La surveillance du milieu repose de plus en plus souvent sur l'analyse de terrain. Soit sur des mesures ponctuelles et/ou occasionnelles, soit sur des mesures périodiques de quelques jours ou quelques semaines en laissant un appareillage à poste fixe. Fiables, précis et parfois communicants, leur autonomie bénéficie des derniers progrès de la microélectronique. L?enregistrement des conditions de mesure garantit leur qualité et leur traçabilité.
Les agents qui interviennent sur le terrain veulent des appareils pratiques, faciles à utiliser et surtout avoir la garantie que les mesures réalisées le sont dans de bonnes conditions : sondes fonctionnelles et calibrées, relevé de la date et de l'heure de mesure, éventuellement la position exacte du lieu où s'est déroulée la mesure.
Le suivi d'un milieu demande des mesures répétées et les déplacements de personnels sont coûteux, autant les fiabiliser.
Prosensor
L’enregistreur de conductivité HOBO U24-001 commercialisé par Prosensor est adapté à la mesure et au contrôle des impacts des polluants tels que les rejets, les fuites chimiques et les intrusions d’eau salée dans les écosystèmes aquatiques. Un assistant permet d’appliquer une compensation des données de conductance absolue issues d’un enregistreur U24. L’enregistreur peut mémoriser deux types de données : les échantillons et les événements.
La mesure par analyseur multiparamètre de terrain fournit un résultat immédiat, sans la lourdeur d’un processus classique avec prise d’échantillon et analyse en laboratoire. Ce dernier schéma, imposé pour des questions réglementaires, exigé pour des questions de sensibilité, n’est pas comparable à la mesure sur le terrain. Mais les progrès des performances des sondes pourraient faire bouger les lignes.
Mesures de terrain : des besoins satisfaits
Les demandes en matière de mesures de terrain sont aujourd’hui pleinement satisfaites par l’éventail de produits disponibles sur le marché. Ils intègrent pratiquement tous les avancées de la micro-électronique et de la numérisation des données. Ce point est particulièrement important pour la fiabilité des mesures : en numérisant au niveau de l’électrode elle-même les différentes données de mesure (valeur mesurée, type de sonde et ses caractéristiques, données d’étalonnage, paramètres divers), on ne risque plus d’altération du signal au long du câble reliant la tête de mesure au boîtier de lecture.
Les paramètres les plus fréquents sont la température (en tant que telle et comme facteur de correction vis-à-vis d’autres paramètres), la conductivité, le pH, le potentiel redox, la teneur en oxygène, la pression. Avec cette série on dispose d’un bon aperçu de la qualité d’une eau. La conductivité pourra s’exprimer en unités de conductivité ou en salinité globale. D’autres paramètres sont disponibles : la turbidité, la matière organique, la chlorophylle, les cyanobactéries, certains sels comme les nitrates, l’ammonium, etc.
Les besoins à couvrir sont très variables en termes de paramètres à analyser (nature et nombre) et de conditions de mesure (température, altitude) : mesures en torrents, rivières, retenues d’eau, en souterrain, dans des piézomètres ou sur un navire. Les fournisseurs comme Hach-Lange, Hanna Instruments, Aqualyse, Anhydre, Bamo Mesures, Ponsel, Heito, Mettler Toledo, Izitec, WTW, Sdec, Prosensor ou encore Macherey-Nagel et Equipements Scientific ont tous à leur catalogue une variété d’électrodes pour les différents paramètres à mesurer (y compris sur des gammes à mesurer pour un même paramètre) et de têtes de mesure. Celles-ci sont fixes avec deux ou trois sondes imposées ou polyvalentes sur lesquelles on viendra connecter les sondes correspondant aux paramètres que l’on a choisis. Exemple de ces sondes polyvalentes lancées en 2013 : ExO, une plateforme multiparamètre de surveillance de la qualité des eaux de YSI, société membre du groupe Xylem Analytics et commercialisée par Anhydre. « Tout est numérisé au niveau
Une sonde de qualité de l'eau sur le réseau
La mesure par sonde est bien pratique en regard des procédures classiques avec prise d’échantillons : mesure en continu ou à pas de temps rapide, résultat immédiat pour des réactions rapides au plus près d'un incident. L'idée fait son chemin dans le domaine de l'eau potable, particulièrement la distribution et dans le grand mouvement de « réseau intelligent ». Sur un réseau, les paramètres physiques de flux, débit, pression sont suivis depuis longtemps ; il n’en est pas de même pour la qualité de l'eau qui circule dans le tuyau. Endetec (Groupe Veolia) a développé la sonde KAPTA™ 3000 AC4 pour sa dernière version, sonde multiparamètre pour le chlore (hypochlorite de 0,01 à 2,0 mg/L), la conductivité (50 à 1000 µS/cm), la pression (0 à 10 bar) et la température. Un capteur entièrement autonome (batterie pour 2 ans) sans besoin de recalibration (stabilité en place de 18 mois au moins) transmet ses informations au travers d’un boîtier GSM ; l’interface spécifique Fusion a été développée pour lire les données de manière sécurisée. La sonde s’installe sur une canalisation par piquage en charge avec une bride et une vanne. Tout le secret est dans le capteur de chlore intégré directement sur une puce silicium. « Il suffit d'une sonde tous les 3 à 10 km aux endroits stratégiques du réseau. On suit en continu les différents paramètres et l'on peut déclencher une alerte pour toutes valeurs anormales sortant d'une fourchette ou de percentiles hebdomadaires habituels connus. Une variation de pression pourra révéler un manque d’approvisionnement du réseau, une fuite ou une prise d'eau non attendue, le suivi du chlore permettra de détecter une pollution inattendue (fouling) ou l’effet d'une intervention sur le réseau », explique Yves De Coulon, CEO de NEROXIS, entité d’Endetec et concepteur de la sonde. Elle commence à être déployée dans l’ouest de la France, à Londres, Melbourne, Shanghai ; bientôt un millier de sondes seront en place. La mesure directe en charge, en ligne sans dérivation, pourrait concerner d'autres paramètres grâce à l'utilisation d’innovations technologiques comme des capteurs intégrés sur silicium.
Le capteur peut être placé indifféremment sur une des positions de la sonde. Il est reconnu et ses informations prises en compte automatiquement. Un système antifouling intégré permet une collecte de données jusqu’à 90 jours sans entretien, précise Christian Haritchabalet d’Anhydre, société qui commercialise différentes marques d’appareils. Deux versions de sondes ExO1 à 4 connexions et ExO2 à 6 connexions existent, et la gamme de capteurs est vaste. Les capteurs peuvent être déconnectés et reconnectés sous l'eau et résistent à une profondeur de 250 m. Pour des usages plus limités, YSI propose le Pro Plus, enregistreur de terrain à combinaison multiple de capteurs (jusqu’à 4 pour la version Quatro) remplaçable sur le terrain.
Bamo, avec AquaProbe AP2000, propose une sonde à quatre emplacements de capteurs pouvant mesurer jusqu’à 8 paramètres (électrodes combinées) à partir desquels 5 autres peuvent être calculés. « Comme pour toutes les technologies, la précision des capteurs dépend de la qualité de l’étalonnage », explique Pierre-Yves Bichon, responsable produit analyse chez Bamo Mesures. « Pour les paramètres de base comme l'oxygène dissous optique ou le pH, Bamo commercialise une solution Rapid-Cal™ qui, en une étape, permet d’étalonner le pH, le zéro de l’oxygène dissous, le zéro de la turbidité et fournit un point de comparaison pour la conductivité électrique. Pour les capteurs optiques, leur précision est suffisante en station d’alerte pour déclencher un prélèvement avec analyse de comptage pour les cyanobactéries, par exemple, dans les étendues d’eau avec baignade publique. »
Les sondes AP2000 ont un diamètre de 42 mm et sont utilisables aussi bien dans les puits de forage que dans les piézomètres de nappes phréatiques. Une sonde AP2000 couplée à un enregistreur peut enregistrer les performances du procédé d’épuration pour les stations où aucun personnel n'est présent en permanence. Une exploitation ultérieure des données enregistrées permet de comprendre les aléas spécifiques de fonctionnement d'une station de traitement d'eau. L’autonomie d’enregistrement peut s’étendre sur plusieurs mois, selon la fréquence d’acquisitions paramétrée. Par ailleurs, il est maintenant possible de raccorder la sonde AP2000 à un convertisseur de données ConvertProbe. La transmission des données se fait par une interface RS485 avec le protocole SDI12, ainsi que par 8 sorties tension configurées d'usine. Un capteur barométrique inclus dans le convertisseur permet la compensation des mesures concernées. Les données sont mises à jour toutes les 2 secondes. Le système tiers (automate programmable, logger GSM/GPRS, coffret de télégestion,...) reçoit les informations et les gère selon ses propres consignes.
Le mode d’exploitation mis en place.
À noter que SDEC est également revendeur de la gamme de mesure Aquaread, composée des sondes Aquaprobe AP-2000, AP-5000, AP-7000, AP-Lite, et du boîtier de lecture Aquameter AM200 de même que des matériels Hach-Lange et Hanna Instruments afin de proposer des solutions techniques adaptées à tous les cas de figure.
Ces appareils intègrent la localisation GPS. On retrouve cette fonctionnalité sur le HI 9829 de Hanna Instruments qui reçoit des sondes modulables pour mesurer jusqu’à 14 paramètres. Hanna propose également des sondes autonomes pour une acquisition automatique de données. Horiba, sur sa série U-50, propose la mesure de 11 paramètres et la possibilité de localisation GPS présente également sur le U-20XD plus sommaire avec deux types de sonde à capteurs interchangeables. Le Professional Plus d’Aqualyse est un système qui permet toutes les combinaisons de sondes, câbles et accessoires, le même boîtier reçoit un seul type de sonde à la fois. Il est donc réservé à des utilisations plus ciblées.
De son côté, Ponsel (Groupe Aqualabo) a lancé à Pollutec 2012 son Tripod mesurant jusqu’à 11 paramètres simultanément. La sonde supporte trois capteurs à choisir lors de la constitution de la sonde. Elle est raccordable au boîtier Odeon ou intégrée à d’autres systèmes utilisant une communication Modbus RS485 ou SDI12. Sur cette sonde, les capteurs de pH et la pastille active de mesure de l’oxygène dissous sont changeables indépendamment de l’électronique ce qui abaisse les coûts (moins de 3000 € pour une version de base). La sonde Tripod peut se connecter à un préleveur d’échantillon ISCO qui prendra en charge l’enregistrement des données. Ponsel fournit à ses clients les trames de communication pour qu’ils utilisent leur propre centrale d’acquisition (via une entrée RS485 ou SDI12). La société lancera dans quelques mois un photomètre de terrain Photopod, multillongueur d’ondes connectable à l’Odeon ce qui en fera une offre portable unique combinant de la physico-chimie numérique et un photomètre. Il sera livré avec des kits de réactifs produits en France par Orchidis Laboratoire (Groupe Aqualabo).
Robustes et polyvalents, les appareils de la gamme SevenGo Duo pro de Mettler Toledo sont des instruments de mesure à 2 voies portables, IP67, pour la déter-
La manipulation est facilitée grâce à un affichage rétroéclairé intuitif. Ils sont dotés d'une gestion intelligente et sécurisée des capteurs par la technologie ISM® (Intelligent Sensor Management). Ils permettent la gestion de 500 enregistrements en BPL avec date, heure, identifiant et numéro de série du capteur, identifiant de l'utilisateur et de l'échantillon. Une interface infrarouge sans contact permet le transfert des données vers une imprimante ou un PC. Ils bénéficient d'une mesure de l’oxygène dissous par technologie optique RDO® et d'une résolution pH à 0,001 pH avec étalonnage en 5 points, linéaire ou segmenté, avec 7 groupes de tampons prédéfinis et un groupe de tampons personnalisable par l'utilisateur.
Aquacontrol représente de son côté la marque B&C Electronics qui a développé une base de données multiparamètres étanche comprenant les capteurs, cartes électroniques et batterie en une sonde compacte. Le microprocesseur intégré transmet données et messages des capteurs via une sortie RS 485. Les données peuvent être affichées localement ou transmises à un ordinateur distant par une connexion modem. La transmission des données a été conçue la plus flexible possible, permettant l'utilisation soit du logiciel B&C Electronics, soit du propre programme de l'utilisateur, soit d’un logiciel d’analyse de donnée du commerce.
La communication en Modbus est proposée à la demande. Le logiciel de la sonde permet l'affichage et l'étalonnage des données suivantes : identification du code de la sonde et du logiciel installé, niveau de charge de la batterie interne, niveau de stockage des données (mémoire utilisée et libre), date et heure, lecture des valeurs mesurées, stockage des données selon l'acquisition en mode fréquence de temps ou en mode niveau de profondeur, marche/arrêt et stand-by.
Des fonctionnalités avancées
Le boîtier de lecture est plus ou moins compliqué selon les constructeurs et la nature des besoins en mesures. Il comporte un écran lumineux d’affichage et des touches de navigation dans les différents menus lors des mesures, des changements de sondes et pour la restitution des données, généralement sur un ordinateur portable avec la plupart du temps un câble USB devenu un standard de connexion. Dans ce boîtier se trouve la capacité de mémoire pour l’enregistrement des données, une horloge qui fournit à la fois l'heure et la base de temps pour le cadencement des mesures lorsqu’on laisse un appareil à demeure. Il comporte parfois un GPS pour relever la position, mais cette demande n’est pas très développée.
Une alternative au GPS si les mesures sont faites sur un parcours régulier : à chaque point d’analyse une étiquette électronique
avec lecture de proximité est fixée, reconnue par le boîtier ; une solution simple appelée Fast Track chez Hanna Instruments.
L'autonomie dépendra de la capacité de ceux-ci mais surtout de la consommation des circuits électroniques au niveau du boîtier (affichage notamment) et dans une moindre mesure, des sondes. « Les progrès enregistrés en communication pour les appareils portables se retrouvent dans ces boîtiers » remarque Christian Haritchabalet de Anhydre. Autre point qui émerge avec la numérisation, la question de la mise à jour des logiciels internes au boîtier. En effet, les boîtiers ont, a priori, une durée de vie plus importante que celle des sondes. On pourra donc voir arriver de nouvelles générations de sondes, plus élaborées que l'appareil qui devra cependant continuer à pouvoir les reconnaître pour les exploiter correctement. La plupart des constructeurs prévoient cette aptitude à la mise à jour.
Autre point à ne pas négliger : que ce soit sur les sondes, le câble ou le boîtier, la qualité de la connectique est essentielle à une bonne mesure et à la pérennité du matériel.
