Turbidité

Qu’est-ce que la turbidité ?

La définition de turbidité est la turbidité ou la brume d’un fluide causée par des solides en suspension généralement invisibles à l’œil nu. La mesure de la turbidité est un test important pour déterminer la qualité de l’eau. C’est une propriété optique agrégée de l’eau et elle n’identifie pas les substances individuelles ; Ça montre juste qu’il y a quelque chose.

L’eau contient presque toujours des solides en suspension composés de nombreuses particules de tailles variées. Certaines particules sont suffisamment grandes et lourdes pour finir par se déposer au fond d’un récipient si un échantillon reste debout (ce sont les solides déposables). Les particules plus petites ne se déposent que lentement, voire pas du tout (ce sont les solides colloïdaux). Ce sont ces particules qui rendent l’eau trouble.

Le terme turbidité (également appelé brouillage) peut également être appliqué aux solides transparents comme le plastique et le verre.

Qu’est-ce qui cause la turbidité ?

Des organismes comme le phytoplancton peuvent contribuer à la turbidité en eau libre. L’érosion et les effluents provenant des zones très urbanisées contribuent à la turbidité des eaux dans ces zones. La construction, l’exploitation minière et l’agriculture perturbent le sol et peuvent entraîner une élévation des sédiments qui s’écoulent dans les cours d’eau lors des tempêtes. Les eaux pluviales provenant des surfaces pavées comme les routes, les ponts et les parkings contribuent également à la turbidité.

Dans l’eau potable, plus le niveau de turbidité est élevé, plus le risque que les utilisateurs développent des maladies gastro-intestinales est élevé. Des contaminants comme les virus et les bactéries pathogènes peuvent s’attacher aux solides en suspension. Ces solides interfèrent alors avec la désinfection.

Des niveaux élevés de turbidité peuvent réduire la quantité de lumière atteignant les basses profondeurs dans les plans d’eau comme les rivières, les lacs et les réservoirs, ce qui freine la croissance de certaines formes de plantes aquatiques et peut affecter négativement les espèces qui en dépendent, comme les poissons et les coquillages. Des niveaux élevés de turbidité entravent également la capacité du poisson à absorber l’oxygène dissous. Cette condition a été observée et documentée dans toute la baie de Chesapeake, dans la région du Mid-Atlantic aux États-Unis.

Comment la turbidité est-elle mesurée ?

La mesure la plus courante de la turbidité aux États-Unis est constituée par les unités de turbidité néphélométrique (NTU).

Il existe plusieurs façons de vérifier la turbidité dans l’eau, la plus directe étant une mesure d’atténuation, ou de réduction de la force, d’une source lumineuse lorsqu’elle traverse un échantillon d’eau. Un système plus ancien était appelé la méthode de la bougie de Jackson, avec des unités exprimées comme JTU ou unités de turbidité de Jackson. Elle utilisait une flamme de bougie vue à travers une colonne transparente remplie d’eau. La longueur d’eau à travers laquelle la bougie pouvait être observée était liée à la turbidité de l’échantillon d’eau. Avec l’avènement de la technologie des compteurs électroniques, cette méthode n’est plus utilisée.

Les particules en suspension dans l’eau diffusent un faisceau lumineux focalisé sur elles. La lumière diffusée est ensuite mesurée à différents angles par rapport au chemin de la lumière incidente. Ceci est désormais accepté comme une mesure plus précise de la turbidité. Pour mesurer la turbidité de cette manière, utilisez un néphélomètre, comme le LaMotte 2020we. Nephele est le mot grec pour « nuage » ; Métrique signifie « mesurer ». Néphélométrique signifie donc « mesurer la nébulosité ». La plupart des néphélomètres mesurent la lumière diffusée à 90°. Si plus de lumière parvient à atteindre le détecteur, cela signifie que de nombreuses petites particules diffusent le faisceau source ; moins de lumière atteint le détecteur signifie moins de particules. Les unités de turbidité néphélométrique (NTU) sont les unités de mesure utilisées par un néphélomètre répondant aux critères de conception de l’EPA. La quantité de lumière diffusée est influencée par de nombreux aspects des particules comme la couleur, la forme et la réflectivité. En raison de cela, et du fait que les particules plus lourdes peuvent se déposer rapidement et ne pas contribuer à la lecture de turbidité, la relation entre la turbidité et les solides en suspension totaux (TSS) peut changer selon l’endroit où l’échantillon d’essai a été collecté.

Pour mesurer la turbidité dans des applications environnementales, telles que les océans, les rivières et les lacs, un disque de Secchi peut être utilisé. C’est un disque noir et blanc qui est descendu dans l’eau jusqu’à ce qu’il ne soit plus visible. À cette profondeur (appelée profondeur de Secchi), le nombre corrélé est enregistré comme mesure de la clarté de l’eau. L’avantage d’utiliser cet appareil en eaux libres est la capacité de mesurer la turbidité à différentes profondeurs où plusieurs couches de turbidité sont présentes. Cet appareil est également facile à utiliser et relativement peu coûteux.

Normes et méthodes de test de l’eau potable

De nombreux facteurs peuvent affecter la qualité de l’eau potable, c’est pourquoi les réglementations gouvernementales fixent le niveau de turbidité autorisé. Aux États-Unis, les systèmes publics d’eau potable utilisant la floculation ou la filtration directe pour le contrôle de la turbidité ne peuvent pas dépasser 1,0 unité de turbidité néphélométrique (NTU) en quittant l’usine de traitement. Dans les échantillons prélevés pour la mesure de la turbidité, la turbidité devrait rester inférieure ou égale à 0,3 NTU pour au moins 95 % de ceux prélevés au cours d’un mois. Si un système public d’eau potable utilise une filtration autre que la floculation ou la filtration directe, ils sont soumis à leur limite d’état individuelle, mais même ces systèmes ne doivent pas dépasser un niveau de turbidité de 5 NTU. En général, les services publics essaient de maintenir un niveau de turbidité d’environ 0,1 NTU.

Méthodes analytiques

Les méthodes d’essai analytiques publiées pour la turbidité incluent :

• Méthode US EPA No. 180.1, « Turbidité »
• ISO 7027 « Qualité de l’eau : détermination de la turbidité »
• « Méthodes standard », n° 2130B.
• De nombreuses méthodes ASTM

Néphalomètres et turbidimètres

Dans cette discussion, nous nous concentrerons sur l’utilisation de néphélomètres et de turbidimètres pour analyser la turbidité dans l’eau potable ainsi que dans les applications environnementales et industrielles. La différence entre les deux est subtile. Si le détecteur de lumière est à un angle de 90° par rapport à la source lumineuse, le posemètre est considéré comme un néphélomètre, s’il est à un angle de 180°, c’est un turbidimètre. Comme la ou les sources lumineuses de la plupart des compteurs portables contiennent les deux types de détecteurs, les posemètres sont généralement appelés turbidimètres.

Comme mentionné précédemment, la mesure de la turbidité dans l’eau potable est importante car les bactéries peuvent utiliser les particules en suspension pour « se cacher » des produits chimiques utilisés par les services publics lors de la désinfection. Les particules elles-mêmes interagissent également avec les désinfectants, ce qui rend difficile le maintien d’un résidu suffisamment élevé pour neutraliser efficacement les agents pathogènes présents.

Un sonomètre de turbidité avec un design ISO spécifié utilise une LED infrarouge (IR-LED) d’une longueur d’onde de 860 nm et un chemin de lumière collimé requis pour les méthodes : ISO 7027/DIN EN 27027 (EN ISO 7027).

Les mesurateurs de turbidité avec des conceptions spécifiées par l’EPA utilisent une lampe à incandescence de type tungstène et sont nécessaires pour l’échantillonnage de conformité selon la méthode EPA 180.1 pour la détermination de la turbidité par néphélométrie, qui stipule :

« Les différences dans la conception physique des turbidimètres entraîneront des différences dans les valeurs mesurées de turbidité, même si la même suspension est utilisée pour l’étalonnage. Pour minimiser ces différences, les critères de conception suivants doivent être respectés :

1. Source lumineuse : Lampe au tungstène fonctionnant à une température de couleur comprise entre 2200 et 3000°K.
2. Distance parcourue par la lumière incidente et la lumière diffusée à l’intérieur du tube d’échantillon : Totale ne pas dépasser 10 cm.
3. Détecteur : Centré à 90° par rapport au chemin de la lumière incidente et ne pas dépasser ±30° à partir de 90°. Le détecteur, et le système de filtrage s’ils sont utilisés, doivent avoir une réponse de pic spectrale comprise entre 400 nm et 600 nm.

La sensibilité de l’instrument devrait permettre de détecter une différence de turbidité de 0,02 NTU ou moins dans les eaux ayant des turbidités inférieures à 1 unité. L’instrument doit mesurer une turbidité de 0 à 40 unités. Plusieurs plages de distance peuvent être nécessaires pour obtenir à la fois une couverture adéquate et une sensibilité suffisante pour les turbidités faibles. »

Il est important de déterminer quel type de jauge utiliser avant d’acheter. Une entreprise d’eau potable qui doit se conformer à la méthode EPA 180.1 doit utiliser un néphélomètre de type tungstène. Pour la plupart des autres applications, il convient d’utiliser un turbidimètre ISO de type IR-LED.

La raison en est qu’une source de lumière infrarouge minimise ou peut éventuellement éliminer l’influence de la coloration dans un échantillon. Celles-ci peuvent perdre une certaine sensibilité aux particules plus petites à cette longueur d’onde de 860 nm car ces particules ont tendance à diffuser moins de lumière à 860 nm qu’aux longueurs d’onde visibles. Le mesureur « lumière blanche » de type tungstène aura une sensibilité plus élevée pour ces petites particules, mais perdra en précision lorsque l’échantillon contient de la couleur.

Il est important de se rappeler qu’avec les deux types de mesureurs de turbidité portables, les particules flottantes et en mouvement peuvent provoquer de légères déviations de mesure. Pour que ces mesureurs offrent les meilleurs résultats possibles, il faut toujours mesurer l’échantillon immédiatement, car les particules se déposent avec le temps. Il est préférable de maintenir une température constante de la lampe en ne mettant pas fréquemment le compteur entre les échantillons d’analyse. De plus, la position sur les cellules de l’échantillon doit être marquée lorsqu’elles sont placées dans la chambre d’échantillonnage afin d’éliminer les variations dans les fioles en verre.

Échantillonnage, calibration et analyse

Pour les besoins de cette discussion, le compteur de turbidité LaMotte 2020we/wi sera utilisé comme exemple. La plupart des glucomètres portables suivent des procédures similaires pour l’étalonnage et les tests. Il est important de toujours suivre les recommandations du fabricant pour l’utilisation, l’entretien et le stockage du compteur.

Le compteur devrait être accompagné d’un ensemble de normes de turbidité. Si ce n’est pas le cas, alors achetez les normes recommandées par le fabricant pour cette unité. Les compteurs we/wi 202020 sont livrés avec une norme vierge, ou 0 TU, une norme 1 NTU et une norme 10 NTU. Des normes supplémentaires au niveau NTU peuvent être achetées séparément. Choisissez toujours des étalons proches de la plage d’échantillons de turbidité à tester. Pour obtenir les résultats les plus précis, choisissez des standards sur la plus petite plage possible. Le posemètre doit être calibré au moins une fois par mois, mais l’étalonnage doit être vérifié quotidiennement pour s’assurer qu’il reste exact. Une vérification peut être effectuée en scannant un échantillon de l’un des étalons pour vérifier que le compteur indique toujours « exact ».

Le test de la turbidité dans les systèmes d’eau réglementés est une étape cruciale pour garantir la conformité et l’efficacité du traitement. Les meilleurs résultats sont obtenus par une attention attentive à la procédure et à la technique. L’entretien des équipements, y compris le compteur, les tubes et la chambre d’échantillonnage, ainsi qu’une manipulation soigneuse des échantillons, minimisera les interférences et fournira les résultats les plus précis. Vérifiez périodiquement la chambre d’échantillonnage dans le compteur pour vérifier si des rayures sont survenues. Si c’est le cas, faites remplacer la chambre dès que possible. Il en va de même pour les tubes échantillons s’ils sont rayés. L’application d’huile de silicone sur des surfaces de verre rayées n’est pas recommandée car cela peut produire une surface d’huile inégale sur le tube et modifier les lectures finales.

Peu importe la qualité de la conception d’un posemètre, il ne peut fonctionner correctement que si l’on fait attention à ces détails et qu’on suit les calibrations appropriées.