La surveillance de la qualité de l'eau en milieu naturel, la maintenance des installations de transfert ou de traitement, impliquent dans la plupart des cas la mesure des paramètres physico-chimiques de base. Pour réaliser ce suivi, les analyseurs multiparamètres de terrain sont aux techniciens de l'environnement ce que le multimètre est aux électriciens. Présents sur le marché depuis plus d'une décennie, ces appareils poursuivent leur évolution, profitant avec l'arrivée du numérique, des avancées de l'informatique embarquée. Conséquence : ces instruments de mesure sont aujourd'hui dotés d'une mémoire importante et de fonctionnalités nouvelles apportant aide et soutien dans l'étalonnage des sondes.
Sur le terrain, les hydrologues ont souvent besoin de mesurer les paramètres physico-chimiques de l’eau d'un lac, d'une rivière ou d’une nappe phréatique. Le technicien de maintenance doit également pouvoir contrôler in situ le fonctionnement d’un capteur ou d’une boucle de régulation. Pour ceci, tous deux ont besoin d’appareils de mesure de terrain fiables, légers et pratiques d'emploi, qu’ils
pourront emporter sur eux tout au long de la journée, même dans les endroits les plus inaccessibles.
Commercialisés depuis plusieurs années, ces appareils évoluent toujours intégrant les technologies numérique et informatique embarquée, et toujours plus de mémoire. Conséquence, de nouvelles fonctionnalités apparaissent comme l’aide à l’étalonnage, les BPL (Bonnes pratiques de laboratoire), l'affichage de graphiques... Voire le GPS pour pouvoir simplement relier le point de mesure aux coordonnées géographiques et ainsi le positionner précisément sur une carte.
Mais la fonction multiparamètres implique une mesure simultanée de plusieurs paramètres physico-chimiques, soit par la connexion en même temps de plusieurs capteurs à un même boîtier électronique, soit par la connexion d’une sonde unique supportant elle-même plusieurs capteurs.
Tous les capteurs sur la même sonde
Depuis plusieurs décennies, les fabricants de sondes physico-chimiques s’attachent à développer la robustesse et la miniaturisation de leurs capteurs physico-chimiques fiabilisant du même coup les mesures sur site. Le besoin de mesurer simultanément plusieurs paramètres a poussé au développement de porte-sondes sur lesquels sont fixés plusieurs capteurs spécifiques aux grandeurs à mesurer. Au fil des années, poussés par les besoins du terrain, ces porte-sondes sont devenus plus compacts pour pénétrer les piézomètres. Embarquant pour certains d’entre eux un datalogger, ils peuvent être abandonnés pendant plusieurs jours voire plusieurs semaines sur les points à surveiller. Les sondes multiparamètres s’adaptent aux besoins.
Hach Lange propose ainsi une gamme d’appareils de mesure électrochimique numériques portables pour la mesure de pH, conductivité, potentiel Redox et Oxygène dissous (LDO) pour le terrain et le laboratoire. L'innovation de cette gamme baptisée HQD (High Quality Digital) se situe au niveau de l'emploi de la technologie numérique avec une mesure électronique localisée dans la sonde, appelée sonde Intellical, permettant ainsi une longueur de câble non limitée, un transfert d'information sans déperdition. Les sondes stockent tous les paramètres importants sous un format numérique. Dans la pratique, cela signifie qu’elles mesurent de manière plus fiable, plus souple et plus simple qu’auparavant le pH, la conductivité et l’oxygène. Les électrodes numériques Intellical sont automatiquement reconnues. Conçues comme les instruments de façon homogène, elles sont interchangeables. Les données d’étalonnage sont stockées en toute sécurité dans l’électrode pour obtenir des valeurs correctes à tout moment. Elles ne sont étalonnées qu'une seule fois (par exemple, dans le laboratoire central) et peuvent ensuite être utilisées dans des endroits, tels que des laboratoires sur site, sans avoir à répéter l’étalonnage chaque fois que l’on change d’instrument de mesure.
Pour les profondeurs plus importantes, la famille de 2 sondes thermoconductométriques SA8120 mesure jusqu’à 600 m la température et la conductivité de l’eau. Plus sophistiquée, la sonde multiparamètres à huit canaux d’entrées est dotée d'un datalogger embarqué permettant la mémorisation des données horodatées à intervalle de temps ou de profondeur programmés. Ce capteur supporte une pression de 30 bar. Destinées à l'acquisition de données sur nappes aquifères, fleuves, lacs et mers, mais aussi sur les lixiviats de décharge et traitements des eaux, certaines de ces sondes autorisent aussi le relevé de profils marins et lacustres verticaux et horizontaux.
Horiba vient de compléter sa gamme de sondes de terrain avec la sortie du nouvel U-50. Avec l’U-10 en entrée de gamme, l’U-22 pour les piézomètres, l’U-23 pour les ions, l’U-50 apporte un solide complément en augmentant les capacités de mémoire téléchargeable par USB et en fiabilisant la mesure de turbidité par un nettoyage automatique. Le grand écran permet un affichage simultané de tous les paramètres (jusqu’à 12 données), avec par exemple une lecture de la salinité à la fois en mg/l et en %. La sonde est dotée d’un seul câble à connecteur.
Aquacontrol commercialise depuis plusieurs années une famille de sondes multiparamètres conçue par B&C Electronics, pour l’acquisition de données environnementales. Parmi les modèles proposés, les familles SA8140 et SA8340 peuvent, par leurs dimensions réduites (42 mm) et leurs caractéristiques mécaniques, être introduites dans les piézomètres de 2 pouces pour des mesures de pression absolue jusqu’à 350 m de profondeur ou relative jusqu’à 20 m. Chaque sonde dispose de 4 canaux d’entrée pour des mesures de profondeur, température, conductivité et pH.
Un nouvel analyseur pour la mesure des métaux lourds dans l’eau
Cet analyseur du fabricant américain Trace Detect, commercialisé en France par Fondis Electronic, est basé sur une technique électrochimique et utilise des nano-électrodes pour doser des éléments tels que plomb, cadmium, cuivre, zinc, mercure, arsenic, etc. Il fonctionne associé à un ordinateur portable auquel il se connecte via un câble USB. Compact et léger, il vise essentiellement les utilisations sur site mais peut aussi s’utiliser en laboratoire. Permettant de mesurer, analyser et contrôler les eaux et effluents (eau potable, de rivière, usée, de rejets, etc.), il s’adresse à toutes les applications environnementales et de contrôle qualité.
Les limites de détection vont de la centaine de ppt en quelques minutes à la centaine de ppb en une dizaine de secondes. Il peut aussi mesurer le pH et la température (plage de mesure de 0 à 100 °C, précision de ± 1 °C). Trois modes d’analyse sont possibles : ASV (Anodic Stripping Voltammetry), CSV (Cathodic Stripping Voltammetry) et CV (Cyclic Voltammetry). La sensibilité et la résolution du système sont égales voire supérieures aux équipements de type ICP (torche à plasma) ou AA (absorption atomique). Différents types d’électrode sont disponibles : platine, carbone ou iridium. Le logiciel fourni avec l’analyseur permet notamment de changer le mode d’analyse, d’identifier automatiquement les pics (surface, hauteur…), de configurer l’analyseur par l’opérateur et de réaliser des diagnostics système.
Avec sa gamme Aqua, la sonde multiparamètres de Ponsel, Groupe Neotek, mesure jusqu’à six paramètres simultanément. Au fil des années, le constructeur s’est attaché à adapter ses sondes aux besoins de la mesure de terrain en renforçant la connectique et en les dotant d’un système antiencrassement, permettant au capteur des mesures dans les eaux usées ou dures. Fin 2007, Ponsel a fait évoluer sa gamme pour être encore plus proche des besoins « métiers » avec le lancement de la sonde AQUA pour l’assainissement, de la sonde AQUA 50 proposant un capteur de pression jusqu’à 50 mètres pour recueillir les paramètres des eaux souterraines. Pour Pollutec 2008, Ponsel annonce une nouvelle gamme de sondes physico-chimiques numériques pour mesurer l’oxygène dissous par voie optique (nouveau capteur : ODO), la turbidité (néphélométrie infrarouge) et les MES. Cette gamme disposera d’un porte-sondes à trois entrées permettant la mesure simultanée de six paramètres pH/rédox, température, oxygène dissous ainsi que turbidité et MES. La mesure de niveau sera réalisée sur le manche du porte-sonde. Le signal de sortie, conforme au protocole ouvert RS 485, permet d’intégrer la sonde sur n’importe quel transmetteur ou système d’acquisition acceptant ce protocole.
La société VWR International, leader sur le marché mondial des laboratoires de recherche et de contrôle, distribue quant à elle les analyseurs multiparamètres de terrain de marque Hach-Lange, WTW, Hanna et Horiba. De son côté, Izitec a pris délibérément le parti de la simplicité d’utilisation et d’exploitation. Cette société s’efforce de proposer des solutions économiques et simples à mettre en œuvre, que ce soit en termes de mise en marche des instruments, de maintenance ou de formation des utilisateurs. L’appareil proposé, le multiparamètre version Mi806 ou Mi805, qui mesure le pH/T °C, la conductivité et les TDS (sels dissous totaux), donne des résultats de bonne qualité, équivalents aux appareils du marché. En revanche, il est doté de moins d’options et ne propose que les paramètres les plus utilisés par les exploitants. Ainsi, le paramètre oxygène dissous a fait l’objet d’une impasse délibérée car c’est l’électrode qui demande le plus de précaution et de maintenance. « Si l’exploitant souhaite disposer de ce paramètre, nous lui proposons un oxymètre séparément, ce qui constitue une solution économique », indique-t-on chez Izitec.
Secomam distribue la gamme WTW et notamment le nouveau ProfiLine Multi 197i, un multiparamètres « portable » étanche aux jets d’eau (IP 66) et immersible (IP 67). Il convainc par sa mémoire conforme aux prescriptions BPL avec une horloge en temps réel (500 groupes) ainsi qu’une sortie enregistreuse via le port RS 232. Il permet de connecter simultanément une sonde pH, une sonde de conductivité et une d’oxygène. Le paramètre à mesurer est réglé via la fonction « M » sur le panneau et
Peut être ensuite mesuré ou enregistré.
Le Multi 350i, portable « de poche », mesure le pH, mV, ISE, oxygène, conductivité. En laboratoire, avec la sonde ConOx, la conductivité et l’oxygène sont maintenant analysés en simultané. Sur le terrain, avec la sonde MPP 350, on peut connecter toutes les sondes WTW actuelles de pH, ISE, oxygène et conductivité.
Chez Aqualyse, la gamme de sondes multiparamètres de terrain commercialisée depuis 2002 mesure jusqu’à 8 grandeurs physico-chimiques simultanément, à choisir parmi les onze disponibles. Ces capteurs sont équipés – ou non – d’une mémoire embarquée non volatile de 4 MB pouvant stocker jusqu’à un million de mesures, la vitesse d’échantillonnage exploitable étant ajustable de 0,5 seconde à 7 jours. Un ordinateur de type PC ou un équipement mobile de type PDA conforme aux normes militaires permet de visualiser les données mesurées sur le terrain.
Pour les applications moins sophistiquées, Aqualyse a lancé fin 2007 deux gammes de sondes multiparamètres et leur électronique pour la mesure ponctuelle en bord de bassin ou sur site : Professional Plus et Manudat.
L’électronique s’adapte à la mesure ponctuelle
« Plus simple d’utilisation, moins élaborés, ces instruments sont plus particulièrement destinés aux techniciens de terrain ou de maintenance pour la mesure ponctuelle en bord de bassin ou sur site », explique Ludovic Pottier de l’assistance clientèle d’Aqualyse. Les sondes sont montées à la demande en fonction des besoins. Ces deux gammes disposent d’un boîtier électronique de type multimètre, permettant une acquisition simple et moins élaborée de ces grandeurs. Par exemple, le boîtier du Professional Plus est classé IP67 (il supporte l’immersion jusqu’à 1 mètre). Il est capable de mémoriser 2 000 groupes de trois paramètres simultanés à intervalle présélectionné ou manuel. Doté d’un système de reconnaissance des solutions tampon et de traçabilité BPL (Bonnes pratiques de laboratoire) par historique des étalonnages, l’appareil est doté d’une connexion USB permettant non seulement la programmation de l’instrument, mais aussi une exploitation plus aisée des données sur ordinateur.
Quant au Manudat, il mesure jusqu’à 5 paramètres simultanément (à choisir parmi 8). Il est doté d’un affichage simultané de tous les paramètres, y compris sous diverses unités. L’appareil mémorise 49 000 groupes de valeurs à intervalle présélectionné ou déclenchement manuel, données classées par sites et l’historique des étalonnages assure la traçabilité BPL.
Ponsel proposait jusqu’à présent l’Acteon 3000, un système d’acquisition conçu pour 32 000 points de mesure et dont le protocole SDI autorisait le prélèvement d’échantillon par préleveur ISCO sur consigne de paramètre. Pour compléter sa gamme de logger, le fabricant annonce pour la fin de l’année la sortie de la gamme numérique Odeon qui, associée aux nouvelles sondes numériques, permettra l’acquisition sur site d’un à six paramètres en même temps.
Sur la même tendance, Hanna Instruments propose depuis deux ans un analyseur capable de mesurer 18 paramètres simultanément. Son boîtier étanche (IP 67) et robuste abrite un système de mesure permettant à l’utilisateur de réaliser des analyses sur site. Jusqu’à douze mesures peuvent s’afficher simultanément sur un grand écran rétroéclairé, ainsi que des messages. En cas de problème, le menu d’aide est accessible à toute étape de l’utilisation. Il permet une configuration selon les besoins de l’utilisateur. Dans sa dernière version sortie été 2008, le HI 9828 intègre même un système de géolocalisation.
Un GPS intégré
Grâce à son récepteur GPS 12 canaux et à une antenne intégrés, l’instrument est capable de capter le signal synchrone du
système multisatellitaire et de calculer les coordonnées géographiques en tout point du globe, avec une précision de 10 mètres. Ce système permet ainsi l’acquisition de la position géographique du lieu de prélèvement en plus des mesures relevées. Pour les analyses périodiques, l'utilisateur pourra à son gré rappeler à l’écran les données de géolocalisation mémorisées avec la certitude de réaliser ses analyses aux mêmes endroits que les fois précédentes.
De plus, grâce aux services associés, il est désormais possible de visualiser par l’intermédiaire d’Internet sur un plan ou une image satellite le site de prélèvement et, dans une fenêtre associée, tous les résultats de mesure correspondant à l’échantillon.
Autre évolution, la fonction Fast Track qui associe une mesure à un lieu. Un lecteur à puce est situé au sommet de l'instrument. Le technicien dispose d’un jeu de clés d'identification à code numérique unique qu’il a préalablement attribué à un lieu de prélèvement ou à une catégorie d’échantillons.
Par simple contact entre le lecteur et les clés, les lectures sont mémorisées avec le code d'identification, la date et l'heure, garantissant ainsi une traçabilité et une gestion des mesures intelligentes, fiables et sécurisées. La notice du constructeur indique que cinq clés sont fournies avec l’appareil, mais celui-ci accepte un nombre quasi illimité de clés qui peuvent être commandées séparément.
Une approche similaire est adoptée par Horiba sur son U-20XD où une sonde contenant six capteurs fournit les indications de treize paramètres simultanément. Une unité GPS séparée (U 2002) peut être couplée permettant ainsi l’acquisition de la position géographique des points de prélèvement.
