Le contrôle des eaux hier et aujourd'hui...

Essentiellement empirique et subjective à ses débuts, l'hydrologie a dû utiliser successivement toutes les acquisitions scientifiques : chimie analytique et microbiologie en particulier, jointes aux connaissances en géologie, pour en apprécier la composition. Elle est ainsi restée une discipline relativement classique et traditionnelle si on la compare à des technologies qui ont bouleversé notre existence en quelques années seulement, telles que l’électronique, l’informatique, l’astronautique, l’industrie nucléaire, etc.

Cependant, en quelques années, les méthodes d'analyses et de contrôle des eaux ont évolué de manière particulièrement spectaculaire, sous l’influence de plusieurs facteurs :

1. 1° La pollution de notre environnement qui nous impose de protéger l’eau avec de plus en plus de soins. Si les maladies infectieuses dont l’eau était jadis le principal vecteur ne sont plus préoccupantes depuis la découverte et l'utilisation généralisée des antibiotiques, en revanche, d'autres facteurs de mortalité modernes sont associés par les hygiénistes aux polluants créés par notre société et l’eau en est le véhicule inéluctable.

2. 2° Les normes et règlements concernant les eaux d'alimentation, qui deviennent, par voie de conséquence normale, plus contraignants et visent à faire du contrôle de la qualité et du traitement des eaux un domaine exemplaire :

   Les « Normes internationales pour l'eau de boisson » ont été publiées pour la première fois en 1958 par l’« Organisation Mondiale de la Santé » et ont fait depuis l'objet de deux éditions revisées. La direction de la Protection Sanitaire de la Commission des Communautés Européennes vient de faire approuver une « directive relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine » (8 décembre 1978) après plusieurs années de discussions. Les normes correspondantes comprennent plus de soixante paramètres affectés pour la plupart d’une « concentration maximale admissible » se traduisant pour certaines substances particulièrement indésirables par des concentrations inférieures au microgramme par litre. Ces normes doivent être appliquées par les pays membres dans un délai de deux ans ; bien entendu, le projet de directive ayant été publié en 1975, les paramètres énumérés font l'objet, depuis, et sans avoir attendu l’approbation définitive, de maints commentaires et études des conséquences avec en particulier : mise au point des méthodes de détermination avec définition des précisions, exactitudes, limi-

des sensibilités correspondantes. De même, des campagnes d'analyses ont déjà été effectuées afin d’évaluer les conséquences économiques de ces nouvelles normes et de déterminer les possibilités de mise en conformité des captages et des installations de traitement existantes.

Le moment était donc fort opportun de faire une démonstration de cette évolution récente et rapide de l'évolution des principes de contrôle des eaux et des technologies mises à profit. C'est ce qu’a voulu faire la S.L.E.E. en présentant un stand au dernier salon international « Pollutec » concernant les industries de la lutte contre les pollutions et les nuisances industrielles et urbaines et qui s'est tenu du 5 au 9 décembre 1978 dans le cadre des Assises Internationales de l'Environnement. Le thème choisi était : « Le contrôle des eaux... hier et aujourd'hui ».

L'ÉVOLUTION JUSQU’À LA GUERRE 1914-1918

C'est probablement au XVIIe siècle que les premières analyses d’eau furent effectuées par R. BOYLE, puis par LAVOISIER et le chimiste suédois BERGMANN.

Aux XVIIIe et XIXe siècles déjà, d'importants travaux analytiques furent effectués sur les eaux utilisées dans la région parisienne. L'Annuaire des Eaux de la France publié en 1851 cite les plus importants qui méritent beaucoup d'admiration étant donné les moyens dont les chimistes disposaient à l'époque ; il est vrai que ces chimistes étaient en réalité des « savants » et les analyses reposant pour la plupart sur la gravimétrie étaient fort longues et nécessitaient des soins extrêmes et une minutie que l'on ne conçoit plus de nos jours avec nos méthodes « presse-boutons ».

D’illustres chimistes ont attaché leurs noms à ces campagnes d'analyses :

• PARMENTIER publia en 1775 dans le « Journal de Physique » une « dissertation sur la nature des eaux de la Seine ».
• VAUQUELIN et BOUCHARDAT publièrent en 1830 dans le « Journal de Pharmacie » une « analyse des eaux de la Seine avant sa jonction avec la Marne » dont la reproduction mérite que l'on s’y arrête pour constater que beaucoup de résultats sont fournis avec trois décimales :

TABLEAU DES ANALYSES DES EAUX DE LA SEINE PAR MM. VAUQUELIN ET BOUCHARDAT (1830)

Les analyses de chimie et de physique apportent :

• en 1846 : l’analyse de l’eau de Seine prise à Bercy, par H. DEVILLE ;
• en 1848 : analyse chimique des eaux qui alimentent les fontaines publiques de Paris, par BOUTRON et HENRY (voir le tableau ci-après).

Enfin, notons parmi les conclusions de ces travaux analytiques cette appréciation qui peut laisser rêveur : « Quoiqu’il en soit, malgré toutes les causes réunies qui contribuent à altérer l’eau de la Seine dans son parcours d’amont en aval de Paris, on ne doit pas moins la regarder comme une des meilleures eaux que l'on connaisse ; car à l’exception de quelques eaux de sources ou de rivières qui proviennent de la fonte des neiges ou qui sourdent dans des terrains de lave, de basalte ou de granite, il est peu d’eaux qui laissent moins de résidu par l’évaporation, et dont les sels soient de meilleure nature. »

Heureuse époque ! Mais alors, la microbiologie n’existait pas et les eaux potables ne pouvaient pas être associées aux maladies infectieuses dont l’origine hydrique a été reconnue depuis.

C'est à PASTEUR, en effet, que revient le mérite d'avoir démontré la présence dans les eaux de bactéries qui sont une grave menace pour la santé publique.

SUBSTANCES CONTENUES DANS LES EAUX (1848)

Des chercheurs, tels que MIQUEL (1880), CHANTEMESSE et WIDAL (1887), GUIGNARD et CHARRIN (1887), VINCENT (1890), PÉRÉ (1891), CAMBIER (1904), ont mis au point des méthodes d’analyses microbiologiques efficaces, mais ce n’est qu’après la guerre de 1914-1918 que s’est généralisé l’emploi du chlore comme agent de désinfection.

UNE CONCEPTION DÉJÀ MODERNE,MAIS DES MOYENS ENCORE ARCHAÏQUES...

Le thème traité par le stand de la S.L.E.E. : « Le contrôle des eaux... hier et aujourd’hui » se limitait à une échelle de temps plus restreinte ; le contraste des méthodes et du matériel est cependant impressionnant : il n’y a guère plus de vingt à trente ans, l’« essai des eaux » se limitait à quelques mesures physiques telles que la détermination de la turbidité en gouttes de mastic, de la résistivité électrique et quelques dosages tels que les titres hydrotimétriques (avec la fameuse liqueur de savon) et mesures colorimétriques visuelles. L’analyse bactériologique comportait quelques milieux de culture. On savait aussi doser quelques oligo-éléments par des méthodes purement chimiques qui impliquaient des concentrations de grands volumes d’eau : souvent plusieurs dizaines de litres. Dans ces conditions, une analyse était une véritable aventure. C’est pourtant avec de telles techniques que l’on a pu, par exemple, démontrer le rôle de l’iode par carence dans l’étiologie du goitre lié à certaines régions.

L’interprétation des analyses était un art qui dépassait largement celui du chimiste, en l’absence de normes précises. DIENERT avait défini le « sens de l’eau » :

« Faire une bonne analyse demande surtout du soin, une certaine habileté qu’on acquiert par la pratique, mais ceci ne suffit pas. Il faut s’adapter à l’ambiance de la science qu’on explore. L’interprétation des résultats, beaucoup plus délicate, exige une connaissance parfaite du milieu sur lequel on opère.

Une analyse ne sera bien interprétée que si celui auquel incombe ce soin connaît l’origine exacte des substances dont il vient de constater la présence, le nombre ou le poids. C’est là la difficulté pour ceux qui se cantonnent au laboratoire et qui n’ont pas eu l’occasion d’approfondir ce problème. L’interprétation de l’analyse d’une eau est indépendante de l’habileté manuelle de l’expérimentateur. Elle est sous la dépendance de son jugement, basé sur une longue pratique de recherches sur le terrain ou sur des constatations multiples ; le tout constituant la compétence professionnelle de celui auquel on a confié l’analyse. » (Alimentation en eau des villes, 1935).

Les appareils exhibés représentaient cette époque et n’ont pas manqué de rappeler maints souvenirs à quelques visiteurs, davantage attirés par ces évocations attendrissantes d’un passé encore proche que par les appareils ultra-modernes présentés en contraste, mais devenus courants et banals dans le domaine des eaux et que l’on ne remarque même plus dans les expositions scientifiques de physique ou de chimie, ou les exhibitions de matériel de laboratoire.

Il s'agit par exemple de la lanterne « MAZO » pour la mesure de la turbidité en gouttes de mastic en forme de vieille lanterne magique, vraie pièce de musée ; du pittoresque appareil d'AUBIN pour le dosage de l'ammoniaque, à l’aspect de pièce d'art abstrait ; du fameux pont de WHEATSTONE avec son écouteur téléphonique pour la mesure de la résistivité électrique. Les colorimètres visuels pourraient constituer une véritable collection avec leurs séries de disques colorés évoquant les dosages du fer, du chlore ou la mesure du pH. La vieille burette hydrotimétrique évoquait les joies du titrage à la « liqueur de savon », impliquant chaque fois la difficile décision : mousse persistante ou pas ? « Après chaque addition de savon, on agite pendant dix secondes, puis, après lui avoir imprimé un mouvement de rotation, on donne un choc brusque au flacon, ordinairement en le frappant sur la cuisse de l’opérateur » (DIENERT, déjà cité).

Sur le plan des conditions de travail, ces méthodes d’analyses étaient caractérisées par leur répétitivité et les séries d'analyses devenaient vite fastidieuses ; d'où d'inévitables risques d’erreurs par étourderie ou manque de concentration. Aussi, un bon analyste devait-il être astreint à une certaine discipline et acquérir un jugement efficace : dans le cas d'analyses périodiques effectuées à intervalles réguliers, la bonne méthode consistait à exécuter une analyse en conservant sous les yeux les analyses précédentes ; on constatait alors : soit une certaine constance des résultats, soit, en cas d’écarts, les variations des divers paramètres devaient être cohérentes. Ce genre d'appréciations était quelque peu subjectif, mais il faisait précisément appel « au sens de l'eau » et au simple bon sens.

Les analyses dites « complètes » étaient plus faciles à vérifier : on pouvait faire (et l'on fait toujours) la fameuse « balance anions-cations » dont le calcul provoque toujours un petit moment d’angoisse ! Nos anciens appréciaient aussi les multiples formules de vérification basées essentiellement sur la comparaison entre la mesure de la résistivité électrique et son calcul à partir des éléments dosés.

Par contre, les éléments en très faibles concentrations et les oligo-éléments que l'on savait déjà doser échappaient à ce genre de vérifications. Nous y reviendrons à propos des méthodes modernes d’analyse.

LES TECHNOLOGIES ACTUELLES

Aujourd’hui, l'évolution du contrôle des eaux se traduit par deux tendances :

1° L'automatisation des analyses.

Un petit nombre seulement de paramètres peuvent être actuellement mesurés automatiquement et en continu par des appareils type « MONITOR », susceptibles d'être installés dans la nature. Leur intérêt réside dans le contrôle de la pollution et la détection d'une pollution accidentelle, avec couplage, en général, avec un dispositif d’alarme biologique de type « test-poisson ».

Par contre, tous les paramètres classiques des eaux peuvent être mesurés à l'aide d'appareils de laboratoire automatiques capables, par exemple, d’effectuer plusieurs mesures simultanément à l'aide d'un échantillon de quelques millilitres seulement, à la cadence d'un échantillon toutes les deux minutes. C'est la miniaturisation du matériel qui permet de réduire le volume d’échantillon nécessaire, tout en réduisant par voie de conséquence la consommation des réactifs. Les avantages sont évidents : passage de grandes séries d’échantillons, donc augmentation de la capacité de travail du laboratoire, avec moins de place occupée et moins de personnel affecté à des tâches répétitives ; suppression des erreurs humaines et aléatoires, en particulier de celles dues au « coefficient personnel » de l’opérateur. L’appareil est généralement équipé d'une calculatrice qui tient compte des « témoins » passés en même temps que les échantillons et étalonne l'appareil afin de sortir les résultats par affichage digital et sur imprimante « en clair », en supprimant tout risque d’erreur de calcul. Sur le plan de l'amélioration des conditions de travail, l’analyseur automatique débarrasse le personnel de tâches ingrates et fastidieuses (même la laverie est supprimée, les godets à prélèvement étant à « usage unique ») et acquiert une plus grande autonomie et peut se consacrer à des tâches plus constructives : assistance technique, recherches, études, etc.

2° Détection des micro-polluants organiques et minéraux.

Des limites de sensibilité et des précisions particulièrement sévères sont nécessitées par la signification sanitaire de ces éléments et imposées par les

normes récentes relatives aux eaux d’alimentation.

Ces normes sont justifiées par le caractère indiscutablement toxique et dangereux de certains d’entre eux. Pour d'autres, cette toxicité est présumée, par exemple à l'issue de tests sur animaux de laboratoire ou autres matériaux biologiques. S’agissant de santé publique, la prudence est de règle et une présomption doit être comptée pour une certitude en attendant la confirmation ou l'infirmation d’une toxicité réelle pour l'homme, à l'issue de longues et aléatoires enquêtes épidémiologiques, par exemple.

Un certain nombre de techniques d'analyses ont été récemment développées, se trouvent parfaitement adaptées aux besoins et sont devenues des méthodes de laboratoire courantes, telles que :

• — la spectrophotométrie d’absorption atomique qui permet de détecter directement des concentrations de quelques microgrammes par litre de métaux lourds : plomb, mercure, cadmium, etc., ou de certains métalloïdes toxiques : arsenic, sélénium. L’appareil présenté au stand S.L.E.E. du salon Pollutec était un spectrophotomètre à four permettant des températures d’atomisation beaucoup plus élevées qu’en flamme classique et comportant un écran vidéo affichant, à l'aide d'un petit clavier, toutes les conditions opératoires à respecter pour chaque élément à doser, mises en mémoire par l’appareil. Ce dispositif contribue largement à éviter les erreurs humaines, donc à augmenter la fiabilité des résultats ;
• — la spectrophotométrie en phase gazeuse qui permet de séparer la plupart des polluants organiques volatils présents à des concentrations de l'ordre du nanogramme par litre et de les détecter grâce à des capteurs spécifiques (ionisation de flamme, capture d’électrons, photométrie de flamme, etc.). L’appareil présenté était équipé d'une « colonne capillaire » à pouvoir de séparation particulièrement élevé et complété par une calculatrice effectuant automatiquement les calculs complexes et fastidieux qu'entraîne le dépouillement d'un chromatogramme. Ce type de dosage s'adresse en particulier aux pesticides, hydrocarbures légers, polychlorobiphényles, etc.

• — la chromatographie liquide haute pression, qui est une méthode de choix pour détecter les composés organiques peu volatils, et en particulier les carbures aromatiques polycycliques parmi lesquels figurent de redoutables substances cancérigènes. L’appareil qui était présenté était équipé d’un détecteur UV à longueur d’onde variable.

— la spectrophotométrie infra-rouge adoptée particulièrement au dosage global des hydrocarbures aliphatiques (détermination de « l’indice d’hydrocarbures ») après extraction par un solvant approprié.

Dans ce domaine d’analyses des micropolluants où le matériel disponible a apporté des progrès spectaculaires, le problème primordial reste celui de la vérification des résultats. Bien que les appareils soient étalonnés avec des substances pures, on doit se demander si les substances des eaux naturelles, au contact d’autres substances pouvant interférer, se comportent de la même manière. La méthode classique de contrôle d’une technique d’analyse est celle dite des « ajouts dosés », mais la méthode la plus efficace est sans conteste celle des « analyses inter-laboratoires » où le même échantillon, synthétique ou naturel, est analysé par différents laboratoires et éventuellement avec des méthodes différentes. Ce genre d’opération est fort difficile à organiser, car les conditions d’échantillonnage, de transport et de conservation des échantillons distribués doivent être sans influence sur l’analyse elle-même.

Des analyses inter-laboratoires ont été organisées récemment par les Agences Financières de Bassin et par le Ministère de l’Environnement et, à l’échelon européen, par la Commission des Communautés Européennes. Il n’est pas douteux que ces opérations ne constituent d’efficaces incitations au perfectionnement des matériels et des techniques d’analyses.

Le contrôle microbiologique des eaux est resté assez traditionnel malgré des tentatives et des réalisations visant à automatiser les opérations correspondantes. Les milieux de culture classiques impliquant délai d’incubation et examen visuel conserveront certainement longtemps leur raison d’être. Certes, les milieux de culture ont été perfectionnés pour être plus sélectifs et éviter les « fausses réactions » et l’emploi des membranes filtrantes a apporté d’indéniables avantages, en particulier pour le dénombrement des germes. La microbiologie reste toutefois une technologie très manuelle, constituant un véritable rite fait d’expérience et de dextérité visant à assurer les conditions requises d’asepsie et la reproductibilité relative des résultats.

Quant aux micro-organismes des eaux naturelles (algues, crustacés, protozoaires, rotifères, crustacés, nématodes, etc.), rien ne remplace leur observation directe pour identification précise, numération et interprétation de leur présence. Le matériel nécessaire est le classique microscope et les perfectionnements récents sont d’ordre pratique. L’équipement qui était présenté était un microscope classique, mais équipé d’une caméra et d’un récepteur de télévision permettant une observation aisée, précise et beaucoup moins fatigante que l’observation directe au microscope. Ici comme pour les autres appareils illustrant le contrôle des eaux… aujourd’hui, on a voulu souligner les performances obtenues et l’amélioration des conditions de travail d’un laboratoire moderne d’hydrologie…

G. DEVILLERS.