analyses spécifiques

Temps de lecture :

demande biochimique en oxygène ( DBO )

La demande biochimique en oxygène est normalement mesurée au bout de cinq jours. C’est la DBO5 ; elle correspond aux phases d’assimilation et de synthèse bactérienne. Il peut être utile de connaître la DBO ultime, en général mesurée après 21 jours, incluant la phase d’auto‑oxydation (métabolisme endogène).

méthode par dilution (NF EN 1899-1)

On prépare des dilutions convenables de l’eau à examiner avec une eau pure ensemencée, dont on vérifie de temps à autre qu’elle n’absorbe pas elle‑même des quantités appréciables d’oxygène. L’ensemencement ne sera pas nécessaire en présence d’eau résiduaire urbaine. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la perte d’oxygène au cours de l’essai se situe entre 35 et 60 % de la teneur initiale. Les dilutions utilisées sont fonction de la pollution. Pour les déterminer, on peut se servir de la mesure de la DCO en sachant que la DBO5 est inférieure à la DCO et que le rapport DCO / DBO5 est le plus souvent compris entre 1,5 et 3 pour une eau résiduaire urbaine. En admettant qu’une eau saturée à 20 °C contient environ 8 mg·L–1 d’oxygène, on peut écrire :

Formule : Méthode par dilution - facteur de dilution

On prépare au moins trois dilutions différentes de manière à bien encadrer la valeur présumée. Les dilu­tions sont maintenues à l’obscurité pendant cinq jours à 20 °C. L’eau de dilution employée doit rester à cette température et être en parfait équilibre avec l’atmosphère, ce qui s’obtient facilement en conservant la réserve d’eau pure destinée aux dosages dans l’étuve réglée ou dans le bain thermostaté utilisé pour l’incu­bation des échantillons dilués.

Pour éviter les interférences positives sur le résultat en cas de nitrification, les organismes nitrificateurs doivent être neutralisés lors de l’analyse par ajout d’allyl thiourée à l’échantillon. L’eau de dilution doit être ensemencée avant de reprendre le mode opératoire.

Il est bien évident que, la mesure de la DBO5 étant une mesure à caractère biologique, on doit être assuré de la présence de micro‑organismes capables de dégrader la matière polluante. On peut utiliser comme ensemencement une eau résiduaire urbaine ayant une DCO inférieure à 300 mg O2 · L–1, ou un effluent décanté provenant d’une station de traitement d’eaux usées, ou une eau prélevée en aval du déversement de l’eau à analyser, ou encore une eau contenant des micro-organismes adaptés à l’eau à analyser (cas des effluents industriels contenant des substances difficilement dégradables).

méthodes manométriques

Des appareils basés sur des méthodes manométriques permettent de suivre l’évolution, en récipient fermé et en fonction du temps, de la disparition d’oxygène dans l’atmosphère. Cette méthode nécessite aussi la neutralisation des organismes nitrificateurs.

Pour décider du choix d’un procédé de traitement, il est souvent intéressant de connaître :

  • la DBO5 totale mesurée sur l’échantillon d’eau brute ;
  • la DBO5 dissoute mesurée sur l’échantillon filtré sur membrane ;
  • la DBO5 après décantation (AD) qui englobe la DBO colloïdale et dissoute ; il est fréquent en France d’effectuer cette décantation en deux heures.

L’incertitude dans la détermination de la DBO5 peut être importante, en particulier sur certaines ERI brutes si l’ensemencement n’est pas adapté. Sur des ERU brutes, l’imprécision ne dépasse pas 10 %, en revanche sur des ERU après épuration biologique poussée (DBO5 < 5), elle peut atteindre 50 %.

demande chimique en oxygène (DCO)

La méthode normalisée (NF T 90.101), pour les eaux usées, utilise le dichromate de potassium en milieu sulfurique à chaud, oxydant puissant dont la consommation en cours d’analyse permet de définir la DCO. La précision de la mesure est de l’ordre de 10 % pour des valeurs se situant au‑dessus de 30 mg · L–1 d’O2. D’autres méthodes sont adaptées à des DCO plus faibles.

La DCO représente tout ce qui peut être oxydé, en particulier certains sels minéraux oxydables (sulfures, sulfites…), et la majeure partie des composés organiques. Seuls certains composés azotés et hydrocarbures échappent à cette puissante oxydation.

La représentativité de la DCO n’est plus satisfaisante pour des teneurs en chlorures supérieures à 2 g · L–1 (l’ion chlorure précipite le catalyseur d’oxydation nécessaire à la réaction). Il convient alors d’augmenter la proportion de sulfate de mercure (II) qui joue un rôle complexant (formation de chloromercurate (II) soluble et peu oxydable). Du point de vue environnement, la meilleure solution est de diluer l’échantillon pour dimi­nuer la teneur en chlorures, mais attention à ne pas dépasser la limite inférieure de détection de la méthode pour la DCO.

L’oxydabilité au permanganate de potassium à froid (4 heures) ou à chaud (10 min. d’ébullition) peut aussi constituer une bonne méthode de terrain pour suivre l’évolution des eaux sur une station d’épuration (surtout les eaux épurées) voir sur une ressource pour eau potable.

Lors de la mesure du COT (voir méthodes de laboratoire avec tableau synoptique), l’oxydation de la matière organique y est généralement plus complète que lors de la mesure de la DCO.

Il est souvent intéressant de mesurer les trois critères COT, DCO et DBO5 et de connaître les rapports DCO / COT et DCO / DBO5 qui peuvent être des indicateurs de pollutions particulières (effluents industriels).

MES

La méthode de filtration sur membrane paraît simple mais le protocole opératoire de la norme NF EN 872 doit être respecté scrupuleusement pour que les résultats soient fiables. Les sources d’erreurs sont nombreuses : type de membrane, valeur de la pression du vide, ou de l’accélération (méthode par centrifu­gation NF T 90.105-2), volume des prises d’essai, mode de lavage après séparation et surtout postprécipita­tion entre prélèvement et analyse (hydroxydes, carbonates, phosphates, gypse…).

volume des matières décantables

L’analyse est faite sur des échantillons passés à travers un tamis de 5 mm pour enlever les gros débris. On appelle matières décantables celles qui se déposent dans un liquide au repos pendant un temps conven­tionnellement fixé à deux heures. Les éprouvettes généralement utilisées sont graduées et de forme conique ou cylindroconique, ce qui permet de mieux apprécier le volume décanté.

hydrocarbures

Les méthodes analytiques pour déterminer globalement les hydrocarbures sont fort nombreuses et leurs résultats peuvent être très différents. Les paramètres qui interviennent sont multiples : solvants, conditions d’extraction, gravimétrie ou absorption IR, calculs des absorbances IR (mode d’étalonnage, longueurs d’onde utilisées). Les méthodes appliquées doivent toujours être spécifiées et les modes opératoires scru­puleusement respectés. Ainsi les résultats suivant les normes NF T 90.114, et 90.203 peuvent être fort éloi­gnés.

Les huiles et graisses présentes dans les ERU ou les effluents d’industries alimentaires sont généralement mesurées par la méthode NF T 90.202 qui est la méthode de dosage des matières organiques en suspension dans l’eau extractibles à l’hexane.

Image sécurisée
Figure 13. Spectres infrarouges obtenus pour différents produits pétroliers (conditions de détermination de l’indice CH2)

azote

Pour suivre l’évolution de l’azote tout au long d’un traitement, il est nécessaire de connaître ses différentes formes :

  • azote ammoniacal ;
  • azote nitreux permettant de déceler des blocages biologiques éventuels ;
  • azote nitrique ;
  • azote Kjeldahl (NK) somme de l’azote ammoniacal et organique. Cette grandeur n’inclut donc pas les composés oxydés de l’azote : nitrites, nitrates et certains composés organiques nitrés. La mesure de fai­bles teneurs de NK est délicate.

Il est à noter qu’en France l’ensemble de l’azote sous toutes ses formes était souvent appelé azote global ( NGL ) et azote total NT dans les autres pays.

Toutes les analyses doivent être effectuées après blocage des réactions biologiques au moment du prélè­vement de l’échantillon.

phosphore

L’analyse permet de distinguer trois formes différentes du phosphore dissous :

  • les orthophosphates ;
  • les polyphosphates (après hydrolyse acide) ;
  • les organophosphates (après hydrolyse acide avec oxydation).

La spectrométrie du plasma à couplage inductif permet de doser directement le phosphore total.

soufre

Les sulfures peuvent être déterminés par iodométrie après fixation des sulfures, par argentimétrie avec suivi potentiométrique à l’aide d’électrode indicatrice d’argent, par colorimétrie pour les faibles teneurs, ou encore, et c’est sans doute la mesure la plus fiable, par la mesure de l’activité ionique des sulfures à l’aide d’une électrode spécifique et d’une électrode de référence. La détermination dans les ERI des autres formes réductrices est toujours plus délicate (thiosulfates, dithionates, sulfites, sulfocyanures…). Les méthodes sélectives par précipitation ou complexation sont à éviter. La chromatographie ionique est utilisable dans certaines conditions.

Pour le suivi de la méthanisation de certaines ERI, les sulfates doivent également être pris en compte.

TAC

Ce paramètre doit être suivi lors de processus de nitrification (acidification) ou de dénitrification (alcalini­sation) du milieu.

métaux lourds

Pour connaître la concentration totale des métaux lourds, ils doivent être analysés après minéralisation de l’échantillon. L’analyse se fait ensuite par spectrophotométrie d’absorption atomique. Les métaux lourds les plus recherchés sont : cadmium, mercure, plomb, chrome hexavalent et total, cuivre, nickel. Ils sont princi­palement contrôlés sur :

  • les effluents de traitement de surface, avant rejet au milieu récepteur ou à l’égout ;
  • les effluents avant épuration biologique ;
  • les boues (normes pour la réutilisation agricole).

On peut aussi avoir à connaître la teneur en certains oligo‑éléments favorables à la méthanisation (ex. : nickel-cobalt)

toxicité

La notion de toxicité est complexe : elle englobe l’action de très nombreux éléments, sous des formes très variées (complexées, ionisées, oxydées…). Elle ne peut être évaluée que par un test biologique.

Celui utilisant des daphnies (NF T 90.301) peut être cité comme le plus employé. On détermine dans l’effluent l’inhibition à court terme de la mobilité de Daphnia magna (Crustacés, Cladocère) désignée sous le nom commun de daphnie. On exprime les résultats en équitox définis comme suit : un effluent contient un équitox par m3 si, dans les conditions de l’essai, il provoque en 24 heures l’immobilisation de 50 % d’une population de daphnies.

indice de Mohlman

(voir différents types de décantation)

pour aller plus loin :