Fiche Résumé 15-AEP-03

L'analyse en ligne de paramètres de qualité d'eau reste jusqu'à présent limitée à des paramètres physico-chimiques simples (pH, conductivité, température, turbidité), non spécifiques (absorbance UV) ou inorganiques (résiduels de désinfectants, rarement des métaux). La non prise en compte de composés organiques par des analyseurs en ligne (que ce soit en amont dans la ressource ou en aval dans l'eau produite) interdit toute détection précoce de ce type de pollution et par conséquent limite la bonne gestion de la production d'eau potable. Pourtant, les COV (composés organiques volatils) représentent un des groupes les plus importants de contamination de l'eau potable (THMs, solvants chlorés, solvants de peinture, hydrocarbures légers, additifs oxygénés des essences…).

Il y a déjà eu par le passé de rares tentatives de mesure en ligne de COV dans les eaux souterraines ou potables avec de coûteux appareils de laboratoire. Mais au cours de la dernière décennie, des progrès importants ont été réalisés dans le domaine de la miniaturisation des appareils, aboutissant à des chromatographes et spectromètres de masse portables. De tels appareils, destinés à l'analyse sur site, sont régulièrement exposés lors des salons d'analyse et la disponibilité commerciale de certains d'entre eux permet d'ores et déjà d'envisager leur application pour l'analyse en ligne, au moins dans un premier temps, de COVs. L'application de cet équipement pourrait être envisagée en particulier pour la surveillance de nappe contaminée par des contaminants industriels et pour assurer une meilleure maîtrise des mélanges d'eaux mis en œuvre pour réduire la pollution.

L'objectif de la première phase de l’étude consiste à réaliser :
- Un état de l'art sur les solutions disponibles permettant une analyse en ligne de COVs
- Une sélection de l'instrument qui paraît le plus adapté
- Un test de l'appareil sélectionné en laboratoire
La deuxième phase du projet (2015) sera consacrée à des tests sur sites réels de l'appareil sélectionné et à la rédaction de recommandations pour l'installation, l'utilisation et la maintenance de l'analyseur en ligne.

Au terme de l’analyse bibliographique, une liste de 15 chromatographes de terrain a été établie. Ces appareils sont disponibles sur le marché nord-américain et européen. Parmi les 15 chromatographes, seuls 6 sont disponibles en France et parmi les 6, seuls 2 sont vendus prêts pour une analyse en ligne d’échantillons d’eau : Méta et Scentograph CMS 5000. D’après le retour d’expérience, le Méta Société allemande Messetechnische System GmbH) présente des problèmes de fonctionnement et un manque de support de la part du service après-vente. Le Scentograph CMS 5000, fabriqué par la société américaine Inficon et revendu en France par la société Fondis, a donc été retenu pour la suite de l’étude. Cet appareil permet la détection des composés chlorés et non chlorés et demande peu de maintenance.

L’analyseur Inficon CMS 5000 fonctionne selon le principe suivant : l’eau à analyser est soumise à un barbotage par des bulles d’argon qui permettent à une portion des COV de passer de la phase liquide à la phase gazeuse puis d’entraîner la phase gazeuse à l’aide d’une pompe jusqu’à un concentrateur contenant trois types d’adsorbants. Dans le concentrateur, les COV sont piégés puis désorbés thermiquement et envoyés toujours grâce à l’argon vers la colonne du chromatographe (colonne capillaire en 100 % diméthylpolysiloxane, phase totalement apolaire). Puis à la sortie de la colonne se trouve un microdétecteur à ionisation d’argon : les COV sont ionisés par les atomes d’argon produisant ainsi des électrons ; les électrons libérés sont alors collectés par une électrode conduisant à un signal électrique proportionnel à la quantité de COV ionisés.

21 COV ont été choisis pour tester l’appareil : CVM, benzène, tétrachloroéthène, trichloroéthène, 1,2-dichloroéthane, chloroforme, bromoforme, BDCM, DBCM, toluène, xylène (m-, o-, p-), éthylbenzène, MTBE, ETBE, 1,1-dichloroéthène, 1,2-cis-dichloroéthène, styrène, tétrachlorure de carbone, 1,1,1-trichloroéthane.

Au terme de cette première phase d’étude, les conclusions sur l’appareil retenu sont :
- il offre une solution de mesure en ligne des COV à la fois simple à mettre en oeuvre et robuste ;
- il est plus sensible qu’escompté initialement (limites de détection inférieures au µg/L) ; cette sensibilité est suffisante par rapport aux problématiques posés par les COV étudiés : les limites de détection sont inférieures aux valeurs réglementaires, au seuil d’odeur du MTBE et de l’ordre du seuil d’odeur de l’ETBE ;
- les mesures sont très répétables ;
- il donne une valeur très proche de celle obtenue par la méthode normalisée de laboratoire pour des concentrations en COV limitées à 10 µg/L, valeur correspondant à la limite de linéarité de la méthode de laboratoire ;
- il peut analyser jusqu’à 200 µg/L si la limite de quantification inférieure est un peu remontée.

La colonne de séparation fournie avec l’appareil pourrait être modifiée par le fournisseur en installant à la place une phase chromatographique plus polaire, analogue à celle utilisée en laboratoire, de façon à éviter des co-élutions qui empêchent une détermination correcte de certains composés analysés.

La seconde phase de l’étude a permis de tester l’appareil dans des conditions réelles sur sites (eaux souterraines et eau potable en réseau). C’est un appareil facile à déplacer et à installer. Les résultats ont montré qu’il a une réponse fiable et précise, stable sur plusieurs mois et ne nécessite pratiquement aucun entretien. Il peut donc être déployé sans crainte de perte de qualité par rapport aux méthodes de laboratoire normalisées. Son coût est par contre assez élevé.