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LA TURBIDITE


 



La turbidité se définit comme "l'expression de la propriété optique qui fait que la lumière est dispersée et absorbée plutôt que transmise en ligne droite à travers un échantillon," cette dispersion étant provoquée par l'interaction de la lumière avec les particules en suspension dans l'échantillon.

Simplement dit, la turbidité est le contraire de la limpidité.

La norme NF T 90-033 définit la turbidité comme la réduction de la transparence d’un liquide , par la présence de matières non dissoutes lorsqu’il est éclairé par un faisceau de longueur d’ondes 860 nm.
 

Comment mesure t-on la turbidité :
Au départ, la turbidité était déterminée en mesurant la hauteur d’eau d’une colonne de liquide nécessaire pour que l’image de la flamme d’une bougie placée sous le tube se diffuse de manière uniforme. Ceci était connu sous le nom de turbidimètre à Bougie Jackson (JCT).

L’étalonnage était basé sur des suspensions de silice provenant de terre à foulons ou diatomée. La turbidité provoquée pour une part pour un million (ppm) de silice en suspension a été définie comme une Unité de Turbidité Jackson (JTU).

Cette méthode servait à mesurer l’atténuation de la lumière transmise à travers l’échantillon. Cette atténuation est trop petite pour pouvoir être mesurée de façon précise, ce qui limite considérablement la méthode Jackson.
 

De nos jours, la turbidité est généralement mesurée par néphélométrie, technique qui permet la mesure à l'aide d'un photodétecteur qui, placé à 90° par rapport à un faisceau lumineux incident, quantifie l'intensité de la lumière diffusée par les particules en suspension dans le fluide; la valeur obtenue est proportionnelle à la turbidité.

Les turbidimètres sont étalonnés en Unité de Turbidité (TU).

A l’origine une TU était égale à la turbidité causée par un ppm de silice en suspension.

La plus répandue des unités, l’Unité Néphélométrique de Turbidité (NTU) permet de se référer à la technique de mesure néphélométrique.

La NTU peut différer de la JTU qui était étalonnée au moyen d’une suspension d’argile ou autre matière naturelle.

La formazine est utilisée aujourd’hui comme étalon primaire de turbidité. Il existe des étalons secondaires pour la calibration de routine des turbidimètres; ils sont plus pratiques et économiques pour les vérifications journalières.

En ce qui concerne les unités, FTU (Formazine Turbidity Units) et NTU (Nephelometric Turbidity Units) sont numériquement identiques et approximativement égales à JTU (Jackson Turbidity Units)

La turbidité peut être mesurée visuellement par la hauteur d’eau à travers laquelle on ne distingue plus un objet; elle est alors exprimée en mètre
 

Pourquoi les turbidimètres répondent-ils différemment ?
Trois facteurs importants affectent la réponse d’un turbidimètre face à un échantillon, à savoir la source de lumière, les photodétecteurs et la configuration physique entre les photodétecteurs et la cellule d’échantillon (géométrie optique).

Des sources de lumières différentes donnent des caractéristiques spectrales différentes; leur intensité de couleur varie.

Les photodétecteurs présentent également des caractéristiques spectrales différentes.
 

Quels rapports existe-t-il entre turbidité et solides en suspension ?
Le niveau de turbidité croit et décroît selon que la concentration de solides en suspension augmente et diminue.

Cependant, la quantité et la couleur de la lumière dispersée par chaque particule dépendent de leur taille, de leur forme, de leur composition et de l’indice de réfraction.

Des solutions de concentrations égales de solides en suspension mais de composition différente ne dispersent pas forcément la même quantité de lumière.

De ce fait la turbidité est liée aux solides en suspensions, mais cette relation ne peut être quantifiée.
 

La turbidité a un rôle écologique complexe :

- baisse de la lumière

- pouvoir absorbant

- abrasion et sédimentation
 
 

Les matières en suspension MES correspondent à la concentration en éléments non dissous d’un échantillon. Elles sont obtenues soit par filtration, soit par centrifugation des solutions concentrées, puis séchage à 105°Cpendant trois heures environ jusqu’à obtention du résidu sec.

Il existe aussi les matières volatiles en suspensions MVS qui représentent la partie organique non dissoute d’un échantillon. La calcination du résidu sec à 525°C pendant une heure conduit à la volatisation des matières organiques. La différence de masse entre résidu sec et résidu calciné correspond donc au MVS.
 

Il existe deux sortes de turbidimètres : les turbidimètres de laboratoire et ceux dit en continu.
Les résultats des turbidimètres de laboratoire sont le reflet d’une situation ponctuelle. Il s’agit dans la plupart des cas de prendre un échantillon d’eau et de placer cet échantillon dans un analyseur.

La mesure de turbidité en continu requiert une instrumentation conçue pour pallier à différents problèmes pratiques tels que l’encrassement des capteurs, l’interférence des bulles d’air et l’étalonnage.

On peut aussi voir les turbidimètres dit de terrain qui sont des appareils de laboratoire " adaptés " à la mesure sur site (alimentation par pile, sonde de mesure, portable, etc)
 

L’encrassement des capteurs :
L’encrassement des capteurs par les matières en suspension est à l’origine de problèmes de maintenance dans pas mal d’installations. Le démontage de ces capteurs est alors indispensables.

Afin de réduire ces inconvénients certains fabricants ont associé un système de nettoyage automatique de la cuve de mesure. D'autres types de turbidimètres sont conçus pour éviter le contact entre l'échantillon et les composants optiques
 
 

La mesure de la turbidité peut être altérée par la coloration du fluide; certains turbidimètres permettent de s'affranchir de cette interférence par différents procédés. Certains turbidimètres travaillent en infra-rouge pour s'affranchir de la lumière du jour et réduire les conséquences du développement algaire.

La coloration de l’eau n’intervient pas théoriquement sur la turbidité. Cette coloration de l’eau peut avoir différentes origines :

- naturelles :

L’eau pure en absorbant les radiations des grandes longueurs d’onde est bleue mais l’eau naturelle en grande masse est soit bleue, soit verte, soit brune.

Elle est bleue quand elle diffuse la lumière grâce aux particules colloïdales qu’elle tient en suspensions.

Elle est verte quand elle est relativement riche en phytoplanton.

Elle est brune quand elle contient des substances humiques ou certains sels de fer.

- eutrophisation : la pullulation d’algue ou de bactéries colore l’eau en vert ou en rouge.

- chimique

Les mesures de colorimétrie étant basées sur la mesure d’une intensité de coloration mesurée par l’absorption d’un faisceau lumineux, on peut être amené à confondre la mesure de coloration et celle de turbidité.

En général, on dose par colorimétrie les nitrates, nitrites, ammonium, phosphore, le chlore résiduel...

La couleur d’une eau eau est dite vraie ou réelle lorsqu’elle est due aux seules substances en solution. Elle est dite apparente quand les substances en suspension y ajoutent leur propre coloration. Les couleurs réelle et apparente sont approximativement identiques dans l’eau claire et les eaux de faible turbidité. En conséquent, la couleur vrai est celle observée sur une eau débarrassée des matières en suspension. La couleur apparente est utilisée pour décrire la couleur avant l’enlèvement des matières en suspension.

La turbidité rend généralement la couleur observée plus forte qu’elle ne l’est en vérité mais il n’y a pas de relation entre la couleur vraie et l’influence de la turbidité.

L’enlèvement des MES se fait par centrifugation ou floculation.

Les mesures de turbidité peuvent être gênées par les bulles d'air contenues dans le fluide et qui dispersent également la lumière. Les micro-bulles peuvent rester en suspension et partant, donner des résultats erronés par excès.

Différentes techniques permettent de réduire les quantités de bulles tel un piège à bulles qui est une chambre d’expansion qui permet aux bulles de monter en surface et d’être éliminées dans l’atmosphère.

La mesure de matière en suspension est en général une mesure de turbidité par table de corrélation. C’est à dire que la lecture se fait en mg/l après établissement d’une courbe de corrélation entre l’atténuation lumineuse et la concentration. Ceci implique qu’il faut étalonner chaque site et quelquefois chaque mesure.