L'évolution des normes sur la qualité de l'eau potable, associée à la dégradation de la ressource, implique un suivi rigoureux de la turbidité. Ce paramètre est également important dans le contrôle de processus et en contrôle qualité des traitements.
La turbidité est un effet visuel qui traduit le trouble de l'eau. Elle est due aux particules en suspension stables dans l'eau. Ces particules sont d'origines variées : érosion des terres, dissolution de substances minérales ou encore décomposition de matières organiques végétales et/ou animales. La turbidité, à proprement parler, n'est pas dangereuse, mais elle influence d'autres paramètres et ses répercussions sur la qualité de l'eau sont importantes, tant du point de vue chimique que bactériologique. L'augmentation régulière de la turbidité des eaux brutes est une source de préoccupation.
tion pour les traiteurs d’eau. Car il existe une corrélation directe entre turbidité et hydrocarbures, entre turbidité et pesticides, et surtout entre turbidité et contaminations fécales. Les matières en suspension ont une certaine capacité à adsorber les ions métalliques (cuivre, mercure...) ou les composés chimiques, comme les pesticides, ce qui n'est pas acceptable pour produire une eau de qualité. De plus, les micro-organismes s'adsorbent sur les particules en suspension et se développent plus facilement qu'en suspension dans l'eau et les amas ainsi créés les protègent des désinfectants. Il a été démontré une corrélation entre la turbidité et la présence des kystes de Cryptosporidium. Un lien a d'ailleurs été mis en évidence sur le terrain (recrudescence des gastro-entérites après les crues, par exemple) et par l'analyse : la teneur en Cryptosporidium est directement corrélée à la turbidité. Elle est ainsi devenue un indicateur de la présence de ces microorganismes. Représentant la somme de tous les matériaux non dissous dans l'eau, la turbidité est un paramètre visuellement détectable par le consommateur. Toutes les étapes nécessaires pour le traitement de l'eau potable peuvent être surveillées et contrôlées par la mesure de turbidité. Son suivi en continu permet donc d'adapter en temps réel les conditions de traitement.
Un paramètre sous étroite surveillance
Pour limiter la présence de parasites Cryptosporidium et Giardia dans les eaux de boisson, la réglementation renforce la valeur limite de la turbidité de l'eau. Aujourd'hui, la réglementation française exige un niveau maximum de 1 NFU (limite de qualité) et indique qu'un niveau de 0,5 NFU est souhaitable (référence de qualité). Ces deux valeurs sont certainement à rapprocher de la limite de 0,3 NTU exigée par la réglementation américaine, et qui constitue probablement la prochaine étape réglementaire européenne.
En parallèle, les traiteurs d'eau doivent faire face à la dégradation de la ressource et à une exigence de service continue de la qualité des traitements. Aucun procédé traditionnel de traitement ne peut à lui seul éliminer toute la turbidité présente dans une eau. De ce fait, la turbidité est peu à peu devenue un paramètre de mesure de l'efficacité des traitements appliqués pour la production d'eau destinée à la consommation humaine.
La turbidité : une mesure de l'efficacité du traitement
Dans les pays de l'Union Européenne soumis à la norme ISO 7027/EN 27027, la mesure est effectuée en lumière infrarouge à la longueur d'onde de 860 ± 60 nm. Celle-ci provient d'une cellule de mesure dont le rayonnement de la photodiode émettrice à l'infrarouge traverse le liquide à mesurer.
Ce principe est utilisé dans de nombreux instruments chez ABB (cellule 7997), Aquacontrol (turbidimètre TU 7685), Anael avec la gamme Monitek, Bamo, Endress+Hauser, Kobold avec son LAT N3, Hach Lange avec Ultraturb, Hanna Instruments (HI 93703 et LP 2000), Mettler Toledo (Trb8300), Neotek (gamme Ponsel), Seres (Turbilight) Sigrist (et son WTM500), EFS avec l'EFS 8332 ou Swan avec l'AMI Turbitrace ou encore Züllig (sur Cosmos-25)...
Certains turbidimètres présents sur le marché travaillent en lumière visible selon la norme américaine EPA 180.1 comme le modèle 1720 E de Hach Lange. Les mesures sont alors exprimées en NTU quelle que soit la valeur de la turbidité. D'autres appareils, comme le Clarity II d'Emerson, sont capables de mettre en œuvre l'une ou l'autre des deux méthodes.
Lorsqu'on observe cette lumière rétrodiffusée sous un angle défini par rapport au rayon incident, la quantité de lumière réceptionnée est liée à la turbidité de l'eau.
Une seconde photodiode réceptrice recueille la lumière rétrodiffusée par les particules sous un angle défini. 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. Mais attention, il n’est pas toujours possible de comparer les unités entre elles, lorsqu'elles ne font pas appel à la même méthode de mesure.
Certains fabricants, comme Hanna Instruments, proposent des gammes de produits différentes répondant à l'une ou l'autre des deux normes.
Les deux mesures sont basées sur le principe de la néphélométrie, seule la longueur d'onde du faisceau change. Ce principe est basé sur le fait que les particules en suspension dans l'eau diffusent la lumière qu'elles reçoivent avec plus ou moins d'intensité.
Un guide de choix sur les turbidimètres
L'Exera* qui regroupe des industriels de tailles et d’horizons variés vient de publier un guide de choix consacré aux turbidimètres. Ce document de près de 90 pages, complet et clair car très concis, a pour objectifs de faciliter et d'orienter rapidement l'utilisateur dans son choix en lui faisant gagner un temps précieux. Il est composé de trois chapitres. Le premier rappelle succinctement les principes de mesure, les unités utilisées, les méthodes et techniques optiques couramment employées, ainsi que la réglementation et les normes concernant la turbidité des eaux destinées à la consommation humaine. Le second chapitre s'attache à fournir une description des turbidimètres retenus lors de l'enquête et une présentation de ceux-ci par méthode de mesure. Le troisième chapitre, qui constitue le cœur de l'étude, présente au lecteur un choix par tableaux destiné à faciliter ses recherches en déterminant les turbidimètres les mieux adaptés à ses besoins et applications. Plusieurs catégories de tableaux sont disponibles. La première regroupe les différents modèles de turbidimètres par méthode de mesure, la seconde par domaine d'applications. La troisième catégorie de tableaux fournit un classement des turbidimètres par coûts et la quatrième établit un classement des performances métrologiques, des coûts et des prestations des différents constructeurs. Au total, un document très complet, incontournable pour tous les utilisateurs et exploitants de ce type d’instrument. Ce guide de choix, accessible aux non-membres, est en vente à l'Exera. Renseignements complémentaires : http://www.exera.com — Tél. : 33 (0)1 53 32 80 08
* Association des Exploitants d'Équipements de Mesure, de Régulation et d'Automatismes.
La lumière diffusée par l'observateur est proportionnelle à la quantité de particules en suspension dans l'eau. Par ailleurs, lorsqu'on doit comparer des résultats, il faut faire attention, les mesures comparatives ne devant être réalisées que sur un même appareil.
Enfin, la fiabilité de la mesure de la turbidité est remise en cause, car celle-ci est influencée par le type (composition et taille) et le nombre de particules dans l'échantillon. En comparaison, le comptage de particules permet une classification et un dénombrement précis des particules contenues dans l'eau, ce qui en fait un outil de plus en plus utilisé dans la production d'eau destinée à la consommation humaine.
Pour les concentrations plus élevées de turbidité ou de MES, WTW a développé depuis plusieurs années deux sondes : la Visoturb (0,05 à 4000 FNU) et la Visolid, directement en mg/l pour les MES (0,0003-1000 g/l). Pour ces deux sondes, les matériaux utilisés ainsi qu'un nettoyage par ultrasons permettent de garantir simplement et efficacement la qualité des mesures. Cette génération d'appareil permet en outre de piloter jusqu'à 20 capteurs sur un même afficheur. D'autres instrumentistes ont développé des appareils de mesures d'interfaces et des détecteurs de voiles de boues.
Détecter les voiles de boues
Ces appareils sont conçus pour mesurer la zone d'interface et de voile de boues dans les processus de sédimentation. Ils mettent en œuvre des principes de mesure qui diffèrent selon les constructeurs.
rent de la néphélométrie. Avec Sludge Tracker, ATI (représenté en France par Équipements scientifiques) utilise les ultrasons sous une incidence de 6° et Solartron Mobrey sur son MSL 600 met en œuvre le principe du sonar. Quant à Endress+Hauser, son détecteur de voile de boues CUC 101 mesure la turbidité par extinction d'une lumière monochromatique pulsée.
Les détecteurs de Royce, commercialisés en France par Cometec, utilisent 1 ou 2 capteurs optiques. Le modèle 2110, à un seul capteur, permet de monter un seuil d’alarme sur un bassin. Le modèle 2120 utilise deux capteurs et peut ainsi commander la marche et l’arrêt d'une pompe entre deux seuils. À noter que Royce propose également des moniteurs de voile de boues permettant de connaître en permanence la position du voile de boues dans tous les bassins décanteurs, décanteurs lamellaires, clarificateurs, épaississeurs ainsi que dans certains process industriels.
Ces moniteurs fonctionnent selon le principe du sonar, le capteur émet des ultrasons qui sont réfléchis par les particules en suspension dans le bassin. Chaque variation de concentration est visible par l'utilisateur qui choisit l'interface à poursuivre.
La réalisation de toutes ces mesures optiques implique de prendre certaines précautions comme éviter les bulles d'air ou l'encrassement des fenêtres de mesure. Les constructeurs d'appareils de mesure de turbidité ont travaillé sur ce sujet délicat en soignant l'ergonomie des têtes de mesure (Sigrist) ou en utilisant des matériaux peu sensibles aux salissures complétés par un nettoyage par ultrasons (WTW).
D'autres ont opté pour des équipements de nettoyage de type piston racleur comme ABB, Endress+Hauser, Neotek, Seres ou encore de type essuie-glace comme Hach Lange.
