-
26 MESURES 780 - DECEMBRE 2005 - www.mesures.com
Solutions
A ttention, il serait faux de direquune optode plonge dansune
eau boueuse nexige aucu-ne maintenance pendant cinqans. Mais par
rapport une lectrode deClark, cela na rien voir. Un coup dpon-ge
suffit quand, pour une lectrode, il fautrajouter de llectrolyte,
dboucher, voirechanger la membrane, rtalonner Etencore cette petite
tche mnagre savre
ncessaire une fois tousles quinze jours, alorsque le vritable
contr-le technique de llec-trode doit tre rptquotidiennement. Cest
la perce technolo-gique la plus importantepour la surveillance
continueet le contrle de loxygnedissous depuis 50 ans ,affirme
Patrick Aubin,reprsentant en FrancedEnvironmental Instru-ments, une
PME amri-caine qui a dveloppla premire ce type decapteurs.Il faut
dire que si lessondes bases sur la
mthode lectrochimique (les plus rpan-dues tant les lectrodes de
Clark) ont jus-qu ce jour domin la mesure de loxygnedissous sur
site, cest quelles taient prati-quement sans concurrentes.Larrive
du capteur optique change la don-ne. Il est prsent pour la premire
fois enFrance en 2002 au salon Pollutec en Fran-ce par la socit
norvgienne Aanderaa* (dis-tribue par Nrides). Puisque la
molculediatomique de loxygne nabsorbe pas eninfrarouge, le principe
optique fait appel une molcule fluorescente. Celle-ci, enrobedans
une membrane, rmet une lumiredont lintensit et le temps de
rmissionsont respectivement dautant plus faibles etdautant plus
longs, que la concentrationen oxygne est grande. Les premiers
curieux ontt les laboratoires et instituts de recherche qui ont
vou-lu tester lquipement, explique Olivier Brocan-del, ingnieur
Projet chez Nrides. Depuis landernier,ce sont vraiment les
exploitants qui sy intres-sent .En fait, de lautre ct de
lAtlantique,le principe est dj connu. Ds 1997, Envi-ronmental
Instruments dveloppe et brevette lasonde optique Fluoroprobe. La
technolo-gie faisant rapidement ses preuves sur leterrain, son
intrt nchappe pas aux tnorsde linstrumentation. Spcialiste du
contr-le de lenvironnement, Hach Lange lance sa
sonde LDO, en 2003, en version fixe puisportable. Le spcialiste
du contrle de la qua-lit de leau abandonne compltement
lacommercialisation des lectrodes mem-brane au profit des capteurs
optiques. Lin-trt est tellement vident en terme de maintenance
quelindustriel na aucune hsitation. Depuis le dbut delanne
2005,nous avons vendu 200 quipements fixes.Pour nous,cest dj un
succs commercial . Enfin, enseptembre dernier, Endress + Hauser
prsenteson capteur COS61, lui aussi pour le domai-ne de
lenvironnement.Autre signe : en aot de cette anne, lorga-nisme
amricain ASTM (American Society for Tes-ting and Materials) a
standardis la mthodeoptique, au mme titre que la mthode detitration
Winkler (mthode A de laboratoi-re) et la mthode lectrochimique
(lec-
Optode contre lectrode? A peine engag, le combat semble dj gagn.
Pendantdes dcennies, la mthode lectrochimique a monopolis le
terrain, faute dadver-saire. Aujourdhui, la mesure optique par
fluorescence tale lvidence ses atouts :la maintenance, la
maintenance et encore la maintenance. Pour la surveillance de leau,
deux fournisseurs majeurs, Hach Lange et Endress + Hauser, ont dj
faitle pari.
Lessentiel
La mthode optique pourla mesure doxygne dis-sous pourrait
prendre ledessus sur la mthodelectrochimique
1er atout : trs faible main-tenance (aucun lectrolyteou aucune
membrane changer)
2me atout : une mthodesans consommation doxy-gne dans le
milieu
3me atout : peu de facteursdinfluence
Application principale : lecontrle des bassins da-ration dans le
traitementbiologique de leau
A N A L Y S E I N D U S T R I E L L E
Loxygne dissous:la mesure optique,inluctablement
Capteur optiqueLDO dHachLange :un caps changer tousles deux
ans.
Hach Lang
e
Environmental Instruments sengage avec une garantie de cinq
ans.
026_028_SOL 7/12/05 11:51 Page 26
-
27MESURES 780 - DECEMBRE 2005 - www.mesures.com
Solutions
trodes membrane, mthode B). Forceest de constater que peu de
principes demesure ont bnfici aussi rapidement(moins de dix ans)
dune telle recon-naissance.
Peu de maintenance, peu de comptenceLe premier avantage, on la
dj dit, estla maintenance. Aucun consommable,aucune pice remplacer.
Ceci partici-pe une rduction des heures perduesen maintenance et
limine les cots lisau changement de pices dtaches. Peu de
maintenance signifie aussi moins debesoins en comptences, souligne
CdricFagot, chef produit chez Endress + Hau-ser. On souvre ainsi le
march des petites exploi-tations gnralement sous-instrumentes faute
depersonnels Une autre caractristique trs importanteest que le
capteur fluorescence neconsomme pas loxygne et ne ncessiteaucun
dbit pour son fonctionnement.Cest encore un avantage par rapport
auxsondes lectrochimiques qui consommentloxygne de leau. Pour
renouveler cedernier proximit de la sonde, il fautalors quil y ait
un dbit deau. Si celui-cinexiste pas, il faut en crer un (par
unsystme dagitation). De plus, les microor-ganismes vivant dans
leau, qui consom-ment eux aussi de loxygne, recouvrent
progressivement la membrane et provo-quent lpuisement rapide de
loxygnederrire la membrane. Loptode elle aussi peuse recouvrir de
biomasse,prcise M.Aubin, maiselle ncessite simplement un nettoyage
et retrouve sonfonctionnement sans avoir besoin dtalonnage .Pour
Olivier Brocandel, (Nrides), le troi-sime atout du capteur optique
rside dansle fait quil sagit dune mesure absolue.Elle est
indpendante des facteurs ext-rieurs. Elle permet par exemple de
raliser des pro-fils de taux doxygne dans leau de mer, alors que
lapression, la temprature ou la salinit varient forte-ment en
fonction de la profondeur. Ces facteurs din-fluence rendent
impossible une telletude avec des lectrodes de Clark .
Surveillance de leauLapplication de choix est lecontrle de la
qualit de leau,tout particulirement auniveau du traitement
biolo-gique dans les bassins dara-tion. Cest l lessentiel du mar-ch
de la mesure doxygne dissous ,prcise M. Molinier (Hach Lan-ge). Il
y a aussi le domaine dela surveillance des eaux derivire.Toujours,
dans le trai-tement de leau, loptode per-met galement de rpondre
des applications sur lesquelsles capteurs lectrochimiquesrestaient
inoprants. Cest lecas par exemple du traitement desgraisses,
poursuit M. Molinier; lo un capteur membrane se bouche enquelques
heures, un capteur optique garde toute sa fia-bilit avec un simple
nettoyage hebdomadaire .Endress + Hauser propose son capteur
optiquepour les applications environnementales. Ilconserve (du
moins pour linstant) sa tech-
nique ampromtrique pour les autres sec-teurs comme
lagroalimentaire. Notre cap-teur membrane conserve une avance en
terme de prci-sion mais surtout il rpond aux normes en vigueur
pourla scurit alimentaire , souligne M. Fagot.
Ampromtrique Optique
Prcision Eleve Moyenne
Rptabilit Eleve Moyenne
Temps de rponse Lente moyenne Rapide
Mesures de traces Oui Non (< 10 ppb)
Plage de mesures Jusqu 60 mg/l < 20 mg/l
Influences extrieures Eleve Faible
(pression, dbit, salinit)
Influence H2S, NH3 Eleve Faible
Maintenance Lourde LgreSource Endress + Hauser
Comparatif des mthodes
Le tout dernier : le COS61 dEndress + Hauser.
Aqualyse a intgr un capteur optique dO2 dans une sonde
multi-paramtre qui mesure aussi la temprature, la conductivit, le
pH,le redox, le niveau, la salinit, la turbidit, lammonium,
lesnitrates, les chlorures Il peut tre immerg jusqu 250 mtresde
profondeur.
AqualyseEndress + Hauser.
Endress + Hauser.
Le capteurdAanderaa :mesure insitu dansune rivire.
Optode
Diode mettriceDiode rceptrice
Couche sensible
Process contenant de loxygne
Construction du capteur
Loxygne dissous dans leaumigre vers le capteur. Il sasso-cie un
compos fluorescentprsent dans la couche sensibleet provoque par
fluorescenceune mission rouge quand il eststimul par une diode
laserbleue.Le compos fluorescentnest pas consomm dans leprocess.De
mme loxygnenest ni consomm ni chimi-quement altr.Le changementde
couleur est dtect derrire lecapteur au ct oppos leau.La partie
optique est isoledu process.
026_028_SOL 7/12/05 11:51 Page 27
-
Dune manire gnrale, sil y a une limitationde la mthode optique
elle se situe dans lamesure des faibles traces. En dessous des 10
ppb,la mesure devient trop imprcise ,souligne M.Aubin.Mais cette
restriction ne concerne pas le
domaine de leau o le taux doxygne mesu-r se situe plutt au
niveau de la saturation( 25 C, le taux de saturation de loxygnedans
leau correspond 8,3 mg/litre).Avecquelques variantes selon les
constructeurs, la
plage de mesure dun capteur optique se situeentre 0,16 et 16
mg/l. Quant aux prcisionsannonces, de lordre de 1 2 %, elles
aussirestent suffisantes pour les applications
envi-ronnementales.
Des diffrences entre fournisseursIl existe certainement quelques
diffrencesentre les optodes du march. Sans quonpuisse en savoir
beaucoup plus. Au moinspour des raisons de brevet, il est
probableque chacun y va de sa molcule fluorescen-te. Les
fournisseurs interrogs prconisent lechangement de lextrmit de la
sonde quicontient la membrane imprgne de cettemolcule, Hach Lange
lappelle caps. Endress+ Hauser a fait leffort de la traduction et
par-le de capuchon. Au lancement du produit,nousprconisions un
changement annuel du caps, indiqueM.Molinier (Hach
Lange).Aujourdhui, avec le retourdexprience, une fois tous les deux
ans nous parat lar-gement suffisant .Seule la sonde
dEnvironmentalInstruments est prsente sans la ncessit dechanger
rgulirement la membrane. Lasocit amricaine,qui a la plus longue
exprience de cet-te technologie, est la seule sengager sur une
garantiede cinq ans, sans changement daucune pice , prci-se
M.Aubin.Dautres diffrences portent sur la construc-tion du capteur,
sur la taille, sur son adapta-tion des applications spcifiques et
surle cot.En thorie, une sonde optique lachat estplus onreuse quune
lectrode membra-ne : quelques milliers deuros. Il faut cepen-dant
nuancer : Il existe des lectrodes membrane de haute prcision tout
aussichres. Ensuite, les fournisseurs dinstru-mentation comme Hach
Lange ou Endress+ Hauser peuvent se permettre de fairequelques
sacrifices sur les marges. On restedans le mme ordre de prix quune
lectrode , sou-ligne M. Fagot. Hach Lange associe la sonde un
nouveau transmetteur numrique mul-tiparamtre : Le client est mme
gagnant puisquilachte un seul transmetteur pour plusieurs sondes
demesure , prcise M. Molinier. Propos entre2500 et 4000 euros
(selon le type de sortie analo-gique ou numrique), loptode
dAanderaa constitue uninvestissement important, reconnat M.
Brocan-del, mais sa conception lui permet de rpondre
desapplications plus difficiles notamment sur les eaux derivires ou
dans les ocans . Si des divergencesentre fournisseurs existent pour
le prix lachat, ces derniers restent unanimes surun point : les
gains de maintenance raliss lexploitation.
Marie-Pierre Vivarat-Perrin
*Le produit a t Laurat du Palmars Technologique dela revue
Mesures
28 MESURES 780 - DECEMBRE 2005 - www.mesures.com
Solutions
Principe de la fluorescence Une molcule ou atome est excite un
niveau lev en nergie par absorp-tion dnergie. Ensuite, la molcule
libre cette nergie tout en mettant uneradiation lectromagntique
Lintensit de la lumire mise est directement proportionnelle
lintensitde la lumire excitante et la concentration en oxygne
une molcule spcifique est enrobe dans une membrane permable aux
gazet donc loxygne. Cette molcule agit comme un luminophore. Excite
parla prsence dune lumire bleue/verte, la molcule renvoie une
lumire rouge.
Influence de loxygne
La mesure du temps de rponsepermet de dterminer la concentration
en oxygneLa mesure de lamplitude de la rponsequalifie la dure de
vie de la membrane et le fonctionnement du capteur
lumire dexcitation
lumiredmission
En prsence doxygne, une partie de lnergie est absorbe par les
molcules,ce qui entrane une fluorescence plus faible en intensit.
La lumire est misegalement avec un certain retard.
026_028_SOL 7/12/05 11:51 Page 28
