En usine de production d’eau potable comme dans le milieu naturel, ou dans le cadre de process industriels, la mesure de turbidité s’est imposée pour contrôler la qualité de l’eau ou des fluides. Aujourd’hui mature, le marché n’en est pas moins innovant. Précision de la mesure dans le temps, étalonnage simple et sécurisé, polyvalence matérielle, disponibilité des données ou encore maintenance prédictive, autant de promesses aujourd’hui adossées à l’offre de turbidimètres. État des lieux.
Au même titre que le pH ou l’oxygène dissous, la turbidité est un indicateur essentiel de la qualité de l’eau. C’est aussi un paramètre clé pour évaluer la qualité des dispositifs de traitement employés dans les usines de production d’eau potable, et les ajuster au besoin. « Sur le cycle eau potable, qui dit turbidité dit trouble de l’eau mais aussi altération du goût, voire odeurs désagréables, rappelle Laura Greder, cheffe de marché Environnement chez Endress+Hauser. Sa valeur comme le principe de mesure font l’objet d’une réglementation et d’une norme ISO depuis 2007 ». Côté principe de mesure, la norme ISO 7027 impose la néphélométrie. Les turbidités mesurées sont alors exprimées en unités de turbidité néphélométriques (NTU) ou FNU (Nephelometric formazin unit), et généralement comprises entre 0,05 NTU et 400 NTU. En sortie d’usine de production, cette valeur ne doit pas dépasser 1 NTU et la référence est fixée à 0,5 NTU ou moins.
Le capteur Turbimax CUS52D détecte les pertes matières par mesure d’absorption des liquides (Lumière visible/proche infrarouge). La version en plastique est conçue pour une utilisation dans des liquides corrosifs ou dans l’eau salée.
Proposées par Aquacontrol pour des installations en immersion ou en ligne, les sondes 4/20 mA à deux fils sortie en série RS 485 mesurent de faibles taux de turbidité par la méthode néphélométrique. L'interface en série permet la transmission de la mesure de turbidité et du signal de contrôle, le choix de l'échelle de mesure, du mode opérationnel analogique ou numérique, l'étalonnage à partir du zéro et le réglage de la sensibilité par les commandes de l'HyperTerminal d'un PC. La sortie 4/20 mA isolée permet la connexion directe de la sonde à un PLC ou à un enregistreur de données.
La mesure se précise
« Cette mesure néphélométrique doit obligatoirement être réalisée en infrarouge, pour limiter l’incidence de la couleur sur la mesure de turbidité. L’angle de mesure de la lumière émise doit en outre être de 90°. Son intensité sera plus ou moins importante en fonction du nombre de particules dans l’eau, explique Philippe Ménard, Sales Manager chez Hach Lange. Autant de contraintes qui limitent l’innovation ».
D’importantes évolutions ont tout de même été réalisées ces dernières années. Chez Hach, le TU5300 capte en effet le rayonnement diffus à 90° sur le plan horizontal mais dispose également d’une technologie brevetée pour le mesurer sur un angle de 360°. « L’appareil perçoit ainsi plus de lumière que nos concurrents en respectant la norme, assure Philippe Ménard. Cela permet de mesurer des valeurs de turbidité extrêmement faibles, au milliNTU près. Une précision à faible niveau très importante lorsqu’on parle d’eau potable ».
Le système OPTISYS TUR 1060 de Krohne dispose d’un enregistreur de données intégré pour l’enregistrement des résultats de mesure et des quatre derniers étalonnages jusqu’à un an, en fonction de l’intervalle d’enregistrement sélectionné, entre 1...60 minutes.
Le nouveau système d’analyse OPTISYS TUR 1060 de Krohne, qui utilise aussi la lumière dispersée à 90°, comporte une sortie signal 4...20 mA et un dispositif de communication Modbus RS485. Grâce à sa source de lumière de longue durée et au nettoyage à ultrasons automatique de la cuvette de mesure, l’OPTISYS TUR 1060 réduit les besoins de maintenance et offre une grande stabilité dans le temps en limitant les temps d’arrêt au minimum.
Les capteurs Moniturb-FS d’Anael utilisent les 2 principes de lumière dispersée à 12° et à 90. Ils peuvent être installés dans presque tous les types de tuyauterie et disposent d’une option « cleaning jet » qui permet un nettoyage des fenêtres de mesure à intervalles réguliers.
Grâce à la technologie de détection à 360° par 90°, le turbidimètres de la série TU5
de Hach garantit une précision en valeur basse et une sensibilité optimales.
Chez Xylem Analytics France, le Turb 2120 conforme à la norme EN ISO 7027 donne des mesures fiables grâce à un piège à bulles intégré et à un nettoyage par ultrasons.
Chez Endress+Hauser, le capteur Turbimax CUS52D est l’un des seuls du marché à être certifié ACS (Attestation de conformité sanitaire). « Une innovation qui permet de l’installer directement dans la conduite, et non en dérivation, pour mesurer en ligne la qualité de l’eau distribuée aux clients. Aucun litre d’eau n’est donc perdu dans le procédé de mesure », souligne Matthieu Bauer, Team leader Marketing Environnement-Energie du fabricant.
D’autres efforts notables ont été faits pour assurer la précision de la mesure. De plus en plus d’analyseurs sont ainsi équipés de système d’élimination des bulles d’air, susceptibles de réfléchir la lumière et de perturber la valeur de turbidité mesurée. C’est notamment le cas du turbidimètre Aqua Clear Orion™. « Orion a développé une sorte d’avant-chambre qui assure le dégazage de l’échantillon d’eau avant sa mesure optique », explique Yann Bouvier, fondateur et gérant de Trace Analysis. Chez Aqualabo aussi, la chambre de mesure S200TUR des capteurs Sopratec dispose d’une technologie de dégazage. « Elle dispose en parallèle d’un nettoyage par ultrasons permettant d’éviter l’encrassement de la cellule de mesure », précise Séverine Goulette, Marketing Manager chez Aqualabo.
Le capteur NTU commercialisé par Aqualabo se connecte à tout type d’enregistreur, transmetteur ou automate doté d’une entrée Modbus RS-485.
De son côté, Hach a travaillé à une simplification et une sécurisation des étalonnages. La norme ISO 7027 impose d’étalonner les appareils avec de la formazine, une substance réputée cancérigène. « Nous avons développé des kits sécurisés, avec des fioles de formazine scellées et calibrées d’une durée de vie de 18 mois et utilisables aussi bien sur les spectromètres de laboratoire que nos turbidimètres de process. Il suffit d’insérer le « bâton de formazine » dans le TU5300 pour qu’il s’étalonne. Une vraie révolution ! », affirme Philippe Ménard.
Le turbidimètre de laboratoire Hanna Instruments HI83414-02, muni d’un écran graphique ergonomique et d’une interface utilisateur avancée, affiche outre les résultats, des messages en langage clair accompagnant l’utilisateur à toute étape opératoire et une fonction BPL (Bonnes Pratiques de Laboratoire) qui mémorise les données d’étalonnage.
L’utilisation d’une source infrarouge rend le Turbiggo de Datalink Instruments très peu sensible à la couleur de l’eau analysée. L’appareil est particulièrement adapté à l’eau potable du fait de sa grande sensibilité ainsi qu’aux eaux de surface et eaux usées jusqu’à 1000 FNU.
De son côté, le Turbiggo de Datalink Instruments intègre de série un calculateur assurant la supervision des fonctions de mesure. Les résultats sont enregistrables en mémoire statique à la façon d’un datalogger (capacité de stockage jusqu’à 10.000 mesures). Les données enregistrées peuvent être transférées sur un ordinateur à l’aide du port de communication dédié (RS232 ou RS485).
L’appareil permet l’interprétation des mesures dans l’unité la mieux adaptée à son exploitation : FNU ou mg/l M.E.S. L’appareil peut être équipé d’un système de nettoyage automatique par injection d’une solution d’acide, pour lui assurer une totale autonomie de fonctionnement durant de longue période de mesures et d’une mesure conjointe d’oxygène dissous par sonde optique.
TMR propose la sonde de turbidité ST-730 de Pyxis conçue pour surveiller la turbidité pour des valeurs très faibles et très élevées ( jusqu’à 10.000 NTU). De conception compacte, similaire à une sonde de pH industrielle, elle dispose d’une double longueur d'onde: diffusion à 90 ° à la fois avec LED et LED IR pour obtenir des lectures plus fiables et plus précises dans les systèmes à flux complexes. Interfacée avec l'adaptateur sans fil Pyxis MA-WB pour l'accès Bluetooth via l'application Pyxis, elle génère des diagnostics de sonde et un étalonnage par smartphone et ordinateur portable.
Des appareils polyvalents
La turbidité est un facteur important dans la qualité de l'eau potable et de l'eau de traitement car elle fournit une indication simple de la contamination bactérienne qui peut être attribuée aux solides en suspension. C'est dans cet esprit que WTW a créé les turbidimètres de laboratoire Turb® de la série 750. Ils sont disponibles avec une source de lumière infrarouge (IR) ou blanche au tungstène, et avec une plage de mesure de 0 à 1.100 FNU/NTU. Ils sont conformes aux dernières directives pour l'analyse de l'eau potable selon la norme DIN EN 27027 et US EPA 180.1 et répondent à la demande des laboratoires et des utilisateurs industriels pour une mesure de turbidité soutenue par l'AQA.
Les signaux de sortie Modbus des sondes Aqua Troll permettent d’être connectée à la plupart des systèmes de télémétrie (PLC / SCADA) et automates pour un suivi à distance.
Une valeur de sortie "stable" dans la mesure de la turbidité ne signifie pas toujours un résultat correct en raison des particules en suspension qui se déplacent. Grâce au contrôle intelligent de reproductibilité et de plausibilité (IRPC), le Turb® 750 calcule une expérience multiple en utilisant des flacons correctement alignés, des normes d'étalonnage précises et des optiques de haute qualité pour éliminer les valeurs aberrantes, ce qui permet d'obtenir un résultat à la fois très stable et plausible. Ces appareils servent aussi de référence aux appareils de mesure de turbidité en ligne, dans les stations d'eau potable.
Si l’eau potable reste le domaine d’application le plus courant pour la mesure de turbidité, bien d’autres secteurs peuvent en bénéficier : la surveillance des entrées d’eau de mer dans les usines de dessalement, celle des sorties dans les stations d’épuration, le suivi de la qualité des eaux de rivière ou lors de chantiers de dragage, la détection de pertes de produits dans l’industrie, comme dans les laiteries, ou encore le contrôle des circuits d’eau primaires des réacteurs nucléaires.
La sonde Aquacontrol dispose d’un dispositif pour auto-nettoyage par air comprimé (TU 8325).
Trace Analysis distribue par exemple un turbidimètre développé par la société américaine Custom Sensor & Technology à base de fibre optique. « La sonde in situ de mesure ou la cuve à circulation d’extraction est placée dans le flux d’échantillon sensible, potentiellement contaminant ou explosif et connectée par fibre optique au module émetteur électronique situé à l’extérieur, en« zone sèche. L’émetteur comprend un écran tactile, des alarmes de diagnostic, une communication analogique/numérique et un moyen optique de référencement continu », explique Yann Bouvier.
Swan propose le turbimètre sans contact AMI Turbiwell. Sa chambre de mesure thermostatisée a été spécialement conçue pour éviter la condensation sur les composants optique et maitriser les prises d’eau potable, d’eau de surface, ou d’effluents. En présence de bulles d'air, un module de dégazage automatique permet d'évaluer correctement la mesure.
Endress+Hauser a également étoffé sa gamme avec une version plastique de son capteur Turbimax CUS52D. « Un matériau qui permet d’analyser la turbidité de fluides plus agressifs, voire corrosifs, comme l’eau de mer », précise Laura Greder.
Le turbidimètre CTM-PX2, capteur séparé via fibre optique distribué par Trace Analysis, constitue une avancée technologique dans le domaine des technologies de mesure.
Le fabricant proposait déjà deux autres capteurs : le Turbimax CUS51D, doté d’un deuxième angle de mesure à 135° (en plus de celui à 90°), plus adapté à des eaux troublées par des particules chargées ou de grosses tailles ; et le Turbimax CUS50D, capable de mesurer l’absorbance à 180°. Il s’agit ici de mesurer un trouble de l’eau caractérisé plutôt par des pertes de matières, comme le lait dans l’industrie agroalimentaire.
Le turbimètre sans contact AMI Turbiwell ne nécessite aucune opération de maintenance. La vidange de la chambre de débordement est purgée automatiquement.
Pour mesurer la turbidité en immersion dans le milieu, Anhydre propose la sonde NEP 5000 qui offre deux techniques de mesure optique à 90° ou à 180°. Chaque sonde est livrée calibrée d'usine sur 3 gammes et est dotée d'une fonction de commutation automatique qui assure une grande précision de mesure. La NEP 5000 complète ses prestations par des options d'habillage (ex : corps inox, titane, cuivre contre la colonisation biologique), des options fonctionnelles (nettoyage automatique par racleur tournant, sortie par câble ou connecteur submersible). Les sorties analogique U/I et numériques RS-485, SDI-12 sont accessibles et paramétrables par l'utilisateur en fonction des besoins de l'équipement associé : gestion centralisée, centrale d'acquisition & transmission…. Une version compacte peut être associée à un smartphone au travers d'une liaison sans fil.
La sonde NEP 5000 offre deux techniques de mesure optique : à 90° (gammes 0 à 10 NTU/0 à 3.000 NTU) ou à 180° (gammes 0 à 3. 000 NTU/0 à 30.000 NTU).
Pour la mesure de terrain (sols, eaux de surfaces...), les appareils de mesure de turbidité promettent de se rapprocher des mesures réalisées en laboratoire. S’ils s’appuient sur l’infrarouge et la néphélométrie, certains facteurs influencent l’analyse et doivent être sous contrôle. « C’est le cas de la lumière du jour par exemple, souligne Raphaël Peno-Mazzarino, responsable produits chez SDEC France qui a parié sur la distribution des produits de In Situ. Les sondes In Situ que nous distribuons - Aquatrol 500 et 600 - ont un capteur de turbidité dont la surface est dotée d’un dispositif de réjection de la lumière visible. Un système de double récepteur permet en outre de corriger/compenser les potentielles variations d’intensité de lumière infrarouge émise par les led selon la température ». Autre spécificité des produits In Situ, ils ne sont pas limités à la mesure de turbidité. Les sondes peuvent accueillir sur le même corps 4 capteurs interchangeables pour mesurer par exemple le pH ou le potentiel redox.
Le rejet de la lumière ambiante est une caractéristique importante du capteur
de turbidité de SDEC.
Qui dit polyvalence dit aussi possibilité d’utiliser les capteurs de turbidité de manière portable ou fixe, avec ou sans nécessité d’installer un transmetteur.
En matière d'appareils de terrain, Xylem Analytics propose à travers sa marque WTW deux systèmes : le Turb 430 IR qui par une mesure néphélométrique à 90° permet de contrôler la turbidité suivant la norme ISO 7027 dans les eaux potables et le multi-paramètre MultiLine IDS muni d'une sonde VisoTurb 900-P pour mesurer la turbidité mais aussi la conductivité, le pH… pour tous les types d'eau.
Le Turb 750 IR de WTW mesure la turbidité entre 0–1100 FNU/NTU avec une précision de l'ordre de 0,01 NTU, répondant ainsi aux exigences de la norme EN ISO 7027. Cet appareil sert de référence aux appareils de mesure de turbidité en ligne dans les stations d'eau potable.
Aqualabo commercialise plusieurs gammes de capteurs NTU dotés d’une transmission numérique MODBUS. « Ces derniers peuvent être couplés avec un transmetteur installé en poste fixe ou utilisés seuls pour s’interfacer avec un appareil portable ou un automate. Les clients ont le choix, et sans transmetteur, le coût est diminué », précise Séverine Goulette.
PCE France, Metrohm, Hanna Instruments ou S ::can proposent également des instruments de mesure pour l’environnement de pratique professionnelle, le travail sur le terrain et en laboratoire.
Mobilité des données et maintenance prédictive
Les modalités de transmission numériques sont d’ailleurs largement déployées à l’ensemble des appareils de mesure de la turbidité du marché. Au-delà de l’habituelle transmission analogique en 4-20 milliampères, les capteurs peuvent ainsi être mis en compatibilité avec plusieurs protocoles de communication comme MODBUS, DeviceNet ou encore CANopen. « Ils se transforment alors en véritables « data sticks numériques » dont les informations sont transmises à une centrale de supervision et accessibles via des portails web », estime Yann Bouvier.
Chez Endress+Hauser, le Turbimax CUS52D comme tous les autres capteurs d’analyse physico-chimique sont raccordables au transmetteur multi-paramètres Liquiline (CM44x). « Il embarque le protocole digital Memosens et permet au capteur d’être reconnu automatiquement par le transmetteur, de stocker les données dont l’étalonnage et de transmettre toutes les valeurs disponibles à un logiciel de télégestion par exemple. Ce protocole bénéficie aussi de la technologie Heartbeat qui donne l’état de fonctionnement du capteur, la valeur de température mini et maxi, ou encore le numéro de série du capteur », ajoute Matthieu Bauer.
TMR distribue et installe sur ses panoplies les capteurs de turbidité Pyxis pour de larges applications en traitement des eaux potables, industrielles et usées, et ce, dans des conditions qui peuvent être très sévères en température, pression et encrassement.
Devenus intelligents, les sondes et capteurs de turbidité permettent ainsi d’avoir les informations à disposition tout le temps et depuis n’importe quel appareil connecté. De quoi gagner en réactivité en cas de problème, mais surtout s’appuyer sur les données collectées pour assurer une maintenance prédictive. Ce que valorise Hach avec son service MSM Claros. « Nous récupérons différents signaux de fonctionnement de nos capteurs. Lorsqu’un signal varie, nous envoyons à l’exploitant des conseils de maintenance sur mesure, en lui indiquant de changer de filtre par exemple, détaille Philippe Ménard. MSM c’est donc une sorte de super carnet d’entretien qui évite aux exploitants d’être dans l’urgence ».
Régie par des normes strictes, l’analyse de la turbidité n’en avance donc pas moins avec son temps, en offrant toujours plus de précision et de simplicité d’usage aux acteurs s’appuyant sur cette mesure critique.
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