage préalable pour assurer des résultats fiables.
Le Turbimax CUE21 d’Endress+Hauser a été développé spécialement pour mesurer en continu la turbidité dans les eaux potables et les eaux de process. Son principe de mesure de la lumière diffusée dans l’infrarouge le met en conformité avec la norme EN ISO 7027. Le temps de réponse, très court, et la possibilité de le vérifier rapidement avec des solutions étalon sont les points forts de cet appareil. L’accès à la programmation est simple et permet une mise en service rapide. Un système de nettoyage par ultrason maintient en permanence la propreté de la chambre de mesure et évite aussi la présence de bulles d’air sur les parois.
Swan propose de son côté l’AMI Turbiwell, un système néphélométrique sans contact (ISO 7027), pour la mesure automatique et continue de la turbidité des eaux brutes, de l’eau potable et même des effluents. Point fort du système, l’absence de contact, qui permet d’éviter la contamination et l’encrassement des surfaces optiques. L’instrument ne dérive plus. Sa plage de mesure s’étend de 0,000 à 200,0 NFU avec une précision de ± 0,003 FNU ou 1 % de l’affichage. L’intensité de la source lumineuse est auto-compensée via une photodiode. Il est équipé d'une chambre de mesure thermostatée pour éviter la condensation sur les composants optiques. Le système se présente sous la forme d’un équipement complet monté sur panneau. Des kits optiques étalon pour la vérification sont disponibles en option. L’instrument calibré en usine sous formazine a été pré-testé sur banc d'essai, il est livré prêt à l’utilisation.
L’offre d’ABB Instrumentation est composée d’un analyseur 4670 pour montage mural ou 4675 pour montage sur panneau, associé à l'un des quatre modèles de capteur conçus pour des applications spécifiques. Conformes à la norme EN ISO 7027, ces analyseurs délivrent une mesure fiable à très bas niveau grâce à une très faible rétrodiffusion et une électronique de grande stabilité. L’étalonnage est aisé grâce à des étalons secondaires secs très simples à utiliser sans qu'il soit nécessaire de préparer de solutions chimiques. Un système de nettoyage automatique par essuie-glace permet d’éliminer les dépôts et/ou condensation sur les fenêtres de mesure. Ces instruments peuvent intégrer un débulleur en amont pour éliminer les perturbations dues aux bulles pour les mesures à très bas niveau (< 1 NTU).
Le système T1056 Clarity II d’Emerson est spécialement conçu pour la mesure en continu des turbidités faibles ou très faibles dans l'eau. Il comprend un boîtier électronique à une ou deux voie(s), un ou deux capteur(s), chacun avec une chambre à débulleur intégré et avec un câble d’interconnexion débrochable. Il est important de noter que la seconde voie peut être réservée non seulement à une autre sonde de turbidité mais également à une sonde de pH, de conductivité, de chlore libre, d’oxygène dissous, d’ozone...
Les capteurs du système T1056 mesurent la diffusion de la lumière à 90° (néphélométrie), et fonctionnent :
- • soit dans le domaine visible, pour la version conforme à la méthode 180.1 de l'US-EPA ;
- • soit en infrarouge à 860 nm, pour la version répondant aux critères de la norme ISO 7027.
Une chambre de mesure spécialement conçue est fournie avec chaque capteur, prête à installer sur une dérivation ; un débit d’échantillon très faible, inférieur à 1 l/min, est suffisant. Grâce à un jeu de chicanes, les bulles de gaz éventuellement présentes dans le liquide traversent la chambre sans passer devant le système optique, pour éviter tout signal parasite. La sortie doit être à la pression atmosphérique ; une restriction intégrée (Ø 1 mm) permet de maintenir le liquide en légère surpression, pour limiter les risques de dégazage. Les chambres de mesure du T1056, en matière plastique robuste et résistante à la corrosion, sont facilement et entièrement démontables pour nettoyage, si nécessaire.
Le Servo 5 T proposé par Aqualyse recourt quant à lui à la méthode des 4 faisceaux, le décalage de 90° entre les deux sources lumineuses faisant que seulement deux cellules photoélectriques sont nécessaires, chacune mesurant alternativement le faisceau incident d'une source et le faisceau diffusé de l'autre. Il élimine ainsi les erreurs de vieillissement ou d’encrassement des composants et compense les effets de couleurs sans réétalonnage. Un algorithme mathématique calcule la turbidité. De 0-1 à 0-100 NTU, le turbidimètre choisit automatiquement l’échelle adaptée avec le maximum de décimales possible. Un piège à bulles intégré réduit les effets de lumières parasites et des bulles d’air sur la mesure.
Le Turbilight de Seres est un appareil
Possibilité d’autonettoyage, si la température est comprise entre 0 et 50 °C. Il possède 4 échelles commutables : 0-4, 0-40, 0-400 et 0-4 000 NTU. Outre le capteur standard, il peut être équipé d’un capteur avec corps en PVDF et polycarbonate pour des utilisations en NEP – nettoyage en place (CIP en anglais) notamment. Un autre capteur est proposé pour immersion en bassin avec système d’autonettoyage par air comprimé. Le moniteur peut être proposé en alimentation basse tension (continu ou alternatif). La distance entre sonde et appareil peut dépasser les 100 m grâce au préamplificateur intégré dans la sonde.
Compact, d’installation simple, avec un fonctionnement automatique en ligne et une maintenance réduite. Il permet l’analyse en continu de faibles et moyennes charges de turbidité (0,2 à 1 000 NTU) principalement dans les eaux potables et de surface. Il est équipé d’un dispositif de nettoyage automatique de la cuve par piston racleur.
Chez Bamo Mesures, la cellule de mesure intégrée à l’ensemble IR 102 se sert de deux émetteurs et d’un récepteur intégrant un module d’analyse électronique commandé par microprocesseur. Le capteur délivre un signal 4-20 mA en phase avec sa plage de mesure, de 0,1 à 1 000 FNU pour l’IR 102-1 000 et de 0,01 à 20 FNU pour l’IR 102-20.L. Aquacontrol propose de son côté le TU7685 dont la sonde peut travailler sur canalisation ou en immersion avec dépôts et d’encrassement.
Mesureo propose également une nouvelle solution pour le suivi de la turbidité directement dans les canalisations d’eau potable avec l’Intellisonde®. Cette sonde s’insère directement dans les canalisations sans couper ces dernières et permet donc de suivre l’évolution du paramètre dans le réseau et donc de gérer les pollutions et les maillages. Cette sonde, dans sa version de base, indique le débit, la température et la turbidité mais elle est également capable d’accueillir des capteurs qualité d’eau dont le chlore, sans membrane et directement dans les canalisations.
Reste que le meilleur des turbidimètres ne fournira une mesure de qualité que s’il est correctement étalonné. D’une manière générale, les appareils sont étalonnés en usine avec des solutions de formazine conformément aux normes en vigueur. Le problème est que l’évolution dans le temps des différents composants des appareils provoque parfois des dérives qui nécessitent des réétalonnages et ceci même si la prise en compte lors des mesures des phénomènes de vieillissement de la source lumineuse et des surfaces optiques a contribué à espacer ces opérations. Pour les faciliter, plusieurs constructeurs ont cherché à remplacer l’utilisation de solutions de formazine diluées, peu stables dans le temps, toxiques et cancérigènes, en proposant une vérification ou une recalibration à partir d’étalons secondaires.
Hach-Lange, Bamo, Endress+Hauser ou ABB Instrumentation proposent ainsi des solutions liquides, en gels ou même solides, tandis que Aqualyse, Swan ou Sigrist s’affranchissent de toutes solutions consommables en proposant des cubes en verre spéciaux que n’affectent ni la lumière, ni le vieillissement, ni la chaleur.
Neotek Ponsel
Neotek-Ponsel propose son nouvel appareil portable multiparamètres Odeon associé au capteur numérique NTU proposant une plage de mesure de 0 à 4 000 NTU en 5 gammes dont une automatique. Ce nouveau capteur adapté aux mesures de terrain et de laboratoire permet d’effectuer des mesures in-situ sans prélèvement pour une meilleure représentativité de la turbidité du milieu. Le portable numérique Odeon présente une capacité logger de plus de 100 000 enregistrements et peut être associé à d’autres capteurs pour des mesures d’oxygène dissous, de conductivité/salinité, de pH, redox...
