La silice dans l'eau ultra pure

l'eau de chaux pour remonter le pH après la coagulation et avant la filtration sur sable.

Pour corriger les tendances agressives de l'eau et pour lui donner son pH d'équilibre, et compte tenu des valeurs finales du TAC et du TH, une addition de bicarbonate de sodium est souhaitable. Elle permettrait de remonter le TAC sans toucher au TH.

CONCLUSION

Une analyse précise des problèmes posés a permis, sur l'usine de Cholet, d'étudier et de prévoir les solutions permettant d'adapter le traitement de l'eau aux nouvelles normes européennes. Les monochloramines, traitement du passé, utilisées en préoxydation peuvent résoudre le problème très actuel des haloformes.

Le couplage coagulation à pH acide/adsorption sur charbon actif doit permettre d'atteindre des niveaux de matières organiques acceptables sur l'eau traitée, quelle que soit la teneur de l'eau brute. Sur une eau initialement difficile à traiter, et malgré une chaîne de traitement existante sophistiquée, il est possible d'améliorer encore la qualité de l'eau pour atteindre l'excellence. Si cela nécessitait de nouveaux traitements (charbon actif), c'est l'adaptation des traitements existants (passage de la préchloration à la préchloramination, et modification du pH de coagulation-floculation) qui permettra demain à la ville de Cholet de se placer à la pointe du progrès dans la production d'eau potable.

Les auteurs remercient MM. Brochon et Codiasse qui ont effectué les essais de laboratoire et les essais sur site.

Nota. — L'auteur se tient à la disposition des personnes intéressées pour leur fournir la bibliographie.

Toutes les eaux naturelles se sont trouvées en contact avec la terre, qui est constituée principalement de minéraux silicatés ; quelques-uns parmi des milliers de silicates différents sont indiqués ci-dessous :

Le silicium, composant environ 26 % de l'écorce terrestre, est le second élément naturel par ordre d'abondance ; il est devancé seulement par l'oxygène.

La silice pure, ou sable blanc, est présente partout sur terre ; elle comporte une solubilité limitée dans l'eau, mais cette solubilité dépend de nombreux facteurs. Prenons, par exemple, du sable blanc de mer qui a été placé dans de l'eau exempte de silice et agité chaque jour ; des échantillons de cette eau ont été prélevés et la teneur en silice déterminée par la méthode colorimétrique au molybdate. Après un jour, la teneur en silice réactive (soluble) de l'eau était de 0,25 ppm et après 42 jours de 5,0 ppm. Dans une seconde expérience, une quantité de silice colloïdale (Cabosil) a été agitée pendant des durées variables avec de l'eau exempte de silice, puis filtrée : après 5 minutes d'agitation, le filtrat contenait 1 ppm de silice réactive ; après 30 minutes 17,5 ppm et après 24 heures 40 ppm.

Les procédés courants de traitement d'eau, coagulation, floculation et décantation suivie d'une filtration, éliminent la turbidité de l'eau, mais pour obtenir une eau filtrée d'une turbidité résiduelle bien inférieure à l'unité Jackson ou Formazine, ces procédés doivent être conduits avec beaucoup de soin ; de plus, comme les procédés de clarification de l'eau sont quelque peu empiriques, il arrive que la turbidité de l'eau filtrée se situe au-dessus du niveau le plus bas que l'on pourrait atteindre ; toutefois, dans les conditions optimales de traitement, la turbidité de l'eau filtrée peut descendre jusqu'à 0,1 unité de turbidité.

L'unité originelle de mesure de turbidité aux U.S.A., l'unité Jackson, correspond à 1 ppm (mg/l) de terre de Fuller en suspension. En pratique, lorsqu’on a affaire à des suspensions d’argile, 1 JTU, FTU ou NTU (unités équivalentes) peut être assimilée à 1 ppm d’argile en suspension.

Généralement, la teneur en silice d'un minéral représente environ 50 % en poids. Par conséquent, une eau avec une turbidité de 0,1 JTU (100 ppb de solides en suspension) contiendra environ 50 ppb de silice non réactive, et une eau à 1,0 JTU en contiendra environ 500 ppb. Ces teneurs élevées en silice ne sont pas admissibles pour de l’eau d’alimentation de chaudières haute pression, l'eau de ces chaudières devant contenir moins de 10 ppb, et certaines chaudières ne tolèrent qu'un maximum de 2 ppb seulement.

À l'évidence, une eau d’alimentation de chaudière doit présenter une turbidité d’argile nulle, car une eau à 0,01 JTU de turbidité d’argile contient environ 5 ppb de silice non réactive, silice qui deviendra réactive lorsqu'elle sera chauffée à la température d'une chaudière.

Il a été démontré que de nombreuses formes de silicates minéraux colloïdaux s’hydrolysent graduellement ; la silice qu’ils contiennent devient alors soluble et donc réactive. Or, l’industrie électronique exige une eau (type E-1) d’une teneur maximale de 5 ppb ou 0,005 ppm de silice soluble (réactive) et la présence d’une turbidité aussi faible que 0,01 NTU pourrait produire cette quantité par hydrolyse dans le temps.

Selon notre opinion, une seule méthode connue peut indiquer la présence de silice inactive dans l'eau. Cette méthode utilise un turbidimètre capable de mesurer la turbidité à 0,001 FTU (JTU) — un tel instrument est maintenant disponible — ce qui correspond aux exigences de contrôle de turbidité des effluents de déminéralisateur et des eaux d’alimentation de chaudière.

Comme indiqué ci-dessus, les procédés courants de coagulation et de filtration utilisés pour la production d'eau potable ne permettent pas de produire une eau à zéro de turbidité de silice colloïdale, même dans les meilleures conditions, et la turbidité résiduelle dans l'eau filtrée peut atteindre 0,5 NTU (soit environ 0,25 mg/l de silice colloïdale). La question se pose alors : à quel stade, dans le processus de traitement de l'eau d’alimentation de chaudière, la turbidité restante sera-t-elle éliminée ? Tous les processus faisant appel à la filtration seule, pour la production de volumes importants d’eau de turbidité zéro, sont soit extrêmement complexes, soit d’un coût prohibitif ou impossibles à réaliser. L'osmose inverse peut éliminer toute la turbidité, mais ce procédé serait coûteux s'il était utilisé seulement pour la filtration et l’élimination de la silice... par chance, les eaux naturelles contiennent généralement moins de 10 ppm de silice soluble (réactive). Outre le sable, d'autres silicates minéraux s'y dissolvent : par exemple, on a pu constater qu'après immersion de filtres d’amiante pendant 30 jours, l'eau contenait 25 ppm de silice réactive. Apparemment, l’amiante Ca(MgFe)_3(SiO_3)_4 s’est lentement hydrolysée et solubilisée, et la silice qu'elle contenait est devenue réactive. En solution il est probable que la silice s’hydrate et se transforme en acide silicique, chimiquement réactif (H_2SiO_3).

Les faibles concentrations de silice dans l'eau sont généralement déterminées par une méthode colorimétrique utilisant comme réactif le molybdate et un agent réducteur, ce qui produit une coloration bleue en présence de silice. Cette méthode d’analyse ne permet de doser que la silice « réactive » ou soluble.

La silice soluble, réactive, peut être éliminée de l'eau par échange d’anion, au cours d’un processus de déminéralisation.

LA SILICE NON RÉACTIVE DANS L’EAU

De nombreux termes (silice colloïdale, silice non réactive, silice non réactive au molybdate) désignent les différentes formes de silice qui, bien que présentes dans l’eau, ne sont pas détectées par la méthode colorimétrique au molybdate.

Pour vérifier si une forme insoluble (non réactive) de silice dans l'eau pouvait être produite à partir d’une forme réactive soluble dans la gamme 0,50 ppm, plusieurs essais infructueux furent effectués pour convertir des silicates réactifs, solubles, en formes non réactives de silice et cela par traitement à l’acide, ébullition et autres méthodes ; aucun de ces essais n’a permis d’obtenir de la silice insoluble ou non réactive. Nous en avons déduit que la silice pure ou l’acide silicique

demeurent solubles dans cette gamme de concentration et que, si la silice est soluble, elle est réactive au molybdate ; en conclusion, dans la gamme 0 à 50 ppm (mg/l) toute la silice soluble est réactive au molybdate.

Ceci amène à la question suivante : quelle forme de silice ne réagit pas avec le molybdate ? La silice est présente dans la nature, combinée avec d’autres éléments, principalement l’aluminium, pour former des silicates minéraux tels que feldspath (KAlSi₃O₈), argile, kaolinite [Al₂H₂(SiO₄)₂·H₂O] ; bien que ces minéraux soient très insolubles ou très lentement solubles, ils sont présents dans la plupart des eaux naturelles sous forme de suspensions colloïdales produisant une turbidité. En fait, il est certain que les suspensions d’argile sont responsables de la plus grande partie de la turbidité des eaux naturelles. La silice, dans ces suspensions colloïdales, n’est ni réactive au molybdate, ni réactive vis-à-vis des résines échangeuses d’anions. Selon notre opinion, la présence de silice non réactive au molybdate dans l’eau est due à la présence en suspension de particules d’argile et autres silicates minéraux. Par conséquent, sur les eaux ultra-pures, qui contiennent normalement très peu de silice réactive (par exemple : l’eau désionisée) les mesures de turbidité effectuées avec un néphélomètre de grande sensibilité sont de bons indicateurs de la présence de silice colloïdale. Les résines échangeuses d’ions utilisées pour la déminéralisation servent également de piège pour les résidus de turbidité ; dans ces conditions optimales d’utilisation, ce procédé peut éliminer toute turbidité par adsorption sur la surface des résines échangeuses d’ions.

Au laboratoire, nos expériences ont montré qu’une eau de turbidité zéro peut être produite par déminéralisation, mais il nous a été impossible d’en obtenir par filtration, même sur membrane à 0,2 micron. Des traces de turbidité restaient toujours détectées lorsque les mesures étaient opérées avec un turbidimètre sensible à 0,001 JTU.

Les résines échangeuses d’ions en gel permettent de produire une eau de turbidité zéro, mais leur capacité d’élimination de la turbidité est limitée. Les résines échangeuses d’ions macroréticulaires se sont avérées comporter une capacité d’élimination de la turbidité bien supérieure à celle des résines en gel : c’est ainsi que dans notre laboratoire, sur un déminéralisateur à résine du type gel alimenté avec une eau à 0,5 JTU et 400 ppm de solides dissous totaux, la saturation avec apparition de turbidité s’est produite bien avant l’apparition de silice réactive et de la chute de résistivité.

Selon notre expérience, un déminéralisateur montrera généralement une fuite de turbidité (silice non réactive) avant de montrer une fuite ionique (silice soluble ou réactive). Par conséquent, pour assurer l’absence totale de toute forme de silice, l’eau en sortie de déminéralisateur nécessite un contrôle de turbidité, indépendamment du contrôle de la silice réactive.

Il n’existe pas d’analyseur en continu de silice colloïdale (non réactive) mais une méthode de laboratoire nécessitant environ une heure et demie (dont environ 15 minutes de travail effectif) existe pour l’analyse de la silice colloïdale dans l’eau. Nous la décrirons ci-après.

MÉTHODE DE LABORATOIRE POUR L’ANALYSE DE LA SILICE TOTALE ET NON RÉACTIVE

La méthode consiste à déterminer séparément sur deux échantillons les teneurs en silice réactive et non réactive.

La première analyse est effectuée par addition des réactifs à l’échantillon, suivie d’une mesure colorimétrique ; elle n’enregistre que la silice réactive.

La seconde analyse comporte une addition d’hydroxyde de potassium, suivie d’une évaporation à sec par chauffage à 250 °C dans un bécher Teflon. Cette opération convertit la silice non réactive et les silicates minéraux en une forme réactive. Le résidu sec est refroidi, dissous dans l’eau et l’analyse effectuée par addition des réactifs suivie d’une mesure colorimétrique.

Cette méthode enregistre la silice réactive et la silice non réactive ; la différence entre la seconde et la première analyse est utilisée pour calculer le taux de silice non réactive.

Les réactifs nécessaires sont les suivants :

• • Potassium hydroxyde en solution, 56 g/l (1,0 N) ;
• • Réactif molybdate, n° 1995 ;
• • Réactif citrate, n° 14 908 ;
• • Réactif amino-acide, n° 1 934.

L’appareillage est constitué comme suit :

• • Béchers Teflon avec couvercles aluminium 150 ml ;
• • Flacons compte-goutte avec compte-goutte plastique gradué ;
• • Étuve pour le chauffage des béchers ;
• • Spectrophotomètre DR 3 ;
• • Cuve à circulation pour spectrophotomètre ;
• • Éprouvette plastique graduée 25 ml ;
• • Bécher plastique pour couvrir l’éprouvette.

Nous examinerons successivement les techniques à employer pour déterminer les teneurs en silice réactive et non réactive.

Silice réactive

• — Mesurer 25 ml d’eau à analyser et verser cet échantillon dans un bécher Teflon propre.
• — Ajouter 0,5 ml d’hydroxyde de potassium 1,0 N, puis 0,5 ml de réactif molybdate ; agiter et attendre 10 minutes la formation du silico-molybdate.
• — Ajouter 0,5 ml de réactif citrate au bécher ; agiter et ajouter immédiatement 0,5 ml de réactif amino-acide ; agiter pour mélanger ; attendre 15 minutes le développement de la coloration. Une coloration bleue visible se développe en présence d’une

concentration importante de silice ; si la teneur en silice est faible, aucune coloration ne se manifeste.

Utiliser l'échelle graduée Silice 41 584-00 et la cuve à circulation pour mesurer la teneur en silice avec le spectrophotomètre DR/3 (figure 1) réglé à 810 nm (position IR) par rapport à l'eau déminéralisée. Si la teneur en silice de l'échantillon est inférieure à 0,06 mg/l, utiliser le spectrophotomètre DR/3 en mode expansé et lire sur l'échelle inférieure (EXPAND). Soustraire le blanc de réactif de la valeur en mg/l lue sur l’échelle : la valeur obtenue est la teneur en silice réactive seule dans l’échantillon.

Silice non réactive

— Placer un échantillon de 25 ml d’eau à analyser dans un bécher teflon propre ; ajouter 0,50 ml de solution d’hydroxyde de potassium 1,0 N ;

— Poser un couvercle en aluminium sur le bécher avant de le placer dans l’étuve chauffée à 250 °C ; attendre le temps nécessaire pour l’évaporation à sec de l’échantillon, plus le temps nécessaire au bécher pour atteindre la température de l’étuve ; retirer le bécher de l’étuve et le laisser refroidir ;

— Remplir une éprouvette en plastique jusqu’au trait 25 ml avec l'eau à analyser ; ajouter 0,5 ml de réactif molybdate ; verser dans le bécher, agiter pour dissoudre le résidu d’hydroxyde de potassium et homogénéiser ; attendre 10 minutes la formation du silico-molybdate ;

— Ajouter 0,5 ml de réactif citrate au bécher et agiter ;

— Ajouter immédiatement 0,5 ml de réactif aminoacide et agiter ; attendre 15 minutes le développement de la coloration. Une coloration bleue visible se développe en présence d'une concentration importante de silice. Si la teneur en silice est faible, aucune coloration ne se manifeste ;

— Utiliser l'échelle graduée Silice 41 584-00 et la cuve à circulation pour mesurer la teneur en silice avec le spectrophotomètre DR/3 réglé à 810 nm (position IR) par rapport à l'eau déminéralisée. Si la teneur en silice de l'échantillon est inférieure à 0,06 mg/l, utiliser le spectrophotomètre DR/3 en mode expansé et lire sur l'échelle inférieure (EXPAND). Soustraire le blanc de réactif de la valeur en mg/l lue sur l’échelle ;

— Soustraire deux fois la teneur en silice réactive en mg/l (déterminée au chapitre « silice réactive ») de la teneur en silice en mg/l lue au paragraphe précédent pour déterminer la teneur en silice non réactive de l’échantillon (en mg/l).

La teneur en silice totale en mg/l est la somme des teneurs en silice réactive et non réactive déterminées ci-dessus.

Les précautions suivantes sont à prendre lors de l'exécution des analyses :

— Une éprouvette de 25 ml en plastique est recommandée pour mesurer le volume d’échantillon ; elle peut être couverte avec un bécher plastique pour éviter la poussière ; l'éprouvette doit être réservée pour l’analyse de silice ;

— Des béchers en teflon peuvent être chauffés à 250 °C sans dommage ; des températures plus élevées peuvent provoquer des déformations permanentes qui n’interdisent pas leur utilisation. Le teflon est inerte, ne contient pas de silice, et ces béchers sont relativement peu onéreux. Des béchers neufs contiennent généralement une petite quantité de silice due aux poussières de l’atmosphère ; ils doivent être rincés plusieurs fois avec de l'eau à faible teneur en silice, puis utilisés plusieurs fois pour la détermination de silice non réactive sur des échantillons exempts ou à très faible teneur de silice pour extraire la silice. Après trois ou quatre utilisations, les béchers seront exempts de silice extractible ; ils doivent être réservés pour les analyses de silice et conservés couverts en permanence pour éviter la poussière.

— Dans un laboratoire où des analyses de silice sont effectuées, les poussières atmosphériques sont une source importante de contamination ; par exemple, la contamination par 5 × 10 grammes de poussière contenant 50 % de silice provoque une erreur de 1 ppb de silice dans le dosage.

— Pour faciliter la manipulation des béchers en teflon, il faut les installer sur un plateau d’aluminium et placer l'ensemble dans l’étuve ; les béchers chauds étant très mous, il est déconseillé de les manipuler avec des pinces ;

— L’utilisation de flacons en plastique avec compte-gouttes en plastique gradués à 0,5 ml facilite le stockage et la distribution des réactifs. Les flacons en plastique protègent les solutions de la contamination par la silice ; les solutions ne doivent jamais être stockées dans des flacons en verre ;

— Le spectrophotomètre DR/3 possède un filtre coloré à 810 nm à l'extrémité de la course du filtre interférentiel continu au-delà de 700 nm. Sur certains DR/3, cette position est désignée IR sur l’échelle de longueurs d’onde.

— La position EXPAND (expansion) sur le commutateur de fonction du DR/3 donne une sensibilité dix fois plus grande que la sensibilité normale. L’échelle silice porte deux graduations NORMAL et EXPAND. En mode expansé, l’échelle est graduée par ppb de silice de 0,06 ppm ou 60 ppb ; la stabilité de l'appareil permet d’obtenir facilement une lecture à 1,0 ppb.

— Afin d’atteindre la grande stabilité nécessaire pour ces mesures à des niveaux très bas, une cuve à circulation est nécessaire ; elle peut être installée rapidement dans le puits de mesure de l’appareil ; l’eau et les échantillons préparés sont versés dans l’enton-

noir. De cette façon la cuvette n’est jamais déplacée et les erreurs dues aux imprécisions de positionnement ou aux différences entre cuvettes sont éliminées. La cuve peut être nettoyée de temps en temps en y faisant passer de l’ammoniaque diluée ou d’autres détergents (ne pas utiliser de mélange sulfo-chromique pour le nettoyage, car les joints seraient endommagés). La cuve ne nécessite pas de nettoyages fréquents.

La technique ci-dessus, pour la détermination de la silice réactive et non réactive, ne nécessite pas l’utilisation d’une eau provenant d’un déminéralisateur de laboratoire ; cependant, il est absolument nécessaire de disposer d’une source d’eau déminéralisée de haute qualité pour le lavage des béchers, le réglage du spectrophotomètre, etc. ; cette eau doit être de préférence exempte de silice et de turbidité. Une telle source est difficile à obtenir et à entretenir ; avec une vérification fréquente de la teneur en silice réactive et non réactive et de la turbidité, il est possible de connaître, à tout moment, l’état du déminéralisateur de laboratoire et d’effectuer avec succès des analyses de silice sur des échantillons d’eau avec des résultats rigoureusement exacts à des teneurs très basses de silice réactive et non réactive.

Détermination du blanc de réactif

Pour la détermination de la silice au niveau du ppb, il est nécessaire de connaître la teneur en silice des réactifs ou « blanc de réactif » ; celui-ci est dû aux impuretés de l’hydroxyde de potassium et du molybdate. Il s’agit toujours de silice réactive, la silice non réactive n’étant jamais présente dans les réactifs. La composition de ce blanc de réactif étant inconnue, ainsi que la teneur en silice de l’eau utilisée pour sa détermination, il est impossible de la connaître au moyen d’une seule mesure. La méthode ci-dessous a été mise au point pour la détermination simultanée de ces deux inconnues.

La technique à employer est la suivante :

• — Placer 25 ml d’eau désionisée de laboratoire dans 4 béchers teflon propres ;
• — Ajouter 0,4 ml d’hydroxyde de potassium au bécher 1, ajouter 0,5 ml d’hydroxyde de potassium au bécher 2, ajouter 0,6 ml d’hydroxyde de potassium au bécher 3, ajouter 0,7 ml d’hydroxyde de potassium au bécher 4 ;
• — Opérer de même avec le réactif molybdate ; agiter et laisser reposer 10 minutes ;
• — Procéder aux mêmes additions croissantes de réactif citrate à chaque bécher ; agiter et passer immédiatement à l’opération suivante ;
• — Effectuer les mêmes additions croissantes de réactif amino-acide à chaque flacon ; agiter et attendre pendant 15 minutes le développement de la coloration ;
• — Préparer le spectrophotomètre DR/3 ; ajuster avec soin le réglage LEFT SET (0 % T) et régler l’appareil (RIGHT SET 100 % T) en mode expansé, avec de l’eau désionisée dans la cuve à circulation ; utiliser une longueur de 810 nm (ou position IR) et l’échelle graduée silice n° 41 584-00 ;
• — Verser successivement chaque échantillon préparé dans la cuve à circulation et noter la lecture en mg/l de silice pour chacun ;
• — Reporter les quatre lectures sur un graphique, comme indiqué sur la figure 2 ; les résultats correspondront à l’un des trois cas qui y sont représentés, où la valeur du blanc de réactif est fonction de la pente de la courbe ; les calculs sont effectués au point correspondant à un ajout de 0,5 ml de réactif à l’échantillon, comme indiqué par les pointillés sur les graphiques ; c’est la quantité de réactif utilisée dans les dosages de silice.

L’ordonnée à l’origine de la courbe correspond à la teneur en silice de l’eau utilisée pour la mesure du blanc de réactif.

Nous avons reporté dans le tableau ci-dessous les valeurs obtenues dans les trois cas considérés.

Tableau d’interprétation des courbes

LA MESURE DES TRÈS FAIBLES TURBIDITÉS DE L’EAU

Particulièrement dans les eaux d’alimentation de chaudières, le maintien d’une teneur totale en silice inférieure à 10 ppb est une nécessité.

exister dans l'eau sous forme colloïdale (silicates ou argile), ce qui produit une turbidité ; c’est un indicateur presque sûr de la présence de silice non réactive, et elle est aussi néfaste pour les chaudières et les turbines que la forme réactive : la silice non réactive devient en effet réactive après une exposition prolongée aux hautes températures des chaudières. Comme on l’a vu plus haut, la silice non réactive n'est pas détectable par la méthode colorimétrique au molybdate et seul un turbidimètre ultra-sensible peut permettre de mesurer la turbidité au millième d’unité Formazine (FTU), ce qui est particulièrement nécessaire pour tester les eaux destinées aux chaudières à haute pression, à l'industrie nucléaire ou électronique.

À cet effet on dispose maintenant d'un appareil qui apporte une importante innovation dans la mesure des très faibles turbidités : il s'agit du turbidimètre Ratio dont nous donnerons ci-après le principe et les principales caractéristiques.

Le turbidimètre Ratio (R)

La configuration optique du turbidimètre est la clé de plusieurs de ses caractéristiques comprenant une bonne stabilité, linéarité, sensibilité, faible lumière parasite et insensibilité à la couleur.

La figure 3 montre une vue de dessus du système optique dans lequel la lampe à filament de tungstène, alimentée sous une tension de 5 volts (régulée) se trouve à la source d’un faisceau lumineux, formé par une lentille et un diaphragme, qui est projeté à travers une cuvette cylindrique perpendiculairement à son axe. Cette géométrie permet d’obtenir un trajet équivalent pour la lumière transmise et la lumière dispersée.

Avant détection, la lumière transmise est réfléchie par un miroir en verre noir qui renvoie environ 4 % de la lumière et absorbe le reste. Le miroir atténue l'intense faisceau transmis à un niveau convenable pour le détecteur et élimine la dispersion vers la cuvette, qui pourrait apparaître comme lumière parasite.

L’appareil est pourvu de trois détecteurs : l’un pour la lumière dispersée à 90°, le second pour la lumière transmise et le troisième pour la lumière dispersée à 30° de la direction du faisceau incident ; ce dernier compense l’atténuation du faisceau transmis et permet d’obtenir une réponse linéaire pour les fortes turbidités. Ces détecteurs, du type photodiode au silicium, possèdent la sensibilité, la linéarité et l'excellente stabilité qui les rendent idéaux pour de nombreuses applications en instrumentation. Leur impédance élevée permet de les utiliser avec des amplificateurs à courant continu ayant une dérive du zéro négligeable.

La valeur de la turbidité est dérivée du rapport du signal néphélométrique sur la somme des signaux de lumière transmise et de lumière dispersée vers l’avant. Cette mesure de rapport (ratio) qui donne son nom à l'appareil est l’élément-clé de son excellente stabilité.

Lumière parasite

Un faible taux de lumière parasite est important pour permettre la mesure exacte des faibles turbidités. Le turbidimètre Ratio possède un taux de lumière parasite de 0,01 NTU, obtenu en plaçant le détecteur de lumière dispersée à 90°, au-dessus du plan horizontal, avec des chicanes appropriées, comme le montre la figure 5 où figure une coupe (par le centre) de la cuvette, vue dans l’axe du faisceau incident. Ces chicanes sont disposées de façon que le détecteur voit le volume d’échantillon traversé par le faisceau incident mais ne puisse voir la paroi arrière de la cuvette dans le plan du faisceau incident (figure 4).

La lumière parasite est provoquée généralement par dispersion et réflexions sur les parois de la cuvette. Deux mécanismes possibles sont représentés par la figure 5 : le premier montre une dispersion sur la paroi à l'entrée qui dévie un rayon, selon le pointillé 1, vers le détecteur où il est dispersé à nouveau à la sortie et atteint le détecteur ; le second, suivant le pointillé 2, …

commence par une dispersion à l’entrée suivie de la réflexion sur la paroi arrière de la cuvette. Ce second mécanisme est de loin la plus importante source de lumière parasite avec un détecteur placé dans le plan. Le détecteur hors du plan montré à la figure 6 ne reçoit pas ces réflexions et la lumière parasite est ainsi largement éliminée.

Le turbidimètre Ratio existe en deux versions :

Turbidimètre Ratio 2000 en continu

Ce modèle possède 4 gammes de mesure : 0-2 ; 0-20 ; 0-200 ; 0-2 000 NTU avec temps de réponse réglable. Le signal 4-20 mA délivré par l’appareil est utilisé pour alimenter l'un des indicateurs disponibles et/ou un enregistreur :

— indicateur digital Ratio 2000 D avec afficheur commutable 4 1/2 ou 3 1/2 digits. Cet indicateur est équipé de relais d’alarmes haute et basse, avec temporisation et hystérésis réglables. Sur la gamme 0 à 2, l'indicateur affiche le millième de NTU et l'appareil est stable à un ou deux millièmes de NTU près ;

— indicateur analogique Ratio 2000 A avec galvanomètre à une seule échelle graduée 0 à 2. Cet indicateur n'est pas recommandé pour cette application.

Turbidimètre Ratio de laboratoire – modèle 18 900

Normalement, ce modèle possède un affichage digital en centièmes de NTU, mais un modèle à trois décimales est en préparation pour la mesure de la silice colloïdale dans l’eau ultra-pure.

CONCLUSION

Les méthodes d’analyse de la silice réactive sont bien connues ; notre contribution dans ce domaine apporte une solution originale de détermination simultanée par méthode graphique du blanc de réactif et de la teneur en silice. De plus, la sensibilité et la stabilité de notre spectro-photomètre permettent de pratiquer des analyses au niveau du ppb.

D’autre part, la possibilité de détecter en continu dans l’eau ultra-pure une fuite de silice colloïdale par la mesure de la turbidité avant l’apparition de silice réactive, ou la diminution de la résistivité, constitue un progrès important à mettre à l’actif du turbidimètre Ratio.

Il en résultera une plus grande sécurité dans la conduite des chaînes industrielles de déminéralisation.