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Turbidité : des appareils toujours plus précis et plus faciles à entretenir
Emilie Tran Phong de TECHNOSCOPE 31 mai 2018 Paru dans N°412 - à la page 47

La turbidité est devenue un indicateur de qualité incontournable, tant en eau potable qu’en eaux usées. De plus en plus de stations de traitement surveillent ce paramètre en continu. Une tendance que les fabricants de turbidimètres ont intégrée. C’est pourquoi, ils rivalisent de brevets pour se démarquer.

La turbidité correspond à une réduction de la transparence d’un liquide liée à la présence de matières non dissoutes. Il est essentiel de maîtriser ce paramètre en eau potable, où les particules en suspension sont susceptibles de véhiculer des bactéries, mais aussi en eaux usées, pour vérifier que le processus d’épuration est efficace. 

La sonde Turbimax CUS52D d’Endress+Hauser, parce qu’elle a reçu l’attestation de conformité sanitaire (ACS), peut être plongée directement dans l’eau potable, sans qu’il soit nécessaire de faire dériver un échantillon d’eau jusqu’à elle.

Des contrôles ponctuels sont réalisés en laboratoire. 

Mais cela suffit de moins en moins à rassurer les exploitants, qui préfèrent avoir la garantie d’une qualité constante. Les grosses usines de traitement surveillent donc cet indicateur en continu, et les petites régies commencent à faire de même. Des turbidimètres sont placés en sortie d’usine, de manière à détecter rapidement la moindre anomalie. On en trouve aussi à l’entrée, pour que les opérateurs puissent anticiper les pics de turbidité et adapter les doses de réactifs et les process en fonction des données recueillies. De même, installés autour des filtres, ils aident, en cas de problème, à localiser la défaillance dans le circuit.

Le capteur miniaturisé de mesure de turbidité de Bürkert est conçu pour fonctionner sur la backplane fluidique dans le système d’analyse en ligne Type 8905. Il contient un capteur optique conforme à la norme DIN EN ISO 7027 ou à la méthode 180.1 de l’EPA.

Les fabricants de turbidimètres en ligne sont nombreux : AMS Alliance, Aquacontrol, Bionef, EFS Environnement, Endress+Hauser, Hach, Horiba, Krohne, S::can, Proanatec, Sigrist, Swan, Thermo Fisher, Xylem Analytics, etc. Leurs appareils fonctionnent tous suivant le même principe, arrêté par la norme ISO 7027 : un faisceau lumineux est envoyé dans le liquide, tandis qu’un capteur mesure la quantité de rayonnements réfléchis par les particules en suspension à un angle de 90°. Selon les marques, cette mesure, dite néphélométrique, s’exprime en FNU (Formazin Nephelometric Unit) ou en NTU (Nephelometric Turbidity Unit), mais les deux unités sont équivalentes. La différence entre les différents modèles disponibles se fait surtout au niveau des innovations apportées en termes d’installation et de maintenance.


Kits prêts à l’emploi et étalonnages express

Dans la plupart des cas, tous les éléments nécessaires au bon fonctionnement du turbidimètre (chambre de mesure, sondes, analyseur, etc.) sont prémontés sur un panneau. Ainsi, au moment de l’installation, il n’y a plus besoin de se soucier de leur positionnement respectif. Concernant l’étalonnage, il n’est plus nécessaire de travailler avec des échantillons référents de formazine, comme c’était le cas jusqu’ici.

Chambre de mesure, dégazeur, analyseur… Toutes les pièces nécessaires au fonctionnement du turbidimètre sans contact AMI Turbiwell de Swan sont prémontées sur un panneau, pour en faciliter l’installation en dérivation.

Pour éviter aux exploitants de manipuler ce liquide instable et toxique, les fabricants proposent désormais des étalons secondaires solides, en verre, présentant les mêmes propriétés optiques mais moins de risques. Des fabricants, comme Sigrist, ont même automatisé cette opération : un robot se charge régulièrement de placer l’étalon devant l’optique, pour vérifier qu’il n’y a pas de dérive.

Sur les turbidimètres à jet libre AquaScat de Sigrist, l’étalonnage est automatisé.
À une fréquence programmée, un bras motorisé vient positionner un étalon solide devant l’optique, sans gêner ni interrompre l’écoulement de l’eau.

Eau potable : mesurer sans dériver

Certains modèles permettent en outre de limiter la consommation d’eau nécessaire à la mesure. C’est le cas du Turbimax CUS52D, fabriqué par Endress+Hauser, seul turbidimètre à avoir reçu l’attestation de conformité sanitaire (ACS) qui permet à ses sondes d’être directement piquées dans une canalisation d’eau potable. « Habituellement, les appareils fonctionnent en dérivation. Il faut prélever de l’eau dans le circuit et la faire passer dans une chambre de mesure. Ensuite, on rejette cet échantillon dans les boues ou la nature, explique Aurélia Genet, chef de marché environnement chez Endress+Hauser. Notre appareil évite cela ».

La plate-forme de mesure TU5 de Hach propose trois instruments différents : un pour les mesures en laboratoire et deux pour les mesures en ligne. Le TU5200 s’utilise en laboratoire. Les modèles TU5300 et TU5400 sont conçus pour prendre des mesures en continu.

Bien sûr, un montage en dérivation avec chambre de passage est toujours possible, avec une faible consommation d’eau de 10L/h.

De même, la multiprobe d’EFS permet une insertion directe dans la canalisation sans perte de charge et mesure la turbidité avec une précision de 0,05 NTU. En plus de la turbidité, elle mesure 10 autres paramètres. Cette sonde est autonome et directement communicante ce qui lui permet d’être installée n’importe où dans le réseau et ne demande aucun entretien particulier. La mesure de turbidité est auto-étalonnée et se vérifie avant chaque mesure. De plus, un balai essuie-glace évite tout dépôt ou bulle d’air sur la vitre de mesure.

Le turbidimètre sans contact Optisys TUR 1050 de Krohne dispose d’une fonction de nettoyage automatique par ultrasons, qui élimine les dépôts formés sur la paroi de la cuvette, allongeant ainsi sa périodicité d’entretien.

Si les turbidimètres de la série TU5 de Hach fonctionnent en dérivation, ils font preuve d’une précision et d’une sensibilité qui leur permettent de mesurer des eaux ultra-claires (jusqu’à 0,012 NTU) et d’y repérer d’infimes variations de turbidité (de l’ordre de 0,0005 NTU). Et cela tout en ne consommant que 10 litres d’eau par heure. « Notre technologie 90° x 360° permet de multiplier par 100 le signal lumineux reçu par le capteur, si bien que nous pouvons travailler sur un plus petit échantillon d’eau, indique Jean-Pierre Molinier, spécialiste des produits d’analyse en continu chez Hach. La mesure s’effectue dans une cuve cylindrique, éclairée par le dessous. Elle se fait toujours à 90°, mais pas en un seul point. La lumière est captée sur toute la circonférence de la cuve par un miroir, qui la concentre vers le détecteur ».

En combinant mesures à 90° et à 180°, le turbidimètre HU 200 IM de Horiba
peut fonctionner jusqu’à 4.000 NTU.

Autre innovation apportée par la série TU5 : « c’est la seule gamme du marché à proposer aux laboratoires et aux stations de traitement des appareils basés sur la même technologie, ajoute Frédéric Soumet, spécialiste des produits d’analyse en laboratoire chez Hach. Cela évite les incohérences qu’il pouvait y avoir jusqu’ici entre les deux types de résultats ».

Une mesure sans contact

Le fait que la sonde soit en contact direct avec de l’eau potable ne pose pas de problème d’encrassement. En revanche, le risque existe dans les eaux brutes ou usées, et cela peut fausser la mesure. Chaque fabricant a donc développé une solution pour se débarrasser des dépôts de saletés ou de calcaire : brosses rotatives, essuie-glaces, jets d’eau ou d’air comprimé, sondes rétractables… Chez certains, les sondes ne sont tout simplement pas en contact avec l’échantillon.

Dans le turbidimètre AMI Turbiwell de Swan, la mesure est ainsi réalisée au sein d’une chambre noire. Mais, « au lieu que cette boîte soit remplie par l’échantillon, comme c’est le cas sur les autres modèles, nous avons créé un canal laminaire qui n’occupe que le bas de la cuvette, tandis que les sondes émettrices et réceptrices sont placées au-dessus du liquide, explique Guillaume Schneider, directeur commercial chez Swan. Ce modèle est plus cher à l’achat (20 % en moyenne), car il fallait concevoir un système qui respecte l’obligation de mesure à 90°, alors que le signal lumineux est diffracté quand il entre et sort de l’eau. Il fallait aussi mettre au point un appareil qui ne consomme que 10 litres d’eau par heure tout en conservant une bonne précision. Néanmoins, le surcoût est rapidement compensé par les économies de maintenance ».

Anton Paar fournit désormais une solution pour la mesure de la turbidité dans les liquides, le module de mesure de turbidité HazeQC ME, dans le cadre d’un système de mesure modulaire (combinaison de plusieurs instruments). La méthode ratio approuvée avec mesure sur trois angles (transmission 0°, lumière dispersée à 25° et 90°) est utilisée pour prévenir l’influence de la taille des particules sur la valeur de turbidité. La mesure est effectuée à une longueur d’onde de 650 nm ±30 nm (conforme à MEBAK et EBC) dans une cellule avec température régulée.

Le capteur de l’Optisys TUR 1050 de Krohne, lui, réalise la mesure à travers une cuvette en verre. S’il est ainsi protégé de la saleté, des dépôts peuvent se former sur la paroi de la cuvette, notamment en cas d’eaux très chargées. Pour que l’appareil puisse supporter des pics allant jusqu’à 1.000 NTU, « nous l’avons donc équipé d’un dispositif de nettoyage par ultrasons, qui élimine ces dépôts, sans risquer de rayer le verre », précise Damien Jacquier, responsable de la division Eau chez Krohne.

Les modèles AquaScat de Sigrist sont aussi sans contact, mais ils reposent sur une autre technologie, dite à jet libre. « L’échantillon d’eau tombe en chute libre et la mesure se fait à travers cette colonne de liquide, explique Christophe Barbier, chef de produits Instrumentation chez Siemens, distributeur exclusif de la marque en France. Il n’y a pas de paroi et les sondes ne sont pas en contact avec le liquide. Il n’y a donc aucun problème de salissures ».

Plongée dans les eaux usées

Dans les bassins d’eaux usées ou les canaux ouverts, il reste bien moins coûteux de plonger directement les sondes dans le liquide au bout d’une canne. À condition, bien sûr, d’utiliser un appareil adapté, répondant à la norme d’étanchéité IP68, et capable de percevoir de fortes turbidités (jusqu’à 4.000 NTU). C’est le cas du Turbimax CUS51D d’Endress+Hauser, de l’Optisens 2000 de Krohne, ou encore du modèle HU-200-IM fabriqué par Horiba. Comme la lumière passe difficilement dans des eaux très turbides, ce dernier associe au capteur placé à 90° un autre à 180°, qui mesure l’absorption directe du rayonnement par les matières en suspension, c’est-à-dire son atténuation. « Cela permet de travailler sur des boues ayant une turbidité supérieure à 2.000 NTU, et ce jusqu’à 4.000 NTU », indique Jean-Clair Ballot, responsable du département Process & Environnement chez Horiba France.