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En ce qui concerne la dynamique des sédiments dans les masses d’eau, l’évaluation et la gestion de la concentration et du rejet des sédiments en suspension sont essentielles pour préserver la qualité de l’eau et sauvegarder les écosystèmes aquatiques. Les sédiments en suspension, composés de matières inorganiques et organiques, posent des problèmes environnementaux lorsqu’ils sont transportés par l’eau, et ont un impact sur la qualité de l’eau et les écosystèmes.
Des méthodes de mesure précises sont essentielles pour atténuer ces effets. Dans cet aperçu, nous explorons l’importance de l’utilisation de la turbidité comme substitut pour l’estimation de la concentration et du débit des sédiments en suspension. La turbidité, avec ses capacités de surveillance continue, offre une alternative rentable aux capteurs complexes, au bénéfice de la science et de la gestion de l’environnement. Cet article examine les avantages, les considérations et les défis liés à l’utilisation de la turbidité pour l’estimation de la concentration de sédiments en suspension, l’amélioration de la surveillance des sédiments et la promotion de la gestion de l’environnement.
L’utilisation de la turbidité pour mesurer la concentration de sédiments en suspension et le débit permet une stratégie continue et économique pour générer des estimations en temps quasi réel essentielles à la gestion de l’environnement, idéalement à l’aide de capteurs submersibles.
Indice
- Concentration et rejet des sédiments en suspension
- Importance de la surveillance et de la gestion
- Utilisation de la turbidité comme substitut des sédiments en suspension
- Relever les défis de la mesure de la turbidité et de l’estimation de la concentration de sédiments en suspension
- Calcul de la série temporelle de sédiments en suspension
- Outils de surveillance de la turbidité
- Conclusion
1. Concentration et écoulement des sédiments en suspension
Cette section examine la dynamique du transport et de la distribution des sédiments dans les masses d’eau, en soulignant comment les caractéristiques des sédiments et la vitesse de l’eau influencent la concentration et le débit des sédiments en suspension.
Les sédiments englobent les matériaux solides qui se forment principalement par la désintégration des roches, en subissant des processus tels que la saltation, le glissement et le roulement, avant de s’intégrer au paysage naturel. Lorsque ces matériaux sont transportés par l’eau, soit en suspension dans la colonne d’eau, soit déposés, on parle de sédiments fluviaux. Cette catégorie de sédiments comprend également des précipités chimiques et biochimiques, ainsi que de la matière organique décomposée, ce qui contribue à la diversité de sa composition.
En se déplaçant, les sédiments en suspension sont transportés par le flux et la turbulence des masses d’eau, jouant un rôle essentiel dans la qualité de l’eau et la santé des écosystèmes aquatiques. Ce mouvement n’est pas un simple transfert ; il s’agit d’une interaction dynamique avec les propriétés physiques de l’eau, influencée par la taille et la forme des sédiments ainsi que par la vitesse de l’eau.
La concentration de sédiments en suspension dans une masse d’eau est mesurée comme une moyenne pondérée par la vitesse dans une zone d’échantillonnage spécifique. Cette zone s’étend de la surface de l’eau à un point prédéterminé au-dessus du lit du cours d’eau, ce qui permet d’obtenir un échantillon représentatif de l’eau chargée de sédiments. La concentration est exprimée quantitativement en milligrammes de sédiments secs par litre de mélange eau-sédiments, ce qui donne une mesure précise de la charge sédimentaire.
Cette mesure est cruciale pour comprendre la dynamique des sédiments dans les milieux aquatiques, car elle permet de comprendre les processus d’érosion, de transport et de dépôt qui façonnent et redéfinissent continuellement ces habitats.
Comprendre la distribution de la concentration des sédiments en suspension et de la vitesse de l’eau au sein d’une colonne d’eau est essentiel.
- Concentration des sédiments : La concentration en sédiments tend à varier en fonction de la profondeur dans une colonne d’eau, augmentant généralement à mesure que la profondeur augmente et atteignant des densités plus élevées près du bord du cours d’eau. Ce schéma de distribution est influencé par des facteurs tels que la taille des particules de sédiments, la vitesse d’écoulement et la turbulence dans la masse d’eau. Les techniques d’échantillonnage standard peuvent se heurter à des limites lorsqu’il s’agit de capturer avec précision la concentration de sédiments près du lit du cours d’eau, en raison des préoccupations liées à la contamination par les matériaux du lit. Cependant, il est essentiel de connaître la distribution de la concentration en sédiments à différentes profondeurs pour comprendre les processus de transport des sédiments et leurs implications pour la qualité de l’eau et la santé écologique.
- Les variations de la vitesse de l’eau : La distribution de la vitesse de l’eau dans une colonne d’eau reflète les variations de la dynamique de l’écoulement entre la surface et le lit du cours d’eau. En général, des vitesses plus élevées sont observées près de la surface de l’eau, où l’écoulement est moins ralenti par la friction avec le lit du cours d’eau ou les limites du canal. À mesure que la profondeur augmente, la vitesse de l’eau diminue généralement en raison de l’augmentation de la résistance au frottement. Il est essentiel de comprendre la distribution de la vitesse de l’eau pour évaluer les mécanismes de transport des sédiments, car des vitesses plus élevées près de la surface peuvent influencer les processus de remise en suspension et de transport des sédiments. En outre, les variations de la vitesse de l’eau peuvent avoir un impact sur la distribution et le mouvement des sédiments en suspension et des charges de fond dans la nappe d’eau, contribuant ainsi à la dynamique sédimentaire globale.
- Prise en compte du mouvement de la nappe : Il est important de noter que la zone de distribution de la vitesse de l’eau englobe également le mouvement de la masse du lit, qui se réfère aux particules de sédiments qui se déplacent le long du lit du cours d’eau. Le mouvement du lit est distinct du transport des sédiments en suspension, mais il est tout aussi vital pour une compréhension globale de la dynamique des sédiments. Une bonne caractérisation du transport des sédiments en suspension et du charriage permet de mieux comprendre les processus de transport des sédiments, les schémas de dépôt des sédiments et leurs implications pour la morphologie des cours d’eau et l’habitat aquatique.
2. Importance de la surveillance et de la gestion
Le suivi des rejets de sédiments est essentiel pour la gestion de l’environnement, notamment l’analyse du transport des sédiments et l’évaluation de l’impact sur le traitement de l’eau ainsi que sur la durée de vie des réservoirs. Des méthodes d’échantillonnage standard garantissent des mesures précises et représentatives de la concentration des sédiments.
Deux méthodes principales sont utilisées pour échantillonner avec précision la concentration de sédiments en suspension dans la section transversale d’une nappe d’eau :
L’incrément de largeur égale (EWI) : Cette technique consiste à diviser la section transversale du canal en largeurs égales et à prélever des échantillons sur ces intervalles. L’échantillonnage s’étend de la surface jusqu’au lit du cours d’eau et vice-versa, en visant un échantillonnage isocinétique par le maintien d’une vitesse de déploiement correcte. L’EWI est avantageux car il ne nécessite pas de mesure du débit, mais requiert une bonne connaissance du site.
Incrément de débit égal (EDI) : L’EDI consiste à diviser le canal en segments représentant des portions égales de débit et à échantillonner à l’intérieur de ces segments. Cette méthode nécessite des mesures de débit pour définir avec précision les lieux d’échantillonnage, ce qui garantit une analyse représentative de la section transversale.
La concentration de sédiments en suspension est déterminée en traitant des échantillons d’eau entiers prélevés selon les méthodes d’incrément de largeur égale (EWI) ou Incrément de débit égal EDI. Ce processus implique de filtrer les échantillons pour isoler les sédiments, qui sont ensuite séchés et pesés pour déterminer le poids total des sédiments par rapport au volume initial du mélange eau-sédiments. Par conséquent, les concentrations de sédiments sont exprimées en milligrammes par litre du mélange initial. Pour l’analyse de la taille des particules, qui est parfois nécessaire, la procédure est légèrement plus complexe et comprend une série d’étapes de séchage et de pesage.
La concentration des sédiments en suspension et les Matières en suspension totales (MEST) sont souvent mal interprétées et utilisées à tort de manière interchangeable. Cependant, il existe des différences significatives entre les deux méthodologies, en particulier dans la manière dont la masse de sédiments est déterminée. L’analyse MEST conduit souvent à une sous-estimation des quantités de sédiments par rapport à la concentration de sédiments en suspension. Cette différence est cruciale pour ceux qui travaillent dans le domaine de la réglementation, bien que l’accent soit mis ici sur le calcul des enregistrements de sédiments en suspension, et non sur la conformité réglementaire, sauf dans les scénarios impliquant uniquement des particules de la taille du limon et de l’argile.
L’ASTM D5907 précise que le MEST ne doit pas être appliqué aux échantillons provenant d’un écoulement en canal ouvert, et recommande l’ASTM D3977 pour la mesure de la concentration de sédiments en suspension.
Étant donné les limites de la fréquence d’échantillonnage des sédiments en suspension, les substituts offrent un enregistrement continu de la concentration des sédiments. Ces substituts utilisent des technologies électroniques pour suivre les changements étroitement liés aux variations de concentration des sédiments en suspension. Les technologies utilisées sont notamment les suivantes
La rétrodiffusion optique (OBS) : Utilise la lumière infrarouge pour détecter les particules en suspension, le volume échantillonné variant en fonction de la concentration des sédiments.
Mesure de la turbidité : Mesure les changements dans la transmission de la lumière, avec un volume d’échantillon constant mais une variabilité basée sur la taille des particules, la couleur et le type d’instrument.
Réfraction laser : Efficace jusqu’à certaines concentrations de sédiments, principalement pour la distribution de la taille des particules, mais adaptable à la concentration de sédiments dans des conditions spécifiques.
Rétrodiffusion acoustique : Utilise les changements dans les signaux acoustiques pour établir une corrélation avec la concentration de sédiments en suspension, initialement conçue pour les calculs de vitesse et de débit des cours d’eau.
Chacune de ces technologies nécessite un étalonnage spécifique au site par rapport à des échantillons réels de sédiments en suspension afin d’en garantir la précision. Cet étalonnage est essentiel en raison des conditions uniques de chaque site de surveillance, soulignant que les relations entre les mesures de substitution et la concentration de sédiments peuvent changer au fil du temps.
3. Exploiter la turbidité en tant que substitut des sédiments en suspension
L’utilisation de la turbidité comme substitut de la concentration de sédiments en suspension offre une alternative continue et rentable pour la surveillance environnementale, améliorant ainsi la compréhension et la gestion de la dynamique des sédiments.
La turbidité est de plus en plus utilisée comme substitut de la concentration de sédiments en suspension en raison de sa capacité à fournir des enregistrements continus, qui sont essentiels pour la surveillance et la gestion de l’environnement.
Les sondes de turbidité offrent une alternative rentable et plus simple aux capteurs plus complexes tels que les dispositifs laser ou acoustiques. Le déploiement des sondes de turbidité bénéficie de méthodes standard établies, bien que pas entièrement simples, qui facilitent la mise en œuvre par rapport à d’autres technologies. En outre, les sondes de turbidité peuvent surveiller une gamme plus large de concentrations de sédiments, et les progrès technologiques continuent d’améliorer leur fiabilité.
Les relevés de turbidité constituent un outil essentiel pour les sciences de l’environnement, et ce pour plusieurs raisons :
- Ils aident à estimer les rejets de contaminants en corrélant les échantillons de qualité de l’eau avec les échantillons de concentration de sédiments en suspension par le biais d’une analyse de régression, ce qui permet d’évaluer les charges de contaminants.
- Ils fournissent des estimations en temps quasi réel des sédiments en suspension, qui sont essentiels pour l’eau potable et les activités récréatives, et constituent un système d’alerte précoce.
- Ils offrent un aperçu de la dynamique des concentrations de sédiments, qui ne sont souvent pas directement corrélées avec les rejets dans l’eau, ce qui souligne l’importance de choisir un substitut qui reflète fidèlement le comportement des sédiments.
4. Relever les défis de la mesure de la turbidité et de l’estimation de la concentration de sédiments en suspension
Pour relever les défis de la mesure de la turbidité et de l’estimation de la concentration de sédiments en suspension, il faut surmonter les diverses conditions de terrain qui affectent les mesures de turbidité et mettre en œuvre des étapes méticuleuses pour l’analyse des données afin d’améliorer la fiabilité et la précision des estimations de la concentration de sédiments en suspension basées sur la turbidité.
La précision de la surveillance des sédiments dans les environnements fluviaux repose sur deux concepts fondamentaux : une compréhension approfondie de la distribution des sédiments et le positionnement stratégique des sondes de surveillance.
Comprendre la distribution des sédiments : La surveillance efficace des sédiments fluviaux nécessite une analyse détaillée de leur distribution et un placement judicieux des sondes. Les variations significatives dans la répartition des sédiments, influencées par la dynamique fluviale, exigent un échantillonnage transversal pour appréhender correctement les variations de vitesse et de concentration sédimentaire. Cette approche est vitale, surtout dans les cours d’eau transportant des sédiments de taille variable, pour assurer une évaluation exacte de la dynamique sédimentaire.
Placement stratégique des sondes : Le placement stratégique des sondes est crucial pour mesurer avec précision les concentrations de sédiments. Une localisation inadéquate peut causer des erreurs significatives, surévaluant ou sous-évaluant la charge sédimentaire. Les sondes trop proches du fond risquent de surestimer les sédiments, surtout dans les eaux turbides où ils s’accumulent, tandis que celles près de la surface ou des berges peuvent les sous-estimer. L’échantillonnage sur toute la section transversale du cours d’eau est donc essentiel, en particulier pour les rivières avec de grandes particules sédimentaires, assurant ainsi que les données de turbidité représentent fidèlement la concentration sédimentaire moyenne à diverses profondeurs, garantissant une évaluation précise de la dynamique sédimentaire.
Les mesures de turbidité peuvent être considérablement affectées par les conditions de terrain, ce qui peut entraîner des inexactitudes dans les données collectées.
Bulles d’air : Générées par les turbulences de l’écoulement, elles peuvent diffracter la lumière, ce qui conduit à des mesures de turbidité faussement élevées.
La prolifération d’algues et la matière organique : Les matières organiques en décomposition peuvent également diffracter la lumière, ce qui affecte la précision du capteur.
Lumière directe du soleil : La lumière directe du soleil peut surcharger les optiques des capteurs, réduisant potentiellement l’efficacité des mesures d’atténuation de la lumière ou de rétrodiffusion.
Variations diurnes de la lumière du soleil : Les variations de l’intensité et de l’angle de la lumière solaire au cours de la journée peuvent entraîner des fluctuations dans les relevés de turbidité, en particulier dans les eaux à faible turbidité.
Influence de la taille des particules : La diffusion de la lumière varie en fonction de la taille des particules ; les petites particules diffusent des longueurs d’onde courtes et les grandes des longueurs d’onde plus grandes, ce qui crée un effet d’hystérésis dans la relation entre la concentration de sédiments et la turbidité.
Couleur de l’eau/des sédiments : La réflexion ou l’absorption de la lumière, en fonction de la longueur d’onde utilisée, peut fausser les relevés.
Variabilité de l’intensité des LED : Les changements de température de l’eau peuvent affecter l’intensité des sources lumineuses LED, ce qui a un impact sur la précision des mesures.
Pour obtenir des valeurs de concentration de sédiments en suspension à partir des données de turbidité, une série d’étapes méthodiques est nécessaire :
Collecte de données pour l’étalonnage du modèle : Un ensemble complet de données comprenant des mesures simultanées de la turbidité, du débit et de la concentration de sédiments en suspension à partir d’échantillons de rivière est essentiel pour le développement d’un modèle d’étalonnage.
Développement du modèle : Un modèle de régression linéaire est généralement construit pour estimer les valeurs instantanées de concentration de sédiments en suspension à partir des enregistrements de turbidité. Ce modèle peut incorporer des paramètres supplémentaires tels que la conductivité spécifique, la température de l’eau et le débit de l’eau afin d’améliorer la précision. Les résidus du modèle sont évalués pour déterminer l’adéquation avec les échantillons réels de concentration de sédiments en suspension.
Concentration de sédiments en suspension et calcul de la charge de sédiments en suspension : Les valeurs instantanées de concentration de sédiments en suspension et les chiffres quotidiens de la charge de sédiments en suspension sont calculés à l’aide de l’enregistrement du débit d’eau. Des ajustements de la courbe temporelle des estimations de la concentration de sédiments en suspension peuvent être nécessaires pour s’aligner sur les résultats des échantillons.
Prétraitement des données : Avant l’analyse de régression, l’ensemble des données doivent être nettoyées de toutes les valeurs de turbidité erronées dues à des dysfonctionnements de la sonde, tels que le dépassement de la plage de la sonde, l’encrassement de la sonde, ou lorsque la sonde est hors de l’eau. De même, les valeurs des échantillons de sédiments doivent être examinées minutieusement pour détecter les problèmes liés à l’échantillonneur, les erreurs d’échantillonnage sur le terrain ou les divergences dans les résultats de laboratoire.
Finalisation des relevés de rejets d’eau : Il est essentiel de s’assurer que les relevés des rejets d’eau sont finalisés et ne feront pas l’objet de révisions futures, car tout changement nécessiterait des ajustements aux relevés des rejets de sédiments en suspension.
En relevant ces défis et en suivant les étapes décrites pour l’analyse des données, il est possible d’améliorer de manière significative la fiabilité et la précision des estimations de la concentration de sédiments en suspension basées sur la turbidité, améliorant ainsi la qualité globale des efforts de surveillance des sédiments.
Pour calculer efficacement la série temporelle de sédiments en suspension, il est essentiel d’adopter une approche méthodique impliquant une analyse de régression et le respect de directives standard. Voici un résumé organisé du processus :
- Analyse de régression :
Utilisation des données historiques : Exploitation d’un vaste ensemble de données historiques sur la turbidité et la concentration de sédiments en suspension, intégrant diverses conditions hydrologiques et caractéristiques des sédiments. Cette approche globale garantit la robustesse et la fiabilité du modèle dans divers scénarios.
Techniques et méthodes : Employer des techniques statistiques pour la normalisation des données et le traitement des valeurs extrêmes. Cela permet de s’assurer que le modèle de régression reflète avec précision la relation entre la turbidité et la concentration de sédiments en suspension.
- Validation du modèle :
Adhésion aux lignes directrices : La validation par rapport aux lignes directrices garantit l’intégrité scientifique du modèle et son applicabilité pour l’estimation de la concentration de sédiments en suspension. Il s’agit notamment d’évaluer le pouvoir prédictif du modèle et son applicabilité à différents types de sédiments et conditions d’eau.
Analyse des résidus : Au-delà de l’évaluation de la valeur R² du modèle, l’analyse des résidus fournit des indications sur l’adéquation du modèle, en identifiant les erreurs systématiques ou les biais susceptibles d’affecter les prévisions de concentration de sédiments en suspension. Cette étape est cruciale pour affiner le modèle et améliorer sa précision prédictive.
- Aperçu de la régression linéaire :
Filtrage sélectif des données : En excluant les relevés de turbidité inférieurs à un certain seuil, l’accent est mis sur la capture plus précise des événements de transport élevé de sédiments. Cette approche atténue l’influence des conditions de faible débit sur la précision globale du modèle.
Prise en compte de la dispersion des données : La reconnaissance de la variabilité de la source des sédiments et de la taille des particules aide à comprendre les limites du modèle et guide l’affinement des paramètres de régression afin d’améliorer la précision de la prédiction.
- Application de l’équation de régression :
Application des données de séries temporelles : Des données propres et séquentielles sont essentielles pour appliquer efficacement le modèle de régression. S’assurer que les intervalles de temps des enregistrements de turbidité correspondent à ceux des données de débit d’eau permet de maintenir la cohérence et la précision de l’estimation de la concentration de sédiments en suspension.
Application du modèle de régression : L’équation de régression calculée est appliquée à l’ensemble des données de turbidité pour estimer la concentration de sédiments en suspension à chaque intervalle de temps, ce qui permet d’obtenir un enregistrement continu de la concentration de sédiments.
- Calcul du débit de sédiments en suspension : Utiliser la formule Qs=Qw×Cs×k, où Qs est le débit de sédiments, Qw est le débit d’eau, Cs est la concentration estimée de sédiments en suspension et k est un coefficient de conversion.
- Maintenance du modèle : Mettre continuellement à jour le modèle avec de nouvelles données pour tenir compte des changements dans les sources de sédiments, les conditions du bassin versant ou l’utilisation des sols, afin de s’assurer que le modèle reste précis au fil du temps.
Cette approche structurée souligne l’importance d’une analyse rigoureuse des données, d’une validation du modèle et d’une surveillance continue pour calculer avec précision les enregistrements de sédiments en suspension et maintenir la fiabilité de la turbidité en tant que substitut des sédiments.
6. Outils de surveillance de la turbidité
Pour mesurer la turbidité, trois méthodes principales sont employées, chacune ayant une approche et des outils distincts :
Outils visuels : Il s’agit des méthodes les plus simples utilisées pour évaluer la clarté de l’eau, qui reposent sur l’observation humaine directe. L’un de ces outils est le disque de Secchi, que l’on fait descendre verticalement dans la colonne d’eau jusqu’à ce qu’il soit à peine visible et que l’on enregistre la profondeur à laquelle il disparaît de la vue. Cette mesure donne une indication de la clarté ou de la turbidité de l’eau, les profondeurs de disparition les plus importantes indiquant une eau plus claire.
Malgré sa simplicité, le disque de Secchi présente plusieurs avantages. Il s’agit d’un outil rentable, portable et facile à utiliser qui permet d’évaluer rapidement la clarté de l’eau. Cependant, le fait qu’il dépende de la vue humaine et de conditions d’éclairage appropriées introduit des sources d’erreur potentielles, ce qui a un impact sur la précision et l’exactitude
Le tube de transparence est un autre outil visuel permettant d’évaluer la turbidité. Similaire au disque de Secchi, le tube de transparence est un tube transparent avec des marques pour mesurer la profondeur de l’eau. Il est muni d’un bouchon avec un motif de disque de Secchi et d’une valve d’échappement au fond.
Pour mesurer la turbidité à l’aide d’un tube de transparence, un échantillon d’eau est versé dans le tube et l’observateur regarde vers le bas depuis le haut. L’eau est lentement libérée à l’aide de la valve jusqu’à ce que le motif du disque de Secchi devienne visible, et la profondeur restante de l’eau est enregistrée. Ce processus est généralement répété au moins deux fois pour obtenir une valeur moyenne.
Spectrophotomètres : Ils mesurent la quantité de lumière transmise à travers un échantillon, sans tenir compte de la lumière diffusée ou absorbée. Ils sont utilisés dans des applications plus spécialisées, car les réglementations en matière de turbidité exigent généralement des unités NTU ou FNU, ce qui rend les spectrophotomètres moins courants pour la mesure générale de la turbidité.
Turbidimètres (néphélomètres) : Les turbidimètres, également appelés néphélomètres, sont des instruments sophistiqués conçus pour mesurer la clarté de l’eau en détectant la lumière diffusée par les particules présentes dans un échantillon. Ces appareils se présentent sous différentes formes, notamment des appareils de mesure de table, des débitmètres continus et des capteurs submersibles, chacun étant adapté à des environnements et à des applications spécifiques. Le choix de la source lumineuse – lumière blanche ou infrarouge (IR) – ainsi que l’angle du détecteur influencent considérablement la précision des mesures et la conformité aux normes réglementaires telles que la méthode EPA 180.1 ou ISO7027. Cette adaptabilité rend les turbidimètres inestimables pour le contrôle de la qualité de l’eau dans un large éventail d’environnements.
Les méthodes traditionnelles de mesure de la turbidité sont confrontées à plusieurs problèmes qui ont une incidence sur leur précision et leur efficacité opérationnelle :
Sensibilité aux facteurs environnementaux : Les outils visuels sont très sensibles aux conditions environnementales externes, notamment aux variations de la lumière du soleil et de la température. Cette sensibilité peut entraîner des inexactitudes potentielles dans les relevés de turbidité.
Collecte de données limitée : Les capteurs et méthodes traditionnels de mesure de la turbidité ont tendance à offrir des ensembles de données limités. Cette limitation peut entraver la capacité des scientifiques et des gestionnaires de l’environnement à prendre des décisions opportunes et éclairées sur la base des données. Dans les environnements aquatiques dynamiques où les charges sédimentaires peuvent changer rapidement en raison d’événements naturels ou anthropogéniques, le retard dans la collecte et le traitement des données peut conduire à des occasions manquées d’intervention ou à des évaluations inexactes de la qualité de l’eau.
Défis de la surveillance globale : La nature ponctuelle des mesures traditionnelles de turbidité ne permet souvent pas de saisir la variabilité spatiale de la concentration de sédiments dans une masse d’eau. Il peut en résulter une compréhension incomplète de la dynamique des sédiments, car les mesures prises en un seul point peuvent ne pas refléter avec précision les conditions dans l’ensemble de la masse d’eau
Comme indiqué ci-dessus, il existe trois types de turbidimètres (ou néphélomètres) : Les turbidimètres de paillasse, les turbidimètres à débit continu et les capteurs submersibles. Le type le plus efficace dépend des exigences spécifiques de l’application, telles que le besoin de données en temps réel, l’environnement de la masse d’eau à surveiller et la priorité donnée à la portabilité ou à la surveillance continue.
Le tableau ci-dessous présente une comparaison entre les trois types de turbidimètres :
Critère
Turbidimètres de laboratoire
Turbidimètres en ligne
Capteurs submersibles
Portabilité
❌
❌
✅
Surveillance continue
❌
✅
✅
Nécessite un prélèvement d’échantillon
✅
❌
❌
Idéal pour les faibles turbidités
✅
❌ (Varies)
❌ (Varies)
Données en temps réel
❌
✅
✅
Mesure In Situ
❌
❌
✅
Maintenance et étalonnage
✅
✅
✅
6.2.1 Turbidimètres portables
Les turbidimètres de laboratoire sont principalement utilisés dans les laboratoires pour analyser les échantillons d’eau prélevés, certains modèles étant portatifs. Les échantillons sont placés dans une cuvette à l’intérieur du compteur, où une lumière passe, permettant à un détecteur d’évaluer la diffusion de la lumière par les particules, déterminant ainsi les niveaux de turbidité. Les appareils de mesure de laboratoire sont conçus pour être utilisés avec des échantillons de faible turbidité et sont donc souvent utilisés dans des applications telles que l’analyse de l’eau potable ou la production de boissons.
Compte tenu de la précision requise par ce processus, il est très important de choisir des marques réputées pour leur fiabilité, telles que YSI.
Le turbidimètre de laboratoire Turb® 750 T est connu pour son prix abordable, ses mesures précises jusqu’à 1100 FNU/NTU et sa conformité aux normes EPA 180.1. Il comprend des caractéristiques telles que des intervalles d’étalonnage réglables, un enregistrement des normes de turbidité utilisées et une documentation conforme aux BPL.
Des fonctionnalités avancées telles que la reproductibilité intelligente, le contrôle de plausibilité et la gestion efficace des données avec le logiciel YSI Turb Data Software améliorent sa convivialité. Grâce à sa conception compacte, sa précision supérieure et son intégration facile à des systèmes tels qu’Excel ou LIMS, il est idéal pour divers environnements de laboratoire, ce qui en fait un outil précieux pour les laboratoires environnementaux et les laboratoires de produits alimentaires et de boissons.
6.2.2 Turbidimètres en ligne
Les débitmètres continus mesurent la turbidité dans un flux d’eau constant. Ils sont généralement utilisés dans les installations de traitement de l’eau potable pour une surveillance continue. Ils sont installés à des endroits spécifiques du processus de traitement et peuvent fournir des données en temps réel, ce qui permet de réagir immédiatement aux changements.
Le principal avantage des turbidimètres en ligne par rapport aux modèles de laboratoire réside dans leur capacité à effectuer une surveillance constante de la turbidité, ce qui élimine la nécessité de prélever manuellement des échantillons et de les analyser en laboratoire. Cette capacité d’acquisition de données en temps réel est précieuse, car elle permet de réagir plus rapidement à tout changement dans les processus de traitement. De plus, ces compteurs peuvent être utilisés dans les systèmes de distribution, et font souvent partie de systèmes de panneaux complets qui mesurent simultanément une variété d’autres paramètres de qualité de l’eau tels que le pH, le chlore et la température.
Pour ceux qui sont à la recherche d’un débitmètre continu, il est essentiel de choisir des produits réputés pour leurs performances constantes et robustes dans divers environnements. C’est pourquoi il convient de rechercher des marques de haute qualité telles que Partech.
Le capteur de turbidité Partech TurbiTechw² D-ISO est conçu pour la surveillance dans les environnements d’eau traitée, potable et filtrée. Il est doté d’une cellule à écoulement continu pour des mesures précises de la turbidité avec une sensibilité inférieure à 0,01 NTU. Il utilise des techniques avancées de diffusion de la lumière pour une meilleure sensibilité à la taille des particules et comprend un mécanisme automatique d’auto-nettoyage pour une maintenance aisée. Le capteur offre des options d’étalonnage simples et respecte les normes ISO pour la mesure de la turbidité, ce qui garantit des performances fiables et efficaces.
6.2.3 Capteurs submersibles
Lorsqu’il s’agit d’utiliser la turbidité pour estimer la concentration et le débit des sédiments, il est généralement recommandé d’effectuer des mesures de turbidité in situ. L’analyse d’échantillons prélevés et testés ultérieurement en laboratoire peut entraîner des problèmes liés à la biodégradation, à la croissance, à la décantation, à la précipitation de minéraux et à d’autres facteurs, bien qu’il existe des méthodes permettant d’atténuer ces problèmes.
Une sonde de turbidité submersible offre l’avantage d’être placée directement dans l’environnement de l’échantillon. Ces capteurs sont portables et peuvent être immergés directement dans des masses d’eau telles que les cours d’eau ou les bassins d’aération des installations de traitement des eaux usées. Ils sont généralement conçus pour supporter des conditions environnementales difficiles, notamment une turbidité élevée, des températures fluctuantes et des niveaux de qualité de l’eau variables. Ils sont donc bien adaptés à un déploiement dans des environnements industriels ou naturels exigeants.
Le choix d’instruments de qualité supérieure est essentiel pour obtenir des résultats fiables et précis. Actuellement, les sondes multiparamètres haut de gamme, telles que l’EXO 1 de YSI et l’In-Situ Aqua Troll 600, constituent la meilleure sélection sur le marché.
L’EXO1 de YSI et l’Aquatroll 600 d’In-situ offrent tous deux une précision et une qualité de données optimales, une surveillance multiparamètres polyvalente, une protection anti-salissures de premier ordre pour des performances dans des conditions de sédimentation, des composants en titane pour la durabilité, une intégration transparente, une configuration automatique, des tests de précision rigoureux, une conception robuste et une visualisation mobile facile des données. En ce qui concerne les coûts d’acquisition et d’exploitation, l’Aqua Troll 600 est considérablement moins cher.
Voici une comparaison des informations techniques des capteurs des marques In-Situ et YSI.
In Situ Aqua Troll 600
YSI EXO1
Capteurs
Précision
Gamme
Résolution
Précision
Gamme
Résolution
Température
± 0,1°C
-5 à 50°C
0,01°C
±0,05°C
-5 à +50°C
0,001 °C
Pression barométrique
± 0,5 mbar
300 – 1100 mbar
0,1 mbar
±2 mbar
500 à 1100 mbar
0,1 mbar
pH
± 0,1 unités de pH
0 à 14 unités de pH
0,01 pH
± 0,1 unités de pH
0 à 14 unités de pH
0,01 pH
ORP
± 5 mV
± 1400 mV
0,1 mV
±20 mV
-999 à 999 mV
0,1 mV
Conductivité
± 0,5% de lecture + 1 µS/cm de 5 à 100 000 µS/cm; ± 1% de lecture de 100 000 à 350 000 µS/cm
5 à 350 000 µS/cm
0,1 µS/cm
0 à 100 : ±0,5 % de la valeur mesurée ou 0,001 mS/cm, en poids ; 100 à 200 : ±1% de la lecture
0 à 200 mS/cm
0,0001 to 0,01 mS/cm
Oxygène Dissous (Optique)
± 0,1 mg/L à ± 10 %
0 à 50 mg/L
0,05 mg/L
0 à 20 mg/L : ±0,1 mg/L ou 1 % de la valeur mesurée, poids à vide ;
20 à 50 mg/L : ±5% de la lecture
0 à 50 mg/L
0,01 mg/L
Turbidité
± 2% ou 2 NTU
0 à 4000 NTU
0,01 à 0,1 NTU
0 à 999 FNU : 0,3 FNU ou ±2% de la lecture, w.i.g. ;
1000 à 4000 FNU : ±5% de la valeur relevée
0 à 4000 FNU, NTU
0 à 999 = 0,01 FNU, NTU ;
1000 à 4000 = 0,1 FNU, NTU
Ammonium; Chlorure; Nitrate
± 10% ou ± 2mg/L
0-10 000 mg/L ;0-150 000 mg/L; 0-40 000 mg/L
0,01mg/L
±10% de la lecture ou 2 mg/L
0 à 200 mg/L
0,01mg/L
L’utilisation de la turbidité comme indicateur de substitution pour estimer la concentration de sédiments en suspension et les rejets constitue une solution prometteuse pour améliorer les pratiques de surveillance et de gestion de l’environnement. En tirant parti des mesures de turbidité, qui offrent des alternatives continues et rentables aux méthodes traditionnelles, les acteurs peuvent accéder à des estimations en temps quasi réel, cruciales pour la sauvegarde de la qualité de l’eau et la préservation des écosystèmes aquatiques.
Tout au long de cette exploration, nous avons souligné les avantages de l’utilisation de sondes multiparamètres avancées telles que l’EXO 1 de YSI et l’Aqua Troll 600 d’In-Situ, qui illustrent la technologie de pointe disponible pour la surveillance de la turbidité in situ, offrant une qualité de données élevée, une durabilité et une intégration transparente pour des évaluations complètes de la qualité de l’eau.
Face à la complexité de la dynamique des sédiments et de la gestion de l’environnement, l’adoption de solutions de surveillance de la turbidité apparaît comme une étape cruciale pour assurer la gestion durable des ressources en eau pour les générations à venir.
