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L'Oxygène Dissous





L’oxygène  joue rarement un rôle écologique limitant en milieu aérien, où il est toujours très abondant, sauf en haute montagne ou à proximité d’émanations de gaz carbonique, comme dans les grottes et les vallées " de la mort ". Il constitue, en effet, plus du cinquième du total des gaz atmosphériques. Dans l’eau, il n’existe qu’en faible quantité (quelques millilitres d’oxygène dissous par litre d’eau), si bien qu’il peut manquer totalement, jouant alors le rôle de facteur limitant : c’est le cas, par exemple, lorsque la densité des organismes à forte activité respiratoire devient très grande ; inversement il peut atteindre des sursaturations au contact d’une biomasse à forte activité photosynthétique. Ces variations de concentration, liées à des rythmes nycthéméraux et saisonniers, se produisent surtout en eau calme, car les gaz diffusent lentement dans l’eau

L’oxygène représente en volume environ 35% des gaz dissous dans l’eau à pression normale.

La concentration en oxygène varie beaucoup. Dans les sources, elle est en principe légèrement déficitaire (particularité des eaux souterraines) ; mais dans les ruisseaux et les rivières rapides de montagne, où l’agitation de l’eau facilite les échanges avec l’atmosphère, le pourcentage de saturation tend alors à se maintenir au voisinage de 100 p. 100 ; dans les rivières lentes et les fleuves, la quantité d’oxygène dissous est plus variable : elle peut atteindre 200 p. 100 dans les cas où l’activité photosynthétique est intense, tandis que des sous-saturations apparaissent parfois pendant les nuits chaudes d’été. Les variations de la concentration en oxygène en 24 h ont permis de classer les eaux courantes en eaux de type oligotrophe dont le contenu en oxygène est déterminé surtout par un facteur physique, la température, ce qui entraîne une courbe à minimum diurne et à maximum nocturne, et en eaux de type eutrophe dont le contenu en oxygène est déterminé par l’assimilation des plantes autotrophes, donc à minimum nocturne et maximum diurne.

L’oxygène dissous dans l’eau peut être exprimée de deux façons :

- teneur en oxygène dissous dans l’eau en mg/l

- pourcentage (ou taux) de saturation qui exprime le rapport entre la teneur effectivement présente dans l’eau analysée et la teneur théorique correspondant à la solubilité maximum, dans les conditions de pression, de température et de salinité de l’analyse.

La solubilité de l’oxygène dans l’eau décroît de façon linéaire avec la salinité.

La concentration de saturation diminue avec la température.
 

Il existe de nombreuses méthodes de détermination de la teneur en Oxygène Dissous : mesures gazométriques, mesures de la conductibilité thermique, mesures polarographiques et chimiques.

Les méthodes chimiques donnent directement les teneurs. Par contre lorsqu’on utilise une sonde (méthode physico-chimique) on mesure en fait un taux de saturation. En général l’appareil est étalonné de manière à lire directement une teneur en mg/l.

Différents couples d’électrodes sont utilisés (or-argent, argent-plomb, argent-carbone); une membrane en téflon ou en polyéthylène de perméabilité sélective isole l’ensemble. Le courant obtenu est proportionnel à la pression partielle en oxygène dissous. Après tarage de l’appareil, on peut donc déterminer directement la teneur en mg/l.
 

Capteurs de mesure d'oxygène dissous
Sur le marché on trouve différentes cellules de mesures fonctionnant selon deux principes différents

La cellule de mesure à deux électrodes : une cathode servant d'électrode de mesure et d'une anode servant de contre-électrode et également d'électrode de référence. Les électrodes sont plongées dans un électrolyte et une membrane sépare le tout du milieu dans lequel plonge la cellule de mesure. Une tension de polarisation est appliquée entre les deux électrodes et si il y a de l'oxygène, celui-ci diffuse à travers la membrane. Le courant de polarisation est alors proportionnel à la pression partielle de l'oxygène dans la solution.

Cette technique présente un certain nombre d'inconvénients :

- l'oxygène diffuse continuellement : la précision de la mesure risque d'être affectée par l'encrassement de la membrane.

- Il faut régler le point zéro au moyen d'une solution exempte d'oxygène; il faut prévoir le remplacement régulier de l'anode et d'effectuer des étalonnages fréquents et de changement de l'électrolyte.

La cellule de mesure à trois électrodes : l'anode est remplacée par deux électrodes individuelles : une contre-électrode soumise au courant et une électrode de référence non soumise au courant. Le fait d'avoir une électrode de référence indépendante intervient sur les mécanismes des réactions chimiques et évite un changement d'électrolyte.
 

Dans les deux cas les capteurs devront être équipés d'une thermistance qui mesurera la température ambiante en continu et compensera la mesure à une température de référence. Dans les milieux à courants lents (moins d'une dizaine de cm/s) il faudra prendre des électrodes à grande surface d'échange ou de prévoir un dispositif d'agitation.