Pourquoi et comment mesurer le chlore actif ?
Lorsque la SAGEP a rénové son centre de contrôle et de commande afin d’améliorer la maîtrise de l'approvisionnement et de la distribution de l'eau aux Parisiens, elle s’est réinterrogée sur les raisons pour lesquelles les producteurs et distributeurs d’eau contrôlent mieux les débits et les pressions que la qualité de l'eau distribuée.
Cette interrogation a été le démarrage d’un programme de recherche sur quatre ans mené en commun par la SAGEP et la Lyonnaise des Eaux.
L'objectif était de développer un micro-capteur pouvant être directement introduit dans les conduites, mesurant un paramètre significatif de la qualité de l’eau et ne nécessitant pas d’entretien.
L'analyseur Chlorscan issu de ce programme de recherche mesure directement le chlore actif ainsi que le dioxyde de chlore dans l'eau. Le chlore est aujourd'hui, et vraisemblablement pour longtemps encore, le désinfectant le plus utilisé pour l’eau potable. Son pouvoir désinfectant est dû en priorité à la molécule HOCl (chlore actif) ou ClO₂ (dans le cas du traitement au dioxyde de chlore) qui tue ou neutralise rapidement l'essentiel des pathogènes, c’est-à-dire bactéries, virus, parasites… lesquels présentent un danger pour la santé publique.
Les autres espèces actives du chlore dans l'eau (l'ion OCl⁻ et la monochloramine NH₂Cl) ont un pouvoir désinfectant 100 à 10.000 fois moins important. Concrètement, cela signifie qu'une eau dans laquelle il n’y aurait pas de chlore actif (HOCl) ou de dioxyde de chlore (ClO₂) nécessiterait des réservoirs de contact beaucoup plus importants (100 à 10.000 fois plus volumineux) pour garantir une désinfection suffisante par rapport à une eau qui contiendrait la même concentration en chlore actif et pendant un même temps de contact.
C'est la raison pour laquelle les normes de piscine exigent 0,4 à 1,4 mg/l de chlore actif dans l’eau. Dans le domaine de l'eau potable, le choix de cette concentration est laissé au choix du producteur et distributeur d'eau qui agit selon la qualité locale de l'eau et des résultats de laboratoire. À Paris, la désinfection finale est effectuée à l'eau de Javel.
Des rumeurs ont couru ces dernières années sur les faibles risques cancérigènes à long terme du chlore dans l'eau. Les études statistiques à travers le monde ont pu mettre en évidence ce risque dans une ville américaine qui chlorait très fortement une eau de qualité médiocre. Il a pu être mis en évidence que cette eau, à forte teneur en matière organique, conduisait à la formation de composés organochlorés sous l'action du chlore. C’est la raison pour laquelle les producteurs d’eau en France ont supprimé la préchloration dans leurs filières de traitement pour ne chlorer que des eaux qui ont déjà atteint un niveau de qualité d'eau
[Photo : Figure 1 - Montage sur conduite en charge]
potable et éviter aussi la formation de tels composés. À l'inverse, en 1994 le Pérou a fait la tragique expérience d’une épidémie de choléra après avoir réduit la chloration de l'eau à cause de ce risque cancérigène. C'est pourquoi, la conclusion des spécialistes de l'hygiène de l'eau réunis à Paris lors d'un séminaire sur ce thème organisé par la SAGEP le 20 mars 1996, a montré la nécessité de ne jamais réduire la désinfection finale de l'eau au profit de la garantie vis à vis d’un risque à long terme.
La désinfection au chlore reste donc une nécessité dans la plupart des cas et le développement des moyens de mesure et de contrôle un objectif très important et même obligatoire depuis les lois sur l'eau potable de 1992. L’analyseur Chlorscan-SAGEP convient tout à fait à la mesure et donc au contrôle de la qualité de l'eau.
Le fonctionnement de l’analyseur
Après 18 mois d'observation en situation d’exploitation normale tant pour les besoins internes de la SAGEP que ceux des divers clients, des perfectionnements ont pu être apportés qui permettent aujourd'hui d'offrir un capteur de qualité, fiable, dont la maintenance se réduit au remplacement de la micro-cellule 1 à 2 fois par an.
L'expérience a permis de constater tout particulièrement l'intérêt de cet analyseur pour la surveillance de la qualité de l'eau dans les réseaux de distribution du fait qu'il ne nécessite aucune adjonction de réactif ou de réétalonnage pendant sa durée de vie.
Le faible taux de chlore actif que l'on mesure dans les réseaux de distribution montre qu’un très bon réglage du zéro du capteur et une très grande sensibilité de la mesure (0,01 ppm) sont deux caractéristiques essentielles pour ce type de surveillance. C'est tout le soin qui a été porté dans la conception électronique de l’analyseur.
Les utilisations en contrôle ou en régulation sont nombreuses, tant en sortie d’usines qu’en sortie de réservoirs. Là aussi l'analyseur se comporte de façon très satisfaisante, y compris à proximité de pompes de fortes puissances (400 kW). Des mesures fiables peuvent être obtenues jusqu’à 5 ppm de chlore actif.
Les utilisations en piscine donnent également satisfaction ; le capteur se comportant très bien dans de l’eau à plus de 30 °C.
L’analyseur Chlorscan-SAGEP est donc parfaitement adapté à la mesure du taux de chlore actif (HClO) et du dioxyde de chlore (ClO₂) pour les très faibles concentrations (0,01 ppm) comme pour les valeurs plus élevées (jusqu’à 5 ppm) et ce pour des températures variant de 0 °C à plus de 30 °C. Cet analyseur ne nécessite ni réactif, ni réétalonnage par l'utilisateur. Il n’a pas d'interférence avec les oxydants et halogènes rencontrés dans l'eau, excepté l'ozone qui détruit le capteur très rapidement. Enfin, il a été constaté une très faible interférence avec la trichloramine.
Les modes de pose de l’analyseur
- – La mesure directe dans la canalisation en charge :
Le porte-sonde se fixe simplement sur un bossage ou un collier de prise. Ce montage du micro-capteur assure une mesure dans la masse de l’eau et évite ainsi les pertes de chlore par les éléments réducteurs des tuyaux assurant la dérivation.
- – La mesure en dérivation classique :
Cette utilisation est adaptée pour les mesures sur tuyauteries de petits diamètres et pour les utilisateurs habitués au montage des analyseurs classiques.
[Photo : Figure 2 - Installation sur conduite en charge]
La gestion des analyses
L’intégration dans une GTC :
En de multiples points caractérisés d'un réseau de distribution, les mesures en temps réel pour des concentrations en chlore actif pouvant atteindre 0,02 ppm sont centralisées et mémorisées.
La Figure 4 est un zoom du réseau ouest parisien à la sortie du réservoir de Saint-Cloud.
Le coffret de télégestion
Cet équipement est destiné à transmettre à distance, au moyen d'une ligne téléphonique, la concentration en chlore actif contenue dans les réseaux de distribution d’eau potable.
Le coffret polyester IP 55 couleur RAL 5012 est équipé de deux compartiments. Les dimensions du coffret sont les suivantes : H 600 mm, P 250 mm, L 600 mm.
Le compartiment électrique comprend :
- – l’alimentation 220 V / 24 VCC,
- – le châssis support,
- – les distributions d’alimentation,
- – l'automate Napac TBS light comprenant une entrée analogique, 1 entrée TOR et 1 sortie TOR,
- – l’isolateur galvanique de boucle,
- – le boîtier convertisseur de l’analyseur Chlorscan-SAGEP.
[Photo : Figure 3 - Support de capteur de chlore]
- - l'alimentation de la boucle 4-20 mA,
- - les bornes de raccordement,
- - le voyant « présence tension »,
- - les presse-étoupes,
- - le câblage et raccordement,
- - la porte et la serrure de fermeture.
Le compartiment hydraulique comprend :
- - le porte-sonde PVC gris en tube transparent équipé du filtre et diaphragme,
- - l'analyseur Chlorscan-SAGEP et les cordons de liaisons au boîtier électronique,
- - les tubes en Rilsan pour l'arrivée et le retour d'eau,
- - les traversées de cloison pour permettre les raccordements avec le réseau.
[Photo : Figure 4 - Le réseau Ouest parisien à la sortie du réservoir de Saint-Cloud]
Le pilotage d'équipement de décharge automatique de réseau par manque de chlore actif
Il s’agit d’une application de l’analyseur de chlore actif Chlorscan-SAGEP. Le but est d'assurer en permanence un résiduel de chlore actif dans un tronçon identifié du réseau de distribution d’eau potable en installant une dérivation reliée par ailleurs à la décharge des eaux usées existante.
Ce procédé évite les décharges manuelles coûteuses effectuées souvent préventivement.
L'appareil garantit, en revanche, un fonctionnement automatique de décharge grâce au contrôle en continu du résiduel de chlore actif, paramètre nécessaire à la protection bactériologique de l'eau.
Composition de l'ensemble
La manchette
Cette dérivation entre brides est composée d'un tuyau acier équipé d’une électrovanne bi-stable en DN 40. Deux piquages servent à prélever le débit d’eau nécessaire à l’analyseur de chlore.
Le coffret
Le compartiment hydraulique contient l’analyseur de chlore Chlorscan-SAGEP inséré dans son porte-sonde. Le compartiment électrique étanche contient les alimentations et protections des appareillages, le boîtier électronique, les relais de commande de l’électrovanne et l’automate programmé disposant d’une connexion à une ligne téléphonique.
Le coffret a été spécialement étudié pour être installé verticalement sur cloison ou portique mais aussi horizontalement. Ses dimensions réduites permettent un passage dans les tampons de chaussées de diamètre 800 mm.
Principe de fonctionnement
L'automate programmé contrôle en permanence le signal 4-20 mA délivré par l’analyseur. Ce signal est comparé aux seuils limites configurés dans le logiciel en fonction du réseau et des besoins.
Réglage des seuils limites
- - Le seuil bas témoigne de l’absence de chlore actif.
- - Le seuil haut témoigne d’un excès de chlore et donc un dysfonctionnement de la station d’injection de chlore.
Mode de fonctionnement
Dès lors que la valeur du résiduel sort de la plage de fonctionnement correcte, l’automate lance une temporisation destinée à couvrir les phénomènes transitoires. Au-delà de cette attente, l'automate envoie directement un appel sur la ligne téléphonique (n° d’appel à configurer).
L'exploitant peut, au moyen d’un Minitel, décider d’effectuer à distance la manœuvre d’ouverture de l’électrovanne de décharge.
Il est possible également de visualiser, historiser et archiver tous les événements nécessaires à l’exploitation (courbe de chlore actif, nombre de manœuvres effectuées en décharge, etc.).
[Photo : Figure 5 - Principe de raccordement. Montage sur réseau à Paris]
[Photo : légende : Analyseur Chlorscan-SAGEP]
[Photo : légende : Coffret de télégestion]
Extensions possibles
Ce dispositif permet, grâce à sa structure, d’intégrer et de gérer les extensions suivantes :
- plusieurs analyseurs reliés au même coffret pour bénéficier des avantages de la télégestion de l’automate intégré au produit,
- raccordement des équipements suivants pour compléter les conditions initiales de mise en décharge :
• pH mètre,
• turbidimètre (seuil maxi admissible),
• débitmètre (débit mini ou nul pendant un temps donné).
Spécifications techniques
Manchette :
- DN 40 mm, acier,
- longueur 37 cm,
- électrovanne bi-stable, faible consommation,
- clapet.
Coffret :
- 60 cm x 60 cm x 25 cm,
- pose verticale ou horizontale,
- étanchéité IP65,
- automate programmé, seuils de fonctionnement et d’alerte paramétrables,
- consultable à distance,
- appel automatique aux seuils d’alerte,
- analyseur de chlore actif HClO,
- alimentation : 24 V CC (option : 220 V CA),
- consommation : 850 mA.
L’alimentation par panneaux solaires est en cours de développement.
[Photo : légende : Coffret de mise en décharge]
[Photo : légende : Valise expert]
La mallette de diagnostic et d’expertise
Grâce à la mesure directe et instantanée sur site, la valise expert permet :
• une connaissance immédiate du résiduel de chlore actif, en tout point du réseau,
• l’identification des points sensibles jusqu’au robinet de l’usager.
La valeur du résiduel de chlore actif est lue directement sur l’indicateur numérique. Le signal 4-20 mA permet l’enregistrement ou la transmission à distance de la mesure. L’alimentation électrique est en 220 volts (14 Volts en option). Le poids de l’équipement est de 10 kg.
Conclusion
Les premiers clients-exploitants de l’analyseur Chlorscan-SAGEP ont constaté que les solutions apportées leur permettent, mieux qu’un remplacement d’appareils existants, une instrumentation plus économique généralisable à l’ensemble de leurs réseaux de distribution d’eau potable.
