Les stations d'alerte en amont de captages d'eau potable sont peu nombreuses en comparaison directe avec le nombre de captages mais couvrent une bonne partie de la population desservie par les eaux de surface. La préoccupation de santé est évidente. Avant, c'est la protection du captage et de l'usine de production qui est en jeu. Outre les classiques sondes spécifiques, le principe de mesure le plus courant est la mesure UV. Les mesures biologiques se développent. Un impératif : la fiabilité et la disponibilité à 100 %.
Réalisé par , Technoscope
Les stations d’alerte en amont de captages d’eau potable sont peu nombreuses en comparaison directe avec le nombre de captages mais couvrent une bonne partie de la population desservie par les eaux de surface. La préoccupation de santé est évidente. Avant, c’est la protection du captage et de l’usine de production qui est en jeu. Outre les classiques sondes spécifiques, le principe de mesure le plus courant est la mesure UV. Les mesures biologiques se développent. Un impératif : la fiabilité et la disponibilité à 100 %.
Toute eau n’est pas apte à devenir potable, il existe des limites réglementaires à l'utilisation d’une ressource. La distribution d’eau potable dépend d’abord de la disponibilité de la ressource. Des situations critiques d'inondation, sécheresse, déversements accidentels suppriment cette disponibilité. Tout exploitant d’installation de traitement a le souci d’assurer le service et en cas de perturbation, faire en sorte que celle-ci dure le moins longtemps possible. C'est parti-
C’est particulièrement vrai pour les eaux de surface (rivières, plans d’eau). D’où l’idée d’installer des stations d’alerte en amont des captages. Alerter de quoi, pourquoi, pour qui ? L’alerte portera sur le dépassement de la valeur d’un paramètre jugé critique vis-à-vis de la potabilisation, en regard des dangers locaux et de l’impact présumé. Pour être efficace, l’alerte doit laisser du temps pour prendre les décisions adéquates avec un préalable, vérifier l’exactitude de l’alerte ; il ne s’agit pas d’arrêter immédiatement des installations.
La station doit être représentative des dangers réels (choix des paramètres à mesurer) ; l’unité pertinente n’est alors pas la distance géométrique mais le temps de transit entre la station et le captage ; typiquement, deux heures pour des polluants chimiques et organiques. Les pollutions algales se développent plus lentement et l’alerte se compte plus en jours, anticipant l’occurrence d’un bloom algal.
L’alerte concerne d’abord l’intégrité des installations et par suite la santé humaine. La pollution annoncée ne doit pas pénétrer les installations pour ne pas les souiller, ce qui entraînerait une indisponibilité plus longue et des frais importants. « Changer 50 tonnes de charbon actif représente des dizaines de milliers d’euros. Il faut absolument éviter de polluer toute l’usine de potabilisation » affirme Hugues Haeffner, responsable des projets de protection de l’environnement chez Lyonnaise des Eaux.
Pour les eaux prélevées dans une nappe d’accompagnement, la priorité est la protection du milieu naturel : « arrêter le pompage le temps qu’une pollution s’évacue naturellement par le cours d’une rivière évite d’attirer les polluants au sein même du champ captant car les puits en pompage rabattent la nappe » explique Valérie Mandra, responsable de l’agence de production et maintenance SDEI sur Lyon qui précise aussi : « en cas de dépassement d’une valeur, donc de déclenchement d’alerte, nous commençons par valider la mesure (pas d’artefact) ensuite nous jugeons de la nécessité de déclencher telle ou telle procédure anticipée ».
Une station d’alerte ne se réduit pas à quelques capteurs, « c’est un ensemble de trois volets indissociables : matériel, maintenance, capacité d’exploitation des mesures » insiste Hugues Haeffner. Au-delà des capteurs sur place qui doivent être opérationnels à 100 % par leurs qualités propres
et leur entretien, il faut être sûr que l'alerte soit transmise (télécommunications) et arrive à la bonne personne. Sur le long terme, l'accumulation des mesures et des évènements permettra de développer une expertise locale des situations.
Le nombre actuel de stations d’alerte (pas de surveillance) est de l’ordre d'une centaine en France, ce qui peut paraître faible vu les 30 000 captages et 15 300 stations de traitement. L'important est de considérer les populations concernées (eaux de surface). Exemple, le Sedif dessert 4 millions d’habitants à partir des trois usines de Choisy-le-Roy (Seine), Neuilly-sur-Marne et Méry-sur-Oise qui disposent de quatre stations d’alerte. Nombre de grosses agglomérations en disposent également.
La mise en place d’une station de mesure n'est pas systématique. Elle se fait à l'initiative d'une collectivité qui souhaite un niveau élevé de sécurité, et de plus en plus dans le cadre de la mise en place des périmètres de protection et des DUP déclarations d’utilité publique les accompagnant ; les arrêtés préfectoraux peuvent imposer une station d’alerte. C’est le cas de la ville de Tours qui, dans le cadre d’une démarche réglementaire, installe une station à Rochecorbon en amont de Tours et du champ captant sur la nappe alluviale de la Loire (appel d’offres clos le 30 juin). Un projet d’environ 550 k€ (financé à moitié par l’Agence de l'eau Loire-Bretagne) incluant le bâtiment, le forage d’un puits et tout le matériel. « L’emplacement de la station et les paramètres mesurés ont fait l'objet de longues discussions avec les services de l'État, en fonction des dangers locaux. Nous sommes maîtres d'œuvre et nous avons préféré éclater le marché en plusieurs lots. Nous avons choisi les méthodes analytiques en écartant les méthodes colorimétriques pour des raisons de maintenance. Sur l’indicateur biologique nous restons très ouverts car il existe peu de systèmes » explique Philippe Mevelec au Service des Eaux de la ville. L’appel d'offres demande une évaluation des coûts prévisionnels d’exploitation (consommables, temps passé, renouvellements d’équipements) qui entrera dans la décision finale. L'aspect automatisation, transmission des données et leur exploitation est assuré par les services de la ville qui ont la compétence.
Quels paramètres mesurer ?
Les stations d’alerte mesurent les paramètres de base, pH, température, conductivité, oxygène dissous, turbidité, en standard. Bien souvent, la pollution organique est mesurée par le COT carbone organique total ainsi que la coloration. « Ensuite, en fonction des risques locaux, des paramètres plus spécifiques sont mesurés comme l'ammonium (marqueur de rejets urbains et de pollutions par lisier et autres déjections), les nitrates, les hydrocarbures, également certains métaux lourds » indique Caroline Renault, responsable du Centre d'instrumentation de Lyonnaise des Eaux.
À Tours, le cahier des charges demande la surveillance du fluor, en relation avec un établissement à risques ; ailleurs, ce peut être le cyanure. D'autres paramètres sont plus difficiles à mesurer : les pesticides car en faible teneur, et les paramètres biologiques. D’où l’importance de bien définir le besoin en mesure : faut-il de la précision ou seulement connaître un seuil d’alerte ; faut-il une mesure relativement précise utilisable par l'usine de potabilisation pour modifier ses conditions de marche (c’est le cas notamment lorsque le captage dispose d’un bassin de stockage) etc. Est-il intéressant de connaître la valeur d’un paramètre (mesure physico-chimique) ou estimer la toxicité par un dispositif biologique comme les poissons, ou des organismes plus petits comme les daphnies ? Une station d’alerte est un compromis entre différents besoins comme la vérification de l’efficacité des dispositifs d’épuration en comparant des mesures amont-aval.
La représentativité du point de prélèvement est aussi importante : où le situer, à quelle profondeur mesurer, éventuellement à plusieurs niveaux car on sait bien…
Ternay : alerte et surveillance
Installer une station d’alerte est un investissement conséquent. Autant rentabiliser un site. C’est ce que fait le Grand Lyon à Ternay à l’aval de l'agglomération. « La station remplit deux missions : alerte pour les deux syndicats intercommunaux de Rhône Sud et des Monts du Lyonnais de part et d’autre du fleuve, et évaluation patrimoniale de la qualité des eaux du Rhône. De plus, depuis trois ans, nous abritons des analyseurs dans le cadre du programme Rhodanos du pôle de compétitivité Axelera » indique Valérie Mandra de SDEI. Sept paramètres sont suivis : pH, COT, ammonium, turbidité, conductivité et oxygène dissous et un Truitosem auxquels s'ajoutent l'analyse de zinc, plomb, cuivre, nickel, chrome, cadmium par polarographie en ligne. Avec cette méthode ces métaux sont déterminés au microgramme par litre. C'est sans doute la seule station en France qui utilise en continu la polarographie.
Que les écoulements ne sont pas homogènes. Autres paramètres, le choix des formats de données et les possibilités de télécommunications pour éventuellement intégrer ces données dans un procédé de potabilisation. Autant de critères à préciser. Heureusement, l'offre des fabricants est conséquente, tant du côté des fabricants de capteurs et analyseurs que des sociétés qui fabriquent des stations. Les principes de mesure et les gammes de capteurs et d'appareils sont assez stables ces dernières années.
Bionef propose plusieurs appareils dont AlgaeGuard qui par fluorescence analyse et détermine des classes d’algues et leur distribution. Les algues se développent sur les plans d’eau et cours d'eau lents où l’on constate des hétérogénéités de température et d’oxygénation.
Le programme Axelera utilise un analyseur Aquapod et un ToxControl. Les hydrocarbures font l'objet d’une simple détection pour un déclenchement d'alerte. En cas d’alerte, la première tâche est de valider la mesure avant tout déclenchement d'un des protocoles préparés. Si une pollution importante du Rhône est constatée, le pompage dans le champ captant est interrompu pour ne pas polluer les puits.
Installée en 2000 au bord du Rhône et du champ captant de Ternay, la station a représenté un investissement de 900 000 €, financés à moitié par l'Agence de l'eau. L'exploitation est financée majoritairement par le Grand Lyon, maître d’ouvrage et les deux syndicats mixtes. Le suivi des mesures effectuées ici depuis 2000, leur comparaison à celles réalisées en amont de Lyon permettent de constater une amélioration de la qualité des eaux du Rhône.
Veiller à l’exploitation
La performance du capteur ou de l’analyseur est une chose, son caractère opérationnel et son coût d’exploitation en sont d'autres. D’où l'importance de l’autonomie des appareils, de la réduction de leurs consommations, de leur entretien et de celui des lignes de prélèvement. L'arrivée des techniques numériques a largement fait progresser tous ces capteurs, y compris au niveau du traitement et transmission des données. Tous les constructeurs ont travaillé la fiabilité de leurs sondes et électrodes spécifiques, réduit les consommations. Lorsque plusieurs méthodes sont possibles (électrode spécifique, spectro UV ou colorimétrie), les utilisateurs préfèrent souvent les méthodes physiques et optiques au premier rang desquelles les analyseurs UV et par fluorescence. Avantage évident, l'absence de réactifs ; sur les électrodes spécifiques, il est nécessaire de changer l’élément sensible mais l’opération est rapide généralement une fois par an. Pour toutes les mesures optiques, il est essentiel de nettoyer les fenêtres de mesure ce qui est souvent automatisé dans des stations d’alerte. De fait, une visite de terrain est souvent nécessaire chaque semaine ou quinzaine pour s’assurer du bon fonctionnement global des appareils.
Avec son analyseur multiparamètres UV400, Tethys Instruments propose une solution sur mesure pour les stations d’alerte. Le couplage de plusieurs principes de mesure, UV, fluorescence, électrodes permet un choix large de paramètres (nitrates, NH3, paramètres physico-chimiques, DCO, hydrocarbures... etc.) tout en limitant la maintenance (pas d’ajout de réactif et système de nettoyage automatique). Des seuils d’alerte peuvent être fixés.
Tethys Instruments a notamment équipé, en collaboration avec la DREAL des Pays de la Loire, une station de contrôle des nitrates sur eaux de rivières ainsi que deux stations de contrôle multiparamètres au niveau des bassins versants du lac de « Grand lieu », une zone protégée.
Jean-Pierre Molinier de Hach Lange indique : « Pour les stations les plus simples mesurant les paramètres de base, il faut compter 1 000 à 1 500 € par sonde soit environ 7 000 € pour une surveillance de base. Si l'on rajoute des analyseurs pour COT et ammonium compter 8 à 10 k€ par paramètre. Une station d’alerte typique »
Hach-Lange propose une gamme complète de produits couvrant l’ensemble des paramètres applicables à l’analyse de l’eau : eaux brutes, eau potable, eaux usées et eaux de process. Ces composants provenant d’un fournisseur unique peuvent garantir un niveau de compatibilité et de polyvalence élevé sur une large gamme d’applications.
Représente un investissement d’environ 25 k€. Des ordres de grandeur identiques chez Endress+Hauser : « Nous fournissons aussi des platines et jusqu’au bungalow instrumenté (50 à 100 k€), prêt à être installé et connecté aux utilités », explique Matthieu Bauer. Car Endress+Hauser est capable de répondre à tous types de besoins.
Produits et Engrais Chimiques du Rhin (Pec-Rhin) fabrique par exemple des fertilisants azotés pour l’agriculture. Située sur les bords du Rhin, l’usine utilise l’eau du fleuve pour refroidir ses divers procédés. Après utilisation, cette eau retourne dans le Rhin. Ces rejets d’eau font bien sûr l’objet d’un contrôle très strict. Pour ceci, une première station d’alerte avait été mise en place en 1986 au point de captage des eaux, à deux pas du fleuve. Dotée à l’époque de deux préleveurs et d’une mesure de pH et de conductivité, elle a été complétée ensuite par trois analyseurs chargés de suivre en continu les concentrations en nitrates, ammonium et phosphates.
Devenue vétuste, Endress+Hauser a conçu, à partir d’un cahier des charges fourni par Pec-Rhin, une station d’alerte intégrant les équipements existants et trois nouveaux analyseurs. La mesure du phosphate et d’ammonium est assurée par des analyseurs en ligne Stamolys, qui fonctionnent sur le principe colorimétrique. Après un système de filtration fourni, l’échantillon filtré vient alimenter deux collecteurs dans lesquels les analyseurs viennent prélever.
Des réactifs sont mélangés à l’échantillon par le biais de pompes péristaltiques, le tout homogénéisé, et la coloration qui en résulte est lue sur un photomètre. La mesure de nitrates est assurée par un analyseur en ligne Stip-Scan, qui fonctionne sur le principe « sonde UV ». L’échantillon filtré est aspiré par un piston contenu dans la sonde. Puis, une mesure photométrique à 214 nm est réalisée. Les nitrates ayant la propriété d’absorber dans l’UV, la lecture de la quantité de nitrates se fait immédiatement et sans réactifs.
Sur ce projet, Endress+Hauser a fourni et installé un container complètement équipé avec différents appareils de mesure. Pour sécuriser l’exploitation, une maintenance annuelle a été mise en place en complément des actions d’étalonnage et de maintenance périodique effectuées par l’équipe labo de Pec-Rhin.
OTT propose de son côté la série 5, spécialement développée pour la mesure de la qualité des eaux de surface, souterraines et usées. Les Datasonde 5 et 5X peuvent mesurer jusqu’à 15 paramètres. Elles disposent d’un système autonettoyant par brosse qui évite le biofilm.
À l’aval des fabricants de sondes et analyseurs tels que Neotek, Secomam, EFS, Apollo Instruments ou Paratronic, les intégrateurs conçoivent les stations : stations…
[Encart : La localisation des stations d’alerte : un point essentiel De l’échantillonnage à l’alarme, un certain nombre de facteurs sont à prendre en compte pour une surveillance continue et efficace de la qualité des eaux distribuées dans les réseaux d’eau potable. La localisation des stations d’alerte est un point essentiel qui doit prendre en compte les éventuelles pollutions naturelles, urbaines et industrielles en amont des captages d’eau destinées notamment à la consommation humaine.Notion d’alerte : les inondations aussi
Dans le domaine de l'eau, la notion d’alerte est aussi liée aux problèmes récurrents d’inondations avec leurs conséquences sur les biens et les personnes. Il existe des systèmes d'alerte au niveau national (Météorologie Nationale et services d’annonce des crues). Ces systèmes ont leurs limites de par leur généralité et leur complexité, et deviennent parfois mal adaptés dans les régions à régime méditerranéen. De plus, dans ces régions se trouvent des vallées encaissées dont la sensibilité aux crues est différente : une alerte générale peut être donnée alors qu'une vallée peut ne pas subir de dommage, ce qui peut être néfaste pour la prise en compte des alertes suivantes par la population. Pour répondre à ce problème, la société Alcyr a développé deux produits : un enregistreur lié à une mesure de niveau d’eau envoyant des SMS en cas de dépassement de seuil et un enregistreur lié à une mesure de hauteur de pluie envoyant des SMS en cas de dépassement de seuil.
Sur la base de ces équipements, Alcyr a récemment fourni un dispositif d’alerte sur la pluie composé d'un système d’acquisition des hauteurs de pluie et de transmission de message de dépassement de seuil et d’un système d'alerte ciblée. Sur la base d’observations portant sur la saturation des sols et l'inondabilité des quartiers sensibles, il a été retenu un seuil de 60 mm de pluie tombée en 1 h comme niveau à atteindre pour déclencher l'alerte au niveau local. La donnée pluie est obtenue au moyen d'un pluviographe à auget basculeur Precis-Mecanique, relié à une centrale de mesure Danae. L'ensemble est équipé d’un téléphone modem GSM appelant. Une fois que le seuil de pluie pour déclencher l'alerte a été atteint, la centrale de mesure envoie des messages SMS via le modem GSM sur quatre téléphones portables. Les destinataires de ce message, qui peuvent être le maire, son adjoint, la police municipale et les services techniques municipaux, prennent alors l’initiative de déclencher une alerte ciblée vers la population concernée. Dans le cas présenté, la commune a fait le choix du système Cedralis qui prévient, via un routeur téléphonique, 250 abonnés du réseau téléphonique par un des moyens suivants : téléphone filaire ou portable, télécopie, courriel. Les données recueillies par la centrale de mesure – au pas de temps de la seconde quand il pleut – sont récupérées en reliant le système d'alerte à un ordinateur portable. L’exploitation de ces données est précieuse, puisqu'elle permet d’analyser de façon très fine les épisodes pluvieux.
Mesureo propose l'intégralité de la chaîne d'information : capteurs ou analyseurs, transmission des données, expertise, mise en forme et mise à disposition. L'entreprise a récemment présenté trois nouveaux matériels : une sonde UV nouvelle génération, un analyseur en ligne faible coût destiné aux paramètres utiles en station d’alerte et un analyseur en ligne utilisant un biocapteur pour évaluer la toxicité globale. Mesureo propose également des solutions logicielles innovantes pour la gestion, l’exploitation et l’expertise des données ainsi que leur partage.
Équipant depuis plus de vingt ans les stations d’alerte de tous types alimentées en énergie par batteries, panneaux solaires ou courant secteur, Datalink Instruments propose une large gamme d’analyseurs couvrant l’essentiel des besoins en ce domaine. Équipements compacts intégrant les principaux paramètres (UV254, nitrates, ions ammonium, paramètres physico-chimiques) dans un seul et même analyseur, détecteurs d’hydrocarbures, de chlorophylle, du chrome 6, sondes immergées Odysseo pour l’analyse optique in-situ des nitrates, de la matière organique, de l’oxy-
Oxygène dissous, turbidimètre TurbiGoo avec nettoyage automatique sans essuie-glace, tous fonctionnent sans réactif ni maintenance poussée. Une nouvelle gamme de colorimètres permet de répondre aux exigences de la mesure en eau de surface sans filtration.
Hocer s'est focalisé sur l'utilisation de l'UV avec une méthode particulière de déconvolution des spectres pour en extraire un maximum de données. Bertrand Vergne, chargé de l'instrumentation insiste « sur l'importance d’assurer la cohérence du système, à savoir le positionnement de la station d’alerte, le juste équilibre entre performances, simplicité et coût d’exploitation et bien sûr, l'évolutivité ». La société installe cet été pour Saur deux stations d’alerte à Châteauneuf-sur-Sarthe et Miré. « C’est la première fois que des petites unités d'eau potable (environ 10 000 habitants) seront ainsi automatisées avec arrêt immédiat du pompage suite à alerte ». Les analyseurs Aquapod existent en version SPE 50, SPE 250 et Light UV dont les seuils d'alerte sont déterminés par l'utilisateur. L'originalité, et l'unicité sur le marché, est le couplage de l’UV avec de la SPE (Solid Phase Extraction) ou de la fluorescence. La SPE permet d’extraire des polluants (certains pesticides) donc d’accéder à des concentrations très faibles de 1 µg/l en ligne. « Une quinzaine d’appareils sont installés en France et nous entrons dans une phase de déploiement après plusieurs années de mise au point », explique Bertrand Vergnes qui insiste « sur l’aide à la décision pour la réouverture d’un captage grâce à la sensibilité de l'Aquapod ». L’appareil permet en partie l'identification de polluants grâce à l'analyse et la comparaison des spectres UV. En collaboration avec Saur, Hocer a développé la mesure de microcystine, une toxine libérée par les cyanobactéries.
Les mesures biologiques
Jusqu’à présent, le parent pauvre des stations d’alerte a été la mesure biologique, « mais on note une évolution énorme des outils de surveillance algale ces dernières années » affirme Frédérique Nakache de la Direction exploitation de Saur. « La prolifération d’algues est un réel danger : sanitaire par les toxines potentielles susceptibles d’être relarguées par les cyanobactéries. »
Bionef
Les systèmes proposés par Bionef ont tous été testés par rapport à des molécules précises avec des seuils de détection définis.
téries et techniques car une prolifération soudaine peut entraîner des colmatages de filtres, l'apparition possible d’odeurs et de goûts dans l’eau traitée et des surconsommations de réactifs et d’énergie lors du traitement. La surveillance de paramètres chimiques (phosphore, azote), la couleur et la température apportent des présomptions de prolifération ; la mesure directe apporte une donnée à un instant, or les développements d’algues ont une certaine cinétique et l'anticipation est essentielle (voir Proliphyc).
Une mesure de base est la présence de chlorophylle par fluorescence : Bionef propose plusieurs appareils dont AlgaeGuard qui, par fluorescence, analyse et détermine des classes d’algues et leur distribution.
Les algues se développent sur les plans d'eau et l'on constate des hétérogénéités de température et d'oxygénation. Ces mesures doivent donc être faites à différentes profondeurs et différents lieux. La surveillance d’une zone concerne alors autant les activités nautiques que la production d’eau potable.
Ce qui pousse à la conception de capteurs autonomes peu coûteux, capables de quadriller une zone. Mesures et Signaux développe les bouées Aquamesus destinées à la surveillance des eaux de baignades en mer, transposable à l’eau douce (déploiement test cet été), dont une, en collaboration avec Saur dans le cadre d'un programme soutenu par Oséo. Il y a d’évidentes synergies à développer entre les différents moyens de mesure.
La biologie a un autre volet : la mesure globalisée de la toxicité d'une eau, à la différence des mesures physico-chimiques « monopolluant ». De tels détecteurs existent déjà : toximètres à algues ATox ou DTox à daphnies, Toxcontrol à bactéries luminescentes chez Bionef, mesure de l’activité photosynthétique, etc. « Selon le modèle, le coût est entre 15 à 50 k€ ; il est couplable avec un système SPE (concentration) et l'on peut atteindre des concentrations très faibles, de l'ordre de la ppb. Pour des bactéries luminescentes, le coût de fonctionnement est de quelques milliers d’euros par an », précise Yves Primault.
Les célèbres systèmes à truites sont un peu remis en cause ; certains poissons électriques envoient un signal en situation anormale, au final, une interprétation difficile et un coût certain d’exploitation. « Autrefois, on annonçait que les daphnies étaient plutôt sensibles aux métaux lourds, certaines bactéries luminescentes aux hydrocarbures, par manque de recul et d’étude. Ces dernières années, avec les nombreux travaux de recherche en France et à l'étranger, ces cibles ont vu leur spectre s’élargir. Il n’en reste pas moins qu’une réponse totalement globale reste délicate à interpréter », précise Frédérique Nakache, qui aimerait bien voir se développer de nouveaux capteurs très spécifiques en microbiologie, fiables, à coût abordable et à facilité de mise en œuvre en condition automatisée.
