La turbidité de l’eau est une propriété optique qui fait que la lumière est dispersée et absorbée, plutôt que transmise.
La turbidité de l’eau est une propriété optique qui fait que la lumière est dispersée et absorbée, plutôt que transmise. La diffusion de la lumière qui traverse un liquide est principalement causée par les solides en suspension. Plus la turbidité est élevée, plus la quantité de lumière diffusée est importante. Même un fluide très pur dispersera la lumière jusqu’à un certain degré ; aucune solution n’aura de turbidité nulle.
Il existe différentes normes de mesure utilisées en fonction des applications, et avec ces normes sont appliquées des unités. La norme ISO a adopté la FNU (Formazine Nephelometric Unit) tandis que l’EPA utilise la NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Les autres unités comprennent le JTU (Jackson Turbidity Unit), le FTU (Formazine Turbidity Unit), l’EBC (European Brewery Convention Turbidity Unit) et la terre de diatomées (mg/L SiO₂).
Surveillance des approvisionnements en eau naturels
Dans l’eau naturelle, des mesures de turbidité sont prises pour évaluer la qualité générale de l’eau et sa compatibilité dans les applications où il y a des organismes aquatiques. Il a été constaté qu’il existe une forte corrélation entre la turbidité et la valeur de la DBO (Demande Biochimique en Oxygène). De plus, par définition, la turbidité obstrue la lumière, réduisant ainsi la croissance des plantes marines, des œufs et des larves, qui se trouvent généralement dans les niveaux inférieurs d’un écosystème aquatique.
Traitement des eaux usées et turbidité
Historiquement, la turbidité est l’un des principaux paramètres surveillés dans les eaux usées. En fait, le processus de surveillance et de traitement était autrefois uniquement basé sur le contrôle de la turbidité. Actuellement, la mesure de la turbidité à la fin du processus de traitement des eaux usées est nécessaire pour vérifier que les valeurs sont conformes aux normes réglementaires. De manière générale, la valeur de turbidité doit être comprise entre 0 et 50 FTU, avec une précision de ±3 FTU selon la phase du processus de traitement des eaux usées. En surveillant le niveau de turbidité, on peut déterminer si les différentes étapes du procédé, notamment dans les étapes de filtration et de purification, ont été correctement réalisées.
La solution Hanna
Il existe trois méthodes de test analytique pour la turbidité :
- ISO 7027 « Qualité de l’eau : Détermination de la turbidité »
- Méthode USEPA n° 180.1, « Turbidité »
- Eau de mer et eaux usées n°2130, « Turbidité »
Des longueurs d’onde spécifiques sont recommandées pour chaque méthode. Pour les méthodes USEPA et standard, la longueur d’onde dans la plage visible du spectre est recommandée, là où la méthode ISO européenne nécessite une source de lumière infrarouge.
La méthode infrarouge (ISO 7027)
La norme ISO 7027 spécifie les paramètres clés du système optique pour mesurer la turbidité de l’eau potable et de surface, en utilisant la méthode métrique à base de formazine. Le turbidimètre portable HI98713 respecte ou dépasse les critères spécifiés par la norme ISO 7027.
Les turbidimètres ISO fonctionnent en faisant passer un faisceau de lumière infrarouge à travers un flacon contenant l’échantillon à tester. La source lumineuse est une LED infrarouge à haute émission. Un capteur positionné à 90° par rapport à la direction de la lumière détecte la quantité de lumière diffusée par les particules non dissoutes présentes dans l’échantillon. Un microprocesseur convertit ces lectures en valeurs FTU (FNU).
Méthode approuvée par l’Agence américaine de protection de l’environnement (180.1)
La méthode USEPA 180.1 spécifie les paramètres clés du système optique pour mesurer la turbidité de l’eau potable, saline et de surface, dans une plage de 0 à 40 NTU, à l’aide de la méthode néphélométrique.
Les compteurs conformes aux méthodes approuvées par l’EPA sont conçus pour satisfaire ou dépasser les critères spécifiés par la méthode USEPA 180.1 et la méthode standard 2130 B.
Principe d’opération
Le faisceau lumineux qui traverse l’échantillon est diffusé dans toutes les directions. L’intensité et le motif de la lumière diffusée sont affectés par de nombreuses variables, telles que la longueur d’onde de la lumière incidente, la taille et la forme des particules, l’indice de réfraction et la couleur. Le système optique comprend une lampe à filament de tungstène ou LED IR, un détecteur de lumière diffusée (90°) et un détecteur de lumière transmise (180°).
Dans la gamme des turbidimètres à ratio, le microprocesseur de l’instrument calcule la valeur de turbidité à partir des signaux qui parviennent aux deux détecteurs en utilisant un algorithme efficace. Cet algorithme corrige et compense les interférences de couleur, rendant les turbidimètres compensés en couleur. Le système optique et la technique de mesure compensent également les fluctuations d’intensité de la lampe ou de la LED ; minimisant le besoin d’étalonnages fréquents.
Dans la plage des turbidimètres sans rapport, la valeur de turbidité est calculée à partir du signal sur le détecteur de lumière diffusée (90°). Cette méthode offre une linéarité élevée sur la gamme basse mais est plus sensible aux fluctuations d’intensité des lampes ou des LED.
La limite de détection inférieure d’un turbidimètre est déterminée par la lumière parasite. La lumière parasite est la lumière détectée par les capteurs qui n’est pas causée par la diffusion de la lumière par les particules en suspension. Les systèmes optiques des turbidimètres sont conçus pour avoir une très faible lumière parasite, fournissant des résultats précis pour les échantillons à faible turbidité.
Standardisation
Le turbidimètre néphélométrique est conçu pour être standardisé de façon routinière avec un étalon connu de diffusion de la lumière. Comme pour tous les étalons analytiques ou matériaux de référence, un étalon de turbidité doit pouvoir effectuer les tâches suivantes : assurer la traçabilité, démontrer l’exactitude des résultats, étalonner l’équipement et la méthodologie, surveiller les performances de l’utilisateur, valider les tests et faciliter la comparabilité ; cela garantit que lorsque les procédures correctes ont été suivies, la même analyse des mêmes matériaux produira des résultats qui concordent les uns avec les autres chaque fois qu’ils sont effectués.
Les étalons et les matériaux de référence doivent être produits et caractérisés d’une manière techniquement compétente et doivent être homogènes, stables, certifiés et disposer d’une incertitude de mesure connue. À l’heure actuelle, il existe au moins deux normes reconnues et approuvées par l’USEPA, les méthodes standard, l’ASTM et d’autres organismes de réglementation ; il s’agit de la formazine et de l’AMCO AEPA-1.
Formazine
La formazine est une suspension aqueuse d’un polymère insoluble formé par la réaction de condensation entre le sulfate d’hydrazine et l’hexaméthylènetétramine. Bien que la formazine ait été suggérée comme norme de turbidité dès 1926, elle présente de nombreuses limitations, telles que sa toxicité élevée, sa faible durée de conservation, sa vitesse de décantation rapide et sa facilité d’agglomération. De plus, le diluant pour les étalons de formazine doit être de l’eau sans turbidité. Ceci est souvent difficile à obtenir, en particulier dans une situation de terrain.
Norme AMCO AEPA-1
Heureusement, depuis 1982, il existe une norme disponible qui pallie les lacunes de la formazine. Celui-ci a été développé par la société américaine Advanced Polymer Systems et est un mélange en suspension de sphères de polymère de styrène divinylbenzène. Ces normes ont les caractéristiques suivantes :
Stabilité : Les étalons de turbidité AMCO AEPA-1 sont une suspension stabilisée de microbilles de copolymère de styrène divinylbenzène réticulé dans de l’eau ultrapure. Ces billes sont chimiquement inertes et conservent leur équilibre chimique dans un milieu aqueux quelle que soit leur concentration.
La dispersion de taille des billes ne varie que de 0,06 à 0,2 micron. Cette petite taille explique le mouvement brownien aléatoire de ces billes en suspension, les maintenant en mouvement constant et totalement dispersées dans la matrice d’eau ultra-pure.
Propriétés physiques : La taille des particules, la forme uniforme et l’indice de réfraction rendent ces sphères idéales pour caractériser l’absorption et la diffusion de la lumière pour un comportement à 90° dans la gamme UV-VIS. De plus, la forme sphérique et la taille de la bille empêchent l’agglomération ou la précipitation de l’étalon. Pour ces raisons, les normes AMCO AEPA-1 sont très stables.
Fiabilité : Ces étalons sont préparés et mis en bouteille dans une salle blanche. Ils sont testés pour la précision et la stabilité, entièrement validés avant la mise en bouteille et exempts de tout produit chimique ou composé toxique ou cancérigène.
Les étalons d’étalonnage de turbidité Hanna sont préparés à partir de matériaux de référence étalons primaires traçables NIST. Tous les étalons préparés sont comparés aux solutions étalons de turbidité formazine. Les valeurs rapportées sur le certificat d’analyse Hanna sont les résultats obtenus à la date de l’analyse. L’évaluation de ces données est basée sur des méthodes standard.
Purification de l’eau potable
La turbidité est l’un des paramètres les plus importants utilisés pour déterminer la qualité de l’eau potable. Les fournisseurs d’eau publics sont tenus de traiter leur eau pour éliminer la turbidité. Aux États-Unis, pour les systèmes utilisant des méthodes de filtration conventionnelles ou directes, la turbidité ne peut pas être supérieure à 1,0 unité de turbidité néphélométrique (NTU) à la sortie de l’usine, et tous les échantillons de turbidité doivent être inférieurs ou égaux à 0,3 NTU pendant au moins 95 % des échantillons au cours d’un mois. Une eau de surface convenablement traitée ne présente généralement pas de problème de turbidité. L’Organisation mondiale de la santé indique 5 NTU comme valeur de turbidité de référence de l’eau pour le commerce. Cette valeur a été établie en fonction des caractéristiques esthétiques de l’eau. D’un point de vue hygiénique, 1 NTU est la valeur recommandée. De nombreux services d’eau potable s’efforcent d’atteindre des niveaux aussi bas que 0,1 NTU.
La turbidité est un indicateur et ne donnera pas de résultats pour un polluant spécifique. Il fournira cependant des informations sur le degré de contamination globale. L’organigramme du processus de traitement de l’eau potable montre les valeurs de référence de turbidité pour chaque phase.
Les sources typiques de turbidité dans l’eau potable sont les suivantes :
- Rejet des déchets
- Ruissellement des bassins versants, en particulier ceux qui sont perturbés ou érodés
- Algues ou mauvaises herbes aquatiques et produits de leur décomposition dans les réservoirs d’eau, les rivières ou les lacs
- Acides humiques et autres composés organiques résultant de la décomposition des plantes, des feuilles, etc. dans les sources d’eau
- Des concentrations élevées de fer qui donnent à l’eau une coloration rouge rouille (principalement dans les eaux souterraines et les eaux souterraines sous l’influence directe des eaux de surface)
- Bulles d’air et particules du processus de traitement
Processus de traitement de l’eau potable
