L'analyse en ligne permet de mieux contrôler la qualité des rejets et de mieux surveiller l'environnement. En mesurant en continu les différents paramètres de l'eau au bord de bassin, il devient également possible d'optimiser les procédés de traitement. Avec au final, la réalisation d'économies sur les postes de produits de conditionnement, sur les gaz d'aération et d'oxygénation et sur l'énergie. Forts de ce constat, les traiteurs d'eau s'équipent.
Optimisation des procédés d’épuration, sécurisation des installations, autosurveillance de la qualité des rejets, surveillance de l’environnement... Sont autant de tâches qui peuvent être assurées par un analyseur en ligne. Ces automates intègrent un ou plusieurs systèmes d’analyses adaptés à la mesure du ou des paramètres à doser.
Dans le secteur de l’eau, les premiers analyseurs en ligne sont apparus voici une vingtaine d’années. Ils étaient construits à partir d’analyseurs disponibles sur le marché, assemblés autour d’une architecture d’automatisme permettant de transporter l’échantillon du milieu à surveiller jusqu’à l’analyseur puis de faire automatiquement l’analyse. Ces premiers appareils avaient la réputation d’être coûteux à l’achat mais aussi à l’usage car ils nécessitaient beaucoup de maintenance. Progressivement, les exigences des exploitants pour mieux surveiller leur process de traitement et la qualité de leurs rejets ont fait évoluer les équipements. Ces équipements intègrent aujourd’hui les dernières évolutions en matière d’analyse industrielle, d’automatismes, de systèmes de communication...
Plus fiables, plus résistants et communicants.
Ils demandent moins de maintenance et leur résistance aux contraintes environnementales autorise une installation et un fonctionnement en bord de bassin tout en étant reliés au système de contrôle-commande du site.
Des appareils plus robustes
C’est bien là l'une des principales évolutions rencontrées ces dernières années. L'exploitant n’a plus besoin de faire construire un local hors gel pour les analyseurs, puis amener l'effluent dans ce bâtiment pour pouvoir l'analyser. Aujourd'hui, c'est moins coûteux : l'installation est directement réalisée en bord de bassin dans un boîtier étanche, pouvant être verrouillé, résistant aux intempéries et à une exposition prolongée au soleil ou au froid. La faible distance entre la partie immergée et l'analyseur autorise des prélèvements courts. Et la réduction de la taille des divers composants de l'instrument facilite le regroupement des parties échantillonnage et analyse, dans un même système, offrant ainsi une solution d'analyse clé en main. De plus, la diminution du diamètre des tuyaux de transfert de l'échantillon conduit à réduire le volume mort et à diminuer la quantité de réactif nécessaire.
Cette tendance est visible chez la plupart des fabricants d’analyseurs. Comme chez Hach Lange qui commercialise depuis deux ans une nouvelle ligne d’analyseurs en bord de bassin. Elle se compose pour l'instant de deux analyseurs pour la mesure de l'ammonium (NH₄-N) et des phosphates (PO₄-P). Associés au contrôleur SC 1000, ils apportent une solution communicante pour optimiser non seulement la mesure et le procédé de traitement des effluents, mais aussi la maintenance des appareils (voir EIN décembre 2005).
Moins de maintenance aussi chez Swan, qui propose un photomètre en ligne pour mesurer automatiquement les orthophosphates présents dans l'eau. L’appareil mesure leur concentration par photométrie en respectant le principe de mesure ASTM, au bleu de molybdate. Une nouvelle formule chimique élimine les interférences avec la silice et augmente jusqu’à huit semaines la durée de vie des réactifs. Les 1 500 dernières mesures sont stockées par l'appareil ainsi que les procédures principales et les données d’étalonnage. Swan propose également bien d'autres analyseurs qui permettent le suivi de nombreux paramètres tels que la turbidité, le pH, l’oxygène dissous, la conductivité, l’ammonium, les nitrates, les orthophosphates, etc.
conductivité, l’ammonium, les nitrates, etc.
Par ailleurs, Swan Systems Engineering, filiale du groupe Swan, propose la réalisation d’ensembles complets d’échantillonnage et d’analyse spécifiquement adaptés aux besoins des utilisateurs et des exploitants.
De son côté, DTLI Datalink Instruments a développé une gamme d’analyseurs UV et colorimétriques pour servir les besoins de mesures rapides et fiables sur tous types d’eaux. En station d’épuration, les analyseurs sont protégés par un coffret IP65 qui garantit le maintien des meilleures conditions de mesure, quelles que soient les situations environnementales. Ils peuvent ainsi être installés en extérieur.
Tous les analyseurs utilisent des tuyaux de grand diamètre et bénéficient d’un système de nettoyage automatique. La totale fiabilité des résultats même dans les eaux très chargées en entrée de station d’épuration est ainsi garantie sans risque de colmatage. L’ammoniaque est mesuré par spectrométrie UV en moins de deux minutes sans filtration sur eau brute en épuration. Les phosphates sont mesurés par colorimétrie (méthode au molybdate) sans aucune filtration en moins de six minutes. Les nitrates et la DCO sont mesurés par absorption UV par sonde in-situ ou par cellule à passage selon les spécifications du site. Les hydrocarbures sont analysés par fluorescence UV en moins de 30 secondes et sans filtration.
La maintenance est ainsi limitée au remplacement des solutions de nettoyage ou des réactifs (colorimétrie) une fois par mois. Il n’y a aucune contrainte lourde du fait de l’absence de systèmes de filtration.
Tous les analyseurs peuvent recevoir des sondes pour la mesure des paramètres physico-chimiques tels que pH, conductivité, température, oxygène dissous... Ils communiquent par liaison analogique et bus numérique avec leur environnement.
Tethys Instruments, spécialisée dans la spectroscopie UV, a lancé en septembre dernier un analyseur multiparamètres UV400. En plus de ses paramètres classiques utilisant la spectroscopie UV (ammoniaque, nitrates, matières organiques, hydrocarbures dissous et H2S), l’analyseur peut aussi intégrer dans un même appareil très compact des paramètres physicochimiques (température, pH, conductivité et oxygène dissous) et organoleptiques (couleur et turbidité). Cet analyseur offre beaucoup de possibilités et ses applications sont déjà nombreuses : ammoniaque et nitrates (traitement biologique sur une eau chargée en sels) ; hydrocarbures, pH et conductivité (station de désalinisation) ; COD et turbidité avec multiplexage à 4 voies (station d’épuration).
Une de ces spécificités tient aussi à la mise en œuvre originale de leur méthode de mesure qui ne nécessite aucun pré-traitement ou filtration de l’échantillon. En plus de ne pas altérer l’échantillon, cette solution limite grandement la maintenance. Tethys Instruments travaille sur de nouveaux moyens de communication et prévoit le lancement de la communication par USB pour le deuxième trimestre de cette année.
Une maintenance plus légère également chez Proanatec qui commercialise en France le ProAM, le nouvel instrument de mesure d’ammoniac/ammonium élaboré par PPM. Il utilise une technique éprouvée et reconnue avec une conception qui optimise la fiabilité et la simplicité de fonctionnement. La mesure de l’ammoniac se fait, au choix, en continu ou par intervalle sur des eaux propres ou des eaux usées contenant jusqu’à 200 mg/l de matières en suspension, ceci sans filtration.
L’analyseur se calibre automatiquement sur deux étalons de concentration connue et s’auto-nettoie à l’acide pour enlever tout dépôt de calcaire et stopper toute croissance biologique. Le principe de fonctionnement utilise une électrode spécifique et une régulation en température de l’échantillon par échangeur thermique pour obtenir la mesure la plus précise possible. Proanatec propose également la gamme ProTOC, dédiée aux mesures de COT en continu entièrement automatisées. Hach Lange propose de son côté deux modèles de COT-mètres utilisant deux méthodes de conditionnement.
La robustesse est également à l’honneur chez Anael qui, à l'aide de l’analyseur Sentinel, analyse automatiquement la qualité de l'eau. La solution retenue utilise des électrodes spécifiques et réalise soit une mesure directe, soit une mesure par ajouts dosés pour supprimer les interférences éventuelles de la matrice et les dérives de l’électrode.
L’appareil peut aussi bien être utilisé sur des eaux naturelles ou potables ou encore sur des eaux usées urbaines ou industrielles. Il est capable de mesurer de nombreux paramètres parmi lesquels les acides et les bases, l'ammoniaque, le phosphate, les nitrates, les nitrites, les métaux, les métaux lourds… Ici, le prélèvement de l’échantillon est réalisé via le circuit d’échantillonnage (à gros tuyau) qui utilise une vanne unique, ce qui permet d'accepter les fluides chargés. L’appareil dispose de nombreuses interfaces d’entrées/sorties pour se raccorder au procédé. De plus, la mémorisation locale des 120 dernières mesures, des 20 derniers étalonnages et la gestion des alarmes (niveau, réactif, présence d’échantillon, dépassement des valeurs limites d’analyse…) garantissent les résultats d’analyse en cas de problème de transmission.
Dernièrement, l’entreprise a présenté le QuickCOD, un analyseur en ligne multiparamètres pour la mesure de la DCO (100 à 150 000 mg/l sans dilution), du COT (10 ppb à 50 000 mg/l sans dilution) et de l'azote total (0 à 4 000 mg).
tionnement – filtration avec Filtrax ou homogénéisation avec Sigmatax – et deux méthodes d'oxydation UV persulfate (Astro TOC) ou persulfate à chaud (Toctax), pour répondre au mieux aux larges applications du COT : charge organique dissoute ou corrélation avec la DCO sur rejets par exemple.
C’est une méthode optique et plus particulièrement un système breveté de modulation du signal par cellule rotative qui a été retenu par Horiba sur son OPSA-150. Destiné à contrôler le taux de matières organiques dans les eaux de consommation et les eaux usées, l'appareil mesure la DCO et la turbidité par absorbance dans l’UV et le visible de deux trajectoires lumineuses (une référence et une mesure) aux deux longueurs d’onde. Il est équipé d'un système autonettoyant et d’un chemin optique variable permettant la correction des variations du signal liées à l'encrassement éventuel des cellules et aux pertes progressives d’énergie de la lampe, d’où une bonne stabilité du zéro et des réglages.
Grâce à sa technologie basée sur la détection des polluants de l'eau par absorption UV, Secomam propose une solution d'analyse en ligne puissante et économique. Sans réactif, l'IXO 510 analyse le spectre d'absorption de l'échantillon et permet d'estimer simultanément en une minute plusieurs paramètres pour une prise de décision rapide dans la gestion de la qualité de l'eau. Les analyseurs IXO 510 équipent les stations d'épuration ainsi que les stations de surveillance et d'alerte en milieu naturel ou industriel.
Coupler les méthodes pour analyser plusieurs paramètres
Entièrement automatique, le système QuickCOD associe oxydation thermique et analyse sur détecteurs multiples. Cette technique présente l'intérêt d'utiliser très peu de réactifs et de consommables. L’échantillon prélevé sans filtration est oxydé à 1 200 °C sans catalyseur. À cette température, la combustion de l’échantillon est complète quelle que soit la composition de la matrice. Après combustion, le gaz est dirigé à travers un condenseur maintenu à 4 °C puis envoyé sur une cellule au zirconium pour la mesure de la DCO, ou vers un détecteur en proche infrarouge pour la mesure du COT, l'analyse de l'azote total étant réalisée par chimiluminescence.
L’appareil intègre un enregistrement sur 30 jours des valeurs d’analyses, d'étalonnage et des éventuelles modifications de programme. Un principe similaire, mais avec une oxydation catalytique à 680 °C, est également utilisé par le TOC 4100 de Shimadzu, un analyseur en ligne de COT et d'azote total. De la même façon, Tethys Instruments et Datalink proposent une gamme complète d’analyseurs concernant de nombreux paramètres : ammoniaque, DCO, nitrates, phosphates, etc. Seres Environnement a récemment mis au point son dernier analyseur multiparamètres, AE 700, utilisable sur tout type d'eau. Il est équipé d'un PC à écran tactile avec le système d’exploitation WinCE.Net. L’accent a été mis sur la supervision qui permet la gestion des paramètres, des voies et des cycles de mesure, le routage des informations vers l’extérieur.
Une étape préalable d’oxydation de l’échantillon.
Toute la problématique de l’analyse s’exprime lorsqu’on veut mesurer simultanément plusieurs paramètres présents à de très faibles concentrations comme les substances organiques présentes dans l’eau à des niveaux de sensibilité de quelques dixièmes à quelques microgrammes par litre selon les substances. Présenté par Hocer, l’Aquapod réalise une analyse complète en une demi-heure. Cet appareil qui associe la concentration de polluants sur résines puis leur analyse par spectrométrie UV délivre des mesures en comparaison à la déconvolution du spectre normal de l’eau. Cet équipement peut ainsi détecter et identifier les micropollutions aux pesticides (triazines, urées substituées, organophosphorés…), aux hydrocarbures (gazole, essence, SP, kérosène…), aux produits industriels (HAP, phénols, BTX…) ou autres (microcystines, lisiers, rejets de STEP).
Sistec a lancé TOCOR 700 th/UV, un analyseur de polluant inconnu. Cet appareil associe un réacteur thermique permettant à la matrice d’exprimer l’ensemble des molécules polluantes, ces dernières étant ensuite identifiées par spectrométrie UV.
D’autres principes de mesure ont été retenus par EFS sur son analyseur en ligne multiparamètres Optilis. Sur cet appareil, l’analyse est basée sur une mesure physique par spectrophotométrie (pour les matières organiques) et potentiométrique (pour déterminer les paramètres physico-chimiques). L’intérêt de ces techniques est double : l’appareil modulaire peut mesurer de 1 à 12 paramètres simultanément, et les analyses n’entraînent aucune préparation ni traitement de l’échantillon. Les paramètres à mesurer sont intégrés dans l’appareil en fonction des besoins métrologiques. Ils sont à retenir parmi des paramètres globaux (pollution organique, MES, turbidité, couleur), des polluants spécifiques (nitrates) ou encore des paramètres physico-chimiques (pH, Redox, température, conductivité ou oxygène dissous).
La construction d’appareils à partir de modules permettant d’adapter l’analyse aux besoins de l’exploitant est bien une tendance.
Adapter l’analyseur aux besoins de l’exploitant
Cette approche est retenue par Endress+Hauser sur sa station de surveillance CE4. Flexible et modulaire, l’équipement fourni clé en mains est livré équipé pour le stockage des données, le chargement des séquences de mesure et la gestion des actions périodiques (calibrage, zéro…). Il a été conçu pour être simple d’utilisation, évolutif, avec un coût d’exploitation réduit. Disponible aujourd’hui pour la mesure de tous les paramètres chimiques de l’eau, il sera très prochainement complété par les mesures de COT, DCO, azote total et phosphore total qui demandent encore un principe de mesure en fonction de la précision souhaitée.
Pour la mesure en ligne de plusieurs paramètres à choisir en fonction de ses besoins. Le système est livré avec une ligne de prélèvement d’échantillon, un système d’acquisition et de traitement de données, la régulation et la transmission des données via plusieurs types de connexions dont le bus de terrain Profibus.
ABB a également mis au point une gamme d'appareils d'analyse très étendue dont le but est de garantir le respect de normes de qualité et d'assurer une efficacité totale au cours des différentes phases du cycle hydrologique : prélèvement, traitement, distribution et traitement des effluents. Les appareils de cette gamme sont conçus pour permettre la réalisation de stations fixes ou mobiles in-situ ou à distance, avec ou sans personnel de conduite.
En décembre 2006, Emerson Process a annoncé le lancement d'une nouvelle plate-forme d’analyse liquide, le Model 1056, sur laquelle l'exploitant pourra choisir ses paramètres parmi ceux qui lui sont proposés. Cet équipement est doté d’outils d’autosurveillance et de diagnostic prédictif embarqués simplifiant la maintenance du système. Et c’est bien là une tendance observée en analyse en ligne industrielle qui devrait à coup sûr profiter à l'analyse environnementale.
Actuellement aux États-Unis, le NeSSI® supporté par de nombreux constructeurs comme ABB, Emerson, Yokogawa, Siemens... est en train de développer une standardisation de briques, permettant la construction d’analyseurs industriels flexibles intégrant des blocs de fonctions logiques mais aussi la communication via Ethernet industriel, Fieldbus Foundation, CANopen IS.
