Dans cet article, nous ne parlerons pas ou que très peu des problèmes des capteurs de régulation car : — notre compétence en régulation est faible alors que celle des traiteurs et des épurateurs d'eau est bien établie. Des recherches fines sont d'ailleurs poursuivies par des équipes de chercheurs spécialisés, — les capteurs de régulation ne constituent bien souvent qu'un cas particulier des capteurs de mesure à ceci près qu'on leur demande d'être stables dans le temps mais que l'exactitude n'est pas primordiale. Par contre, trois points retiendront notre attention : — la mesure automatique des rivières avec le cas particulier de la surveillance des prises d'eau potable de surface, — la mesure automatique des effluents, — la mesure automatique de la pollution marine.
J.M. JOURNET AGENCE DE L'EAU ARTOIS-PICARDIE Division Qualité des Eaux (Douai)
Dans cet article, nous ne parlerons pas ou que très peu des problèmes des capteurs de régulation car :
— notre compétence en régulation est faible alors que celle des traiteurs et des épurateurs d'eau est bien établie. Des recherches fines sont d'ailleurs poursuivies par des équipes de chercheurs spécialisés,
— les capteurs de régulation ne constituent bien souvent qu'un cas particulier des capteurs de mesure à ceci près qu'on leur demande d'être stables dans le temps mais que l'exactitude n'est pas primordiale.
Par contre, trois points retiendront notre attention :
— la mesure automatique des rivières avec le cas particulier de la surveillance des prises d'eau potable de surface,
— la mesure automatique des effluents,
— la mesure automatique de la pollution marine.
1 - OBJECTIFS ET POLITIQUE
La mesure automatique de la qualité des rivières est destinée à bien faire connaître celle-ci et ses variations afin d'appréhender la présence et l'importance de phénomènes naturels complexes (pluviométrie, photosynthèse, auto-épuration, etc.) en des points particulièrement importants. La présence de deux stations de mesure automatique peut contribuer à l'estimation du coefficient de biodégradabilité du cours d'eau.
Quand les premières stations automatiques sont apparues sur le marché, les administrations et services compétents ont cru un moment qu'elles allaient très vite se multiplier. En fait, en dehors des débats sur le plan technique qui ont largement contribué au refroidissement de l'enthousiasme, on a constaté que :
— ces appareillages et toute l'infrastructure nécessaire qu'il fallait mettre autour coûtaient très cher,
— les informations qu'on obtenait au début du fonctionnement étaient très intéressantes mais elles se renouvelaient peu. En fait, en quelques semaines ou au plus en quelques mois, on n'apprenait plus rien et l'investissement qu'on avait consenti n'était plus utile.
Ainsi beaucoup ont abandonné les stations de mesure automatique.
L'Agence de l'Eau Artois-Picardie n'a pas renoncé à l'utilisation de stations automatiques mais a équipé des stations automatiques mobiles qui sont implantées pour quelques semaines à quelques mois sur les points intéressants et sont ensuite transférées sur un autre point.
Dans le cas de la surveillance d'une prise d'eau potable cependant, les stations automatiques restent utiles. Il s'agit alors de détecter et de fournir une alarme lors de pointes de pollutions susceptibles de constituer un danger pour la santé publique.
Le problème de leur utilité ne se pose donc pas dans les mêmes termes que pour les stations d'études d'autant que le prix, qui n'a aucune importance en regard de la sécurité de l'alimentation, s'amortit aisément sur les millions de m³ distribués par an.
2 – MATÉRIELS
— L'appareil principal de la plupart des stations de mesures automatiques est un analyseur multiparamètre appelé souvent « Monitor ». Les paramètres de base, mesurés en continu, sont : l'oxygène dissous, la température, la conductivité, l'acidité (pH) et souvent la turbidité ; d'autres paramètres moins fondamentaux s'y ajoutent quelquefois : le potentiel d'oxydo-réduction (rH), les chlorures, éventuellement l'ion ammonium, les nitrates...
En ce qui concerne son fonctionnement, on peut dire que maintenant, au moins pour les cinq paramètres de base, les sondes sont tout à fait satisfaisantes pourvu qu'on puisse se donner les moyens financiers de faire un choix raisonnable.
Le problème du fonctionnement de ce type de matériel a longtemps été et reste encore plus dépendant de l'hydraulique que des sondes. Cependant, on trouve depuis 3 ou 4 ans sur le marché trois ou quatre constructeurs qui fournissent de bons ensembles de mesure : le principe de base peut être différent de l'un à l'autre mais le principe général est toujours qu'au niveau des parties vives des sondes, la vitesse d'écoulement de l'eau doit être très rapide (1 à 2 m/s) afin de limiter le plus possible l'encrassement et les développements d'algues et de bactéries ; les systèmes de nettoyage automatiques (mécaniques, chimiques, par ultrasons) améliorent encore l'autonomie et l'efficacité du « Monitor » ; par contre, il ne semble pas que le réétalonnage automatique des sondes soit vraiment indispensable à moins que l'on vise une autonomie (illusoire à notre avis) de l'ordre du mois ; il faut d'ailleurs ajouter que de tels systèmes ont pendant longtemps été destinés à masquer les problèmes de l'électronique ou à corriger tout à fait provisoirement les dérives dues à l'encrassement.
— Le « Monitor » mesure les paramètres fondamentaux mais il ne mesure pas les matières oxydables dont l'importance est capitale dans certains bassins.
L'Agence de l'Eau Artois-Picardie a donc équipé ses stations de mesure en continu d'un automate type DCO-mètre (appareil de mesure de la demande chimique en oxygène) qui délivre un résultat toutes les deux heures ; certains DCO-mètres peuvent délivrer un résultat toutes les 20 minutes voire même un signal continu : la fréquence de deux heures est pourtant satisfaisante sans être idéale.
Les DCO-mètres que l'Agence de l'Eau Artois-Picardie possède ont donné pendant quelques années des résultats à peu près satisfaisants mais il a été nécessaire de leur faire subir au préalable certaines modifications et ils ont toujours demandé un entretien très important (plusieurs heures par semaine dans le meilleur des cas). Actuellement les difficultés de fonctionnement, accrues par l'âge de ces matériels (4 et 5 ans), sont devenues telles qu'il vient d'être décidé d'arrêter leur exploitation.
— La mesure continue de cinq paramètres fondamentaux et la mesure fréquente de la DCO, pour utiles qu'elles soient, ne sont pas toujours suffisantes pour qualifier parfaitement un cours d'eau. Aussi, faute d'avoir à notre disposition d'autres appareils bon marché et fiables, devons-nous bien souvent compléter ces mesures par des prélèvements réalisés par des préleveurs automatiques selon des séquences programmables (en général 1 à 2 heures) ; ces appareils conservent les échantillons prélevés dans un réfrigérateur en attendant leur collecte et leur transport au laboratoire pour analyses complémentaires.
Dans la pratique, nous faisons tourner en continu les appareils de prélèvement et, selon que les enregistrements opérés sur les paramètres fondamentaux indiquent ou non des phénomènes intéressants, nous collectons ou, au contraire, nous jetons les échantillons constitués.
— Dans le cas des traiteurs d'eau dont le but n'est pas de mesurer la qualité pour elle-même mais de détecter les variations importantes des paramètres fondamentaux (à titre indicatif, comme alarmes) et surtout des éléments toxiques et indésirables, on trouve souvent un « Monitor », mais pas de DCO-mètre (paramètre inintéressant en lui-même sur le plan de la santé publique) et éventuellement un appareil de prélèvement. Des essais sont en cours pour la mesure continue et automatique d'un très grand nombre d'éléments toxiques ou indésirables par les techniques classiques de laboratoire (photocolorimétrie, absorption atomique, etc.) ; on arrive ainsi à des « monstres » ce qui n'est pas choquant compte tenu de l'objectif poursuivi mais il n'est pas certain que de telles installations puissent fonctionner un jour réellement en automatique ; de plus, le coût de ces réalisations devient tel qu'il ne peut être supporté que par de grosses usines de traitement d'eau ; enfin, on n'est pas certain pour autant de ne pas laisser échapper un polluant méconnu ou oublié aussi dangereux que tous ceux qu'on mesure par ailleurs à grands frais.
C'est pour cette raison que depuis près de 10 ans, certains chercheurs se préoccupent de mettre au point des tests biologiques globaux. Le principe de ces tests est de soumettre une ou plusieurs espèces
animales ou végétales (quand il s’agit d’une truite, cela constitue un truito-mètre ou un truito-test) à l’eau à traiter dans certaines conditions pour aiguiser leur réaction : quand l’espèce meurt ou donne des signes de faiblesse, on déclenche une alarme.
Si le test est situé suffisamment à l’amont de la prise d’eau, on a le temps de vérifier la validité et la cause de l’alarme avant l’arrivée éventuelle de la pollution et la fermeture de l’alimentation.
Dans leur principe, ces tests sont attrayants. Dans la mesure où ils sont susceptibles de fonctionner ne serait-ce qu’en une occasion, ils se justifient d’ailleurs entièrement. Mais, en pratique, la probabilité qu’une pollution donnée ne soit pas détectée est très importante : les espèces de référence ne sont en effet pas universelles ; elles peuvent supporter très bien (au moins en apparence) des aléas qui constitueraient pour l’homme de graves inconvénients.
3 ‑ RÉSULTATS
Il n’est pas possible de recenser ici de manière exhaustive ni ce qui peut être obtenu avec les stations automatiques ni ce qui l’a effectivement été. Nous nous contenterons d’extraire quelques exemples de résultats obtenus sur le terrain parmi les plus caractéristiques.
1° exemple : conséquence d’un curage sur la qualité d’un cours d’eau
Une station itinérante a été installée à quelques kilomètres en aval d’un secteur où étaient exécutés des travaux de curage sur l’Avre, en Picardie.
Les courbes enregistrées ont mis en évidence des variations cycliques de qualité liées très nettement au cycle horaire de travail.
Ceci s’observe particulièrement sur les courbes d’enregistrement de l’oxygène dissous (courbe du haut) et surtout de la turbidité (courbe du bas) où l’on met même en évidence la pause du midi.
Cette expérience a permis de préciser les précautions à prendre pour l’exécution des curages.
2° exemple : pollution par les eaux pluviales
Les courbes suivantes ont été enregistrées sur la Lawe en aval de Béthune. Les deux courbes (turbidité et oxygène dissous) sont très caractéristiques de la variation de qualité en cas d’orage : au début de l’orage, on constate une brusque montée de la pollution concrétisée par :
— un accroissement de la turbidité,
— une baisse de la teneur en oxygène dissous.
Les deux minima en oxygène dissous correspondent à deux averses successives. L’Agence a également réalisé d’autres études de la pollution par les eaux pluviales, notamment :
— à Fourmies sur l’Helpe mineure, par station itinérante,
— au SACRA (Syndicat d’Assainissement de la région d’Auchel) pour étudier l’aménagement du réseau en vue de traiter les eaux pluviales.
3° exemple : la pollution du courant de Bernissart (Valenciennois)
Une station itinérante a été installée durant deux mois sur le courant de Bernissart, petit cours d’eau venant de Belgique et se jetant dans l’étang de Chabaud-Latour (à Vieux-Condé).
On a mis en évidence une forte pollution sensible sur la turbidité. On remarquera que la pollution disparaît le jeudi 24 février, qui correspond au jour où est paru, dans un journal local, un article important sur la surveillance exercée sur le courant de Bernissart...
4 - QUE PEUT-ON SOUHAITER À L'AVENIR
Nous avons mentionné plus haut les efforts consentis actuellement par certains distributeurs d'eau (aidés d’ailleurs par l’Agence Financière de Bassin Seine-Normandie) pour le développement et la mise au point d'analyseurs automatiques de très nombreux paramètres ; y compris des micro-éléments tels que le mercure, le cadmium, etc., et qui comprennent notamment
- - des électrodes spécifiques : cyanures, sulfocyanures, ammoniaque, nitrates, nitrites, sulfures, chlorures et fluorures,
- - la polarographie : cuivre, zinc, cadmium, plomb, silicium, mercure, arsenic, nickel, chrome VI, manganèse,
- - des automates : analyse des phénols et de la DCO.
D'autres ont expérimenté des techniques relativement originales comme la voltamétrie cyclique en vue de mesurer automatiquement et en continu certains éléments toxiques y compris des métaux.
Tous ces efforts sont très positifs soit qu'ils aboutissent directement, à court terme, à des systèmes opérationnels, soit par les retombées qu'ils induisent ; mise au point par exemple de systèmes de filtration ou de désintégration par ultrasons, de minéralisation par ultraviolet, etc. D’autre part, nous l’avons déjà dit, on ne peut pas fixer de limites financières aux recherches visant à la protection de la santé publique.
En dehors des cas de protection de prise d'eau potable cependant, on peut se demander si des stations de mesure aussi complexes ont réellement un avenir car les investissements qu’elles demandent actuellement et demanderont dans l’avenir même si leur nombre augmente sont énormes (sans doute de l'ordre de 2 millions de francs).
En fait, à notre avis, il faut différencier deux types de stations :
— Les stations de surveillance des prises d'eau :
la multiplication des paramètres mesurés est tentante mais elle ne constitue sans doute pas la meilleure des solutions car on ne sera vraiment jamais sûr de mesurer tous les éléments toxiques d'autant que la complexité des produits chimiques susceptibles d’être déversés dans le milieu naturel ira en s'accroissant. L'avenir dans ce domaine consiste probablement à mettre au point des tests biologiques — plusieurs afin de couvrir une gamme aussi étendue que possible d’éléments toxiques : compte tenu des techniques statistiques modernes d’analyses multidimensionnelles, il n'est peut-être pas irréaliste d'envisager après quelques années d'expérience, une mise en évidence qualitative et même semi-quantitative des polluants en fonction de la nature et de l’intensité des réactions des espèces testées.
— Les stations d'études destinées à préciser la connaissance globale que l'on a d'une eau.
Les paramètres fondamentaux qu'on sait déjà mesurer constituent un premier pas ; le domaine des matières organiques est médiocrement couvert pour le moment mais le développement des DTO mètres et des COT mètres... ira dans le sens d'appareils plus fiables et de paramètres plus représentatifs de la qualité. D'autres paramètres notamment ceux relatifs à l'azote (NH4+ et NO3-) ont déjà commencé à être distribués sur le marché avec des résultats plus ou moins heureux : les sondes spécifiques posent des problèmes de stabilité et d'interférence, les automates posent des problèmes (électro)-mécaniques : de gros efforts restent à réaliser malgré l'existence de quelques matériels qui donnent de bons espoirs. En tout état de cause, les mesures automatiques dans les rivières de nitrates (NO3-) de l'ammonium (NH4+) des orthophosphates (PO4³-) peut-être aussi de l’azote Kjeldahl ou de l'azote total paraissent être les développements les plus utiles à souhaiter pour un avenir proche.
LA MESURE AUTOMATIQUE DES EFFLUENTS
1 - OBJECTIFS ET POLITIQUE
Les prélèvements effectués par les Agences et par les Administrations compétentes dans le domaine de l’eau augmentent d’année en année. Il y a à cela des raisons qui sont essentiellement financières et d'autres qui sont techniques.
Raisons financières :
- • Le montant de la redevance est directement proportionnel aux quantités de substances polluantes déversées dans le milieu naturel. Compte tenu de l’impact financier qu’elle constitue quelquefois — plusieurs centaines de milliers de francs et même plus — il est important qu'elle soit déterminée par des mesures bien représentatives.
- • D'autre part, il existe dans certaines Agences des systèmes de subventions conditionnelles qui consistent à consolider chaque année la subvention d'investissement en payant les annuités d’emprunt dans la mesure où les résultats de la station sont satisfaisants. L'impact financier est également important et il convient en conséquence que les contrôles soient bien représentatifs.
Enfin, des aides au bon fonctionnement peuvent être accordées au Maître d’Ouvrage. Bien que l'impact financier soit d’un autre ordre de grandeur que les précédents, il est cependant nécessaire de les attribuer à bon escient.
Raisons techniques :
- • Avant même la construction des ouvrages d'épuration, il est nécessaire d'effectuer des mesures fréquentes pendant une longue période afin de bien les dimensionner et de les adapter à la nature exacte des effluents à épurer.
- • Après la construction d'une station d’épuration, son suivi régulier est nécessaire pour s’assurer de son bon fonctionnement et pour assurer la meilleure efficacité : si l'ouvrage est très important, un contrôle continu peut être utilisé par une régulation, éventuellement automatique, des réactifs et des divers dispositifs.
• En outre, les mesures des effluents importants, épurés ou non, sont capitales pour étudier leur influence sur le milieu naturel. Dans le cas où un objectif de qualité a été fixé, il convient de suivre les principaux déversements en relation avec la qualité du cours d'eau afin de pouvoir intervenir auprès du responsable si une variation de la qualité du cours d’eau est mise en évidence.
La nécessité de disposer d'un grand nombre de mesures nous amène à plusieurs considérations :
- — afin d'éviter les campagnes manuelles lourdes et très onéreuses, il faut que ces mesures soient automatisables. Notons au passage que les prélèvements par appareils automatiques vont dans le même sens mais qu'ils ne résolvent qu'une partie du problème ;
- — afin que les automates puissent donner des résultats fréquents (si ce n’est continu) sans pour autant constituer des « monstres » de complexité, il convient que les paramètres mesurés automatiquement soient rapides, beaucoup plus rapides en tous cas que certains paramètres actuels comme la DCO qui demande plus de deux heures et surtout que la DBO, qui dure cinq jours.
C'est pour ces raisons que l'ensemble des Agences a lancé il y a quelques années une étude sur la recherche et la mise au point d'appareils susceptibles de mesurer automatiquement la pollution des effluents.
Dans un premier temps, afin de concentrer les efforts sur les paramètres les plus importants et tout en sachant qu’à l'avenir les éléments spécifiques de certaines activités industrielles seront très utiles, nous nous sommes limités aux paramètres qui sont déjà ou qui seront bientôt susceptibles d'être utilisés pour la perception des redevances. Nous avons cependant renoncé provisoirement à la recherche d'un test automatique sur la mesure des éléments toxiques estimant que nous n’avions pas pour le moment de chances raisonnables d'aboutir (1).
2 - MOYENS EN MATÉRIELS
Les turbidimètres :
Sous le vocable de « turbidimètres », on désigne des appareils qui sont basés sur des principes optiques très différents (transmissomètres, néphélomètres sous divers angles) ; de plus, les conceptions hydrauliques et mécaniques ainsi que l'interprétation électronique des mesures sont très diverses.
De nombreux matériels ont été testés en laboratoires et sur le terrain. Ces essais préliminaires ont permis de sélectionner quelques appareils capables de fonctionner de façon assez satisfaisante sur le terrain en automatique.
D'autres essais sur des effluents variés ont alors été repris. Dans l'ensemble, on peut dire qu’ils ont assez systématiquement donné de bons résultats sur les rejets de pollution moyenne ou faible (notamment par exemple, en sortie d'épuration urbaine ou industrielle) ; à ce niveau d’ailleurs, ils peuvent servir d'alarme en cas de mauvais fonctionnement de la station. Sur eaux fortement polluées (la plupart des eaux brutes avant épuration) le fonctionnement est aléatoire et la sensibilité aux variations de pollution est souvent très faible d’autant plus que les gammes de mesures courantes de ces matériels sont rapidement saturées.
D'autre part, les corrélations entre les turbidités et les MeS, inexistantes (compte tenu surtout des difficultés de mesures) pour des eaux fortement chargées, sont souvent convenables pour des eaux faiblement polluées. Il faut cependant apporter une réserve importante à cette observation : les relations turbidité-MeS dépendent entre autres choses de la forme, de la couleur et de la nature des MeS ; à poids égal, la turbidité peut être très différente selon le niveau et la nature du traitement. Il peut même arriver que la turbidité augmente alors que les MeS sont en partie éliminées.
En conclusion, si on choisit les meilleurs appareils actuellement sur le marché, on peut dire que les turbidimètres peuvent, pour un effluent donné, rendre des services moyennant quelquefois un certain étalonnage (alarme, suivi d'un traitement...). Mais il ne faut pas envisager dans l'état actuel des choses une utilisation « universelle » de ce type d’appareils ; notamment, l'élaboration d’un tableau d'estimation forfaitaire dans le cadre de la perception des redevances serait tout à fait illusoire.
(1) Nous n'avons pas voulu non plus réaliser d'études sur la conductivité des sels dissous (ni sur le pH caractéristique de l’alarme) car nous avons estimé que leur mesure automatique s’effectue à ce jour sans problème.
Les DTO mètres :
Les DTO mètres ou appareils de mesure de la demande totale en oxygène mesurent la quantité d’oxygène consommée lors de la pyrolyse catalytique d’une eau. Les appareils donnent en général des résultats toutes les 5 minutes, l’un d’eux peut même travailler en flux continu.
Bien que la technologie des divers matériels existants puisse différer quelque peu de l’un à l’autre, il ne semble pas y avoir de différence fondamentale dans la signification des résultats qu’ils donnent car les principes de fonctionnement restent très voisins : ce fait a d’ailleurs été vérifié en partie par des études de laboratoire.
En cas de présence d’azote minéral cependant, on observe de fortes interférences, positives quand il s’agit de l’ion ammonium, ou négatives quand il y a présence de nitrates, l’importance de ces interférences dépend du type de l’appareil.
Outre les études de laboratoire qui ont été réalisées principalement à la Faculté de Montpellier et à l’INRA de Toulouse, des essais de mesures automatiques sur le terrain ont porté sur des effluents urbains et industriels : laiterie, papeterie, brasserie, lavage de laine, blanchisserie industrielle, abattoir, conserverie, etc.
Actuellement, on peut dire que la technologie de ce type d’appareil [surtout celui que l’Agence Artois-Picardie teste depuis 3 à 4 ans] commence à être bien maîtrisée. Par contre, compte tenu de son principe même, cet appareil nécessite des prélèvements très petits (10 µl) et par conséquent il n’admet pas de matières en suspension (problèmes de représentativité de la mesure et surtout problème pratique de bouchage du système d’injection). Il faut donc conditionner l’échantillon par un système de filtration (que l’Agence de l’Eau Artois-Picardie a retenu) ou autre (broyage par ultrasons...). C’est dans la prise d’eau et la filtration automatique que résident encore maintenant les principales difficultés ; malgré la mise en service d’automatisations de plus en plus efficaces et l’acquisition par les équipes spécialisées d’une expérience grandissante, il faut dire que chaque nouvelle installation reste un cas particulier dont il convient de résoudre les problèmes au coup par coup empiriquement.
Dans la pratique, cela signifie que l’utilisation de ce type de matériel sur le terrain reste encore lourde et délicate et que leur généralisation sur les principaux rejets serait prématurée mais l’utilisation de la DTO par des spécialistes équipés d’unités mobiles devient possible pour la mesure de la pollution des rejets (2).
D’autre part, les corrélations entre DTO et DCO (celle-ci étant mesurée comparativement sur eau brute ou filtrée selon que l’on estime que, pour le type d’effluent en cause, la DCO décantée – le paramètre de redevances – est plus proche de la DCO en eau brute ou sur eau filtrée), sont même dans les cas peu favorables (industrie chimique par exemple) satisfaisantes : coefficient de corrélation de 0,85 à 0,90 et, dans les cas (très) favorables, très bonnes : coefficient de corrélation égal ou supérieur à 0,95. De tels résultats ouvrent la porte à deux possibilités :
- — le paramètre Matières Oxydables (M.O.) actuel (DCO + 2 DBO₅) / 3 peut être purement et simplement remplacé par le paramètre DTO et un nouveau tableau d’estimation forfaitaire bâti. Cette hypothèse est à notre avis peu défendable, compte tenu des problèmes d’interférences avec l’azote mentionnés plus haut ;
- — le paramètre M.O. peut être maintenu comme paramètre de redevances mais les DTO mètres peuvent être utilisés pour ces mesures « longue durée » et leurs résultats transformés ensuite, grâce aux équations de régression, en M.O. Cette hypothèse est à notre avis plus réaliste car elle maintient « le tableau d’estimation forfaitaire » mais ouvre en outre une possibilité supplémentaire pour la mesure de la pollution. D’autre part, elle ne limite pas le développement de nouveaux matériels comme par exemple les appareils de mesure du carbone organique qui présentent en plus l’avantage d’avoir une signification plus fondamentale que la Demande Totale en Oxygène.
L’azote :
L’azote est un paramètre dont on se préoccupe très sérieusement depuis peu et qui ne faisait pas encore partie jusqu’à cette année des paramètres de redevances. En fait, l’azote se présente sous diverses formes et son action sur le milieu naturel dépend essentiellement de la forme sous laquelle il se trouve :
- • NO₃⁻ : eutrophisation, risque pour la santé, surtout pour les nourrissons,
- • NO₂⁻ : révèle une certaine instabilité biochimique consommateur d’oxygène,
- • NH₄⁺ : nuisance pour la vie piscicole (équilibre avec NH₃ gaz dissous), limite pour faire de l’eau potable, consommateur important d’oxygène,
- • N organique : consommateur d’oxygène.
Si dans le milieu naturel où le problème est la connaissance de la qualité, il est nécessaire de…
(2) Elle est possible également sur les cours d’eau mais moins intéressante dans la mesure où l’O₂ dissous interfère alors de façon non négligeable sur la DTO relativement faible.
mesurer les 4 formes, dans le domaine financier, on ne peut bâtir un tableau d’estimation forfaitaire sur tous les paramètres.
Il a fallu choisir et c’est l’azote Kjeldahl (qui comprend l’azote organique et l’azote ammoniacal) qui a été retenu.
Actuellement on ne sait pas mesurer ce paramètre automatiquement ; il faudra donc se contenter de NH₄⁺ ou de l’azote total (qui intègre toutes les formes d’azote) en espérant qu’il sera possible d’établir les corrélations entre le paramètre mesuré et le paramètre de redevance lors des mesures automatiques sur le terrain, de la même façon qu’entre la DBO et le COT d’une part et les MO d’autre part.
Pour l’azote total, l’Agence Financière de Bassin et d’autres susceptibles de bénéficier d’un développement intéressant : il s’agit d’automates colorimètres qui travaillent séquentiellement. Notons que le principe même de ces matériels les rend susceptibles de mesurer d’autres paramètres comme NO₂, NO₃⁻, voire les phénols ou le chrome hexavalent.
Pour l’azote total, l’Agence Financière de Bassin Rhin-Meuse expérimente actuellement un analyseur à flux continu (susceptible de mesurer aussi DBO et carbone organique). Il semble que la relative rusticité de cet analyseur autorise des espoirs quant à un fonctionnement opérationnel sur le terrain.
3 – RESULTATS
Là également, il n’est pas question de réaliser un inventaire exhaustif des résultats obtenus avec les dispositifs de mesures automatiques des effluents.
Nous nous proposerons simplement de montrer, grâce à quelques exemples, que la mesure automatique « longue durée » peut apprendre beaucoup de choses sur un rejet et sur la façon dont il est géré par le responsable de ce rejet d’une part, que la DBO peut (sans révolution financière mais avec les avantages que l’on a commentés précédemment) remplacer la DCO et les M.O. d’autre part.
INTERET DES MESURES LONGUE DUREE :
Exemple 1 : effluent d’une brasserie.
La première partie (gauche) de la courbe DBO correspond sensiblement aux résultats obtenus lors des mesures effectuées pour estimer l’assiette de la redevance pollution : les petites pointes correspondent sans doute au nettoyage de fonds de cuve.
La partie droite correspond à une élimination de drèches ; cette pointe qui donne un flux de pollution de 3 à 5 fois plus important que le flux normal s’est reproduite systématiquement toutes les semaines dans la journée du vendredi sauf le jour où une mesure type redevance était programmée.
Alors que la mesure automatique ne pouvait pas déboucher sur une rectification de la redevance, on constate que les variations naturelles des flux de polluants déversés vont de 1 à 2 entre le mercredi et le mardi ; cela est seulement dû à des opérations de nettoyage qui ont été réalisées le mardi et qui n'ont pas été renouvelées le lendemain.
RELATIONS ENTRE PARAMÈTRES :
Exemple 1 : effluent d'une brasserie.
Les régressions entre DBO et DCO d'une part, DTO et MO d'autre part sont excellentes comme en témoignent les coefficients de corrélation qui sont très proches de 1 (0,99 et 0,98). Cela signifie que chaque mesure de DTO peut facilement être transformée (moyennant l'application d'un coefficient) en un résultat en DCO ou en MO avec une très bonne précision.
Exemple 2 : effluent d'une laiterie.
Les régressions entre DTO et DCO et entre DTO et MO sont encore correctes mais moins bonnes surtout pour les MO : cela est sans doute dû pour les MO à l'inhibition de la DBO, par la soude lors des lavages de cuves. Cependant, ces régressions sont encore suffisantes pour estimer avec précision la pollution en MO ou en DCO compte tenu du grand nombre de mesures de DTO qu'il est possible d'obtenir pendant une période suffisamment longue (de l'ordre de quelques heures).
On trouvera les schémas illustrant ces 2 exemples à la page suivante.
4 - QUE PEUT-ON SOUHAITER À L'AVENIR ?
Dans le § 2, nous avons évoqué un certain nombre de matériels déjà existants et à peu près au point. Il est bien évident qu'il existe d'autres matériels et d'autres paramètres que ceux qui ont été cités et il est également bien évident que la seule existence de matériels, pour souhaitable qu'elle soit, ne suffit pas à résoudre tous les problèmes.
— Dans le domaine des turbidimètres, nous avons vu que ces appareils nous donnent peu d'espoir pour la réalisation de mesures quantifiables mais ils peuvent être de bons appareils de surveillance des rejets épurés.
Il est souhaitable, à notre avis, que leur installation se généralise à l'aval des stations d'épuration afin de détecter les mauvais fonctionnements (départs de boues...).
Ils sont en moyenne peu coûteux (de 10 000 F à 50 000 F environ), simples d'emploi et d'entretien.
— Dans le domaine des matières oxydables, la détection des matières organiques contenues dans l'eau par la lumière U.V. est attrayante (méthode simple et peu coûteuse) mais le réalisme commande de ne pas trop y croire dans l'immédiat. Des recherches sont poursuivies (en partie financées par les Agences) dans ce domaine.
D'autre part, la mesure du carbone organique serait sur le plan théorique très satisfaisante car, nous l'avons déjà dit, le carbone organique constitue une référence concrète beaucoup mieux qu'une demande en oxygène (qu'elle soit chimique, biochimique ou totale). Les premiers essais dans ce domaine n'avaient pas été positifs, loin s'en faut, mais deux voies se sont ouvertes depuis un an qui donnent des espoirs mesurés mais sérieux. L'avenir est peut-être plus dans ces nouveaux appareils que dans les DTOmètres ; d'autant plus que le constructeur du meilleur appareil de mesure de la DTO sur le marché a cru bon de cesser sa fabrication pour cause de non-rentabilité.
Quoi qu'il en soit, il existe maintenant des appareils pour lesquels, malgré les quelques problèmes restant encore à résoudre, des équipes de bons spécialistes pourraient intervenir avec profit sur les rejets les plus importants et mettre en évidence les « anomalies » (notamment par rapport aux résultats des
EFFLUENTS DE BRASSERIES
Relations entre paramètres de mesure des matières oxydables
Relations entre paramètres :
En haut :exemple 1 : effluents de brasseries.
En bas :exemple 2 : effluents d’une laiterie.
mesures type redevances actuelles) qu'on veut bien ignorer pudiquement dans la situation présente.
— En ce qui concerne l’azote, la mesure automatique de NO₂- et NO₃- devrait se révéler possible sans trop de difficultés.
On peut par contre regretter qu'il n'existe actuellement aucune possibilité à court terme de mesure de l’azote Kjeldahl car ce paramètre a été retenu par les Agences dans le domaine des redevances.
— Pour ce qui est des autres paramètres, les mesures qui semblent être le plus fréquemment utiles sont propres aux rejets d'établissements particuliers ; on peut citer : les phénols, les cyanures, le chrome (6+ ou total), les hydrocarbures.
Si l’on souhaite que les rejets industriels deviennent de plus en plus propres, des appareils simples mesurant ces éléments seront nécessaires ; mais il conviendrait aussi que les administrations compétentes (police des eaux) imposent aux pollueurs l'équipement de leurs rejets dès que des appareils opérationnels sont disponibles ; c'est à cette condition que les constructeurs pourront poursuivre les efforts nécessaires.
— Enfin, le problème du prélèvement et de l’échantillonnage reste posé car l’étude spécifique à ce problème n’a pu être réalisée dans le cadre de l’étude inter-Agences.
LA MESURE AUTOMATIQUE DE LA POLLUTION MARINE
On peut très schématiquement subdiviser les polluants dans le milieu marin en deux grands types :
— ceux dont les conséquences sont à court terme : il s'agit essentiellement des bactéries et virus dont l’excès peut occasionner les pollutions des coquillages et peut être — bien qu'il n'y ait jamais eu d'observation scientifique précise dans ce domaine — être la cause de maladies et troubles divers,
— ceux dont les conséquences peuvent se faire sentir à long terme : il y en a de nombreux mais on citera plus spécialement les pesticides organochlorés (DDT par exemple) et les métaux lourds (cadmium et mercure surtout) qui s'accumulent le long des chaînes alimentaires jusqu'à atteindre des teneurs énormes dans certains organes des espèces situées en bout de chaîne (l'homme en particulier) même si les rejets étaient faiblement concentrés au départ ; chacun connaît assez le triste exemple de Minamata pour qu'il ne soit pas utile de le commenter à nouveau ici.
1 - LES TOXIQUES RÉMANENTS
Dans le cas des toxiques rémanents (pesticides, métaux lourds...), la teneur instantanée de l'eau peut présenter un intérêt dans la mesure où elle donne une idée approximative de l’état de pollution mais elle ne suffit pas pour évaluer les risques. Est-il donc nécessaire de mesurer en continu la teneur de l'eau en éléments toxiques ? Sans doute pas et cela serait non seulement inutile mais aussi dispendieux et très difficile.
En effet, l'eau de mer contient environ 35 g/l de sels divers qui, comparés aux teneurs en micropolluants transportés par elle (de l’ordre de quelques nanogrammes) sont énormes (rapport de 10⁹ à 1) : cela ne peut que poser de gros problèmes analytiques sur lesquels on ne s'étendra pas mais que les laboratoires les mieux équipés ont mis longtemps à résoudre. Il serait dans l’état actuel des techniques illusoire d'essayer d’appliquer ces techniques en automatique et sur le terrain.
Par contre, les éléments toxiques, on l’a vu, se concentrent le long des chaînes alimentaires ; ils sont également en grande partie fixés par les sédiments et surtout par la surface des sédiments et par la fraction la plus fine. Les maillons terminaux des chaînes alimentaires (notamment les poissons) et les sédiments constituent donc, pour la mesure de la pollution toxique en mer, deux types de support qui allient des avantages de choix :
— les concentrations sont plus importantes donc les éléments sont plus faciles à analyser,
— ils intègrent les déversements réalisés pendant de longues périodes et tiennent compte aussi bien des rejets moyens que des pointes de pollution,
— les concentrations sont stables comparativement à celles de l'eau qui réagissent presque instantanément aux variations de pollution des rejets.
2 - LES GERMES BACTÉRIENS
Dans le cas des germes bactériens et viraux, on pourrait également se contenter de mesures ponctuelles dans les coquillages qui, par filtration, retiennent et concentrent donc de nombreux germes, bien que l'intégration soit plus aléatoire que pour les chaînes alimentaires suffisamment longues.
Mais, pour les problèmes de baignade, il faut admettre que les risques, si risques il y a, sont fonction de la contamination de l'eau au moment où le baigneur a un contact avec celle-ci et non avant ou après. L'intégration n’a donc alors qu’une signification relative ; il faut, en fait, connaître la valeur qui est atteinte pendant un certain pourcentage du temps (3). Il a d’autre part été démontré que les teneurs en bactéries sont très variables.
(3) La circulaire du 1ᵉʳ octobre 1975 demande que dans plus de 80 % des cas, les résultats doivent faire apparaître moins de 100 coliformes fécaux (CF) et moins de 100 streptocoques fécaux (SF) et que dans plus de 95 % des cas, ceux-ci doivent faire apparaître moins de 5000 CF et moins de 1600 SF.
dans le temps selon les rejets, la température, la direction des courants, l'heure et le jour de la marée... : des différences de 1 à 1000 ne sont absolument pas exceptionnelles.
Dans ces conditions, il est incontestable que des analyseurs automatiques de bactéries seraient très utiles pour :
- — connaître aussi bien que possible l'ampleur et les variations de la pollution,
- — grâce à des comparaisons avec d'autres paramètres, interpréter les variations de la pollution et agir alors sur les causes des niveaux hauts,
- — interdire éventuellement la baignade au moment seulement où les teneurs sont jugées inacceptables.
Un analyseur automatique à flux continu de Escherichia coli a été étudié et construit par l’Institut Pasteur de Lille. Cet analyseur était conçu au départ pour la détection de bactéries peu nombreuses dans les eaux d'alimentation. Serait-il possible d'adapter ses possibilités à la mesure en eau de mer ? Un tel analyseur, bien au point, pourrait sans doute intéresser les services compétents Directions Départementales à l'Action Sanitaire et Sociale et Cellules Départementales de Lutte contre la Pollution (pour les zones portuaires) du Ministère de l'Equipement.
CONCLUSIONS
D'une façon générale, la mesure automatique sur le terrain se heurte encore actuellement à une réticence importante de la part de beaucoup d'utilisateurs potentiels : cette réticence, dont l'origine se situe dans les déboires subis lors des premiers essais, est en partie encore justifiée par la médiocrité d'appareils que certains constructeurs présentent toujours sur le marché.
Cette réticence n'est cependant pas un comportement d'avenir et nous pensons que des solutions à l'insuffisance actuelle peuvent être trouvées :
- — sur le plan individuel, il convient bien entendu d'être exigeant vis-à-vis des constructeurs ; les constructeurs « sérieux » acceptent d'ailleurs de donner les meilleures garanties sur les matériels qu'ils fournissent puisqu'ils savent qu'ils ne risquent rien.
- — sur un plan plus général, il pourrait être utile de lancer des procédures de qualification de matériels par un organisme officiel (Service des Instruments de Mesure) qui donnerait une sorte de « Label » de qualité après, bien sûr, avoir fait subir au matériel candidat les tests nécessaires. Ces labels auraient l'avantage d'éliminer à assez court terme les matériels douteux et donc de sécuriser les utilisateurs potentiels qui auraient tendance à s'équiper plus volontiers.
Les fabricants, constatant le succès de leurs produits, seraient alors plus enclins qu'aujourd'hui à en développer d'autres ou à apporter les modifications souhaitables.
Une procédure de qualification pourrait être lancée, à titre expérimental sur le carbone organique ; la carence de matériels français est, dans la conjoncture présente, un lourd handicap. Pour cette raison, la mesure de NH4+ offre peut-être un terrain d'expérience plus favorable.
Nous avons vu plus haut qu'il n'était pas forcément souhaitable de mesurer tous les paramètres de la qualité de l'eau et que des tests biologiques globaux seraient sans doute plus efficaces pour détecter les pollutions particulières à la condition d'en avoir plusieurs à disposition. Ne serait-il pas souhaitable de :
- — faire la synthèse des recherches effectuées par les biologistes en France et à l'étranger dans le domaine de la détection des pollutions,
- — pour les tests qui sur le plan théorique fonctionnent ou ont fonctionné, confier leur mise au point opérationnelle en continu à un laboratoire de recherches appliquées compétent dans ce domaine,
- — les essayer sur le terrain sur des cours d'eau pollués puis à l'entrée de stations de traitement d'eau potable.
Enfin, nous insisterons à nouveau sur le problème du prélèvement et du conditionnement de l'eau prélevée avant l'envoi sur les appareils de mesure. Il n'existe sans doute pas de recette miracle, mais il y a peut-être quelques solutions types applicables dans la plupart des cas.
Actuellement, les essais de terrain se heurtent systématiquement à une méconnaissance pratiquement totale qui nécessite toujours l'intervention empirique de moyens imprévus et qui amène souvent à des solutions peu satisfaisantes.
Une étude poussée devrait être réalisée qui répondrait entre autres aux questions suivantes :
- — selon le débit et la nature de l'eau, quelle est la meilleure pompe pour effectuer un prélèvement ?
- — selon la nature de l'eau, faut-il faire un prétraitement avant ou après la pompe ?
- — selon la nature de l'eau et le volume de l'échantillon à prélever pour une mesure, faut-il prévoir un conditionnement : filtration, broyage...? Lequel est le mieux adapté ?
- — selon la nature de l'eau, quelles interventions faut-il prévoir pour maintenir les tuyaux, filtres, etc., dans le meilleur état ?
La réponse à ces questions et à quelques autres permettrait à coup sûr d'améliorer grandement l'efficacité des expérimentations faites sur le terrain.
