Evaluation des performances de dispositifs de mesure en continu pour la surveillance des nutriments et de la matière organique dans les eaux de surface

Le guide européen CIS n°19 (2009) sur la surveillance des paramètres chimiques dans les eaux de surface mentionne au chapitre 7 qu’il est souhaitable d’introduire d’autres techniques que l’analyse d’échantillons ponctuels par des méthodes d’analyses classiques afin d’améliorer la qualité de l’évaluation de l’état écologique réalisé, commes les dispositifs de mesure en continu. De nombreux freins ont cependant été identifiés à travers les travaux menés dans le cadre du projet européen SWIFT-WFD (Strosser, 2006) et dans l’étude réalisée par E&Y (2013) pour l’utilisation de ces méthodes dans les programmes de surveillance de la DCE, comme notamment l’absence de validations, de certifications, de normes et d’outils de contrôle qualité, ou encore le niveau de fiabilité, a priori moins bon, que pour les méthodes dites « classiques ».

L’objectif de cette synthèse est de présenter la méthodologie et les protocoles suivis ainsi que les résultats pour évaluer les performances en conditions contrôlées (en laboratoire) et conditions réelles (sur site) de plusieurs dispositifs de mesure en continu de suivi des nutriments et de la matière organique en cours d’eau.

Une vingtaine de fabricants / fournisseurs proposant des dispositifs de mesure en continu pour les paramètres sélectionnés a été contactée fin 2014. 9 fabricants / fournisseurs ont répondu favorablement et ont mis à disposition 26 dispositifs de mesure dans le cadre de ces essais. Ces dispositifs, dont les principes de mesure et de fonctionnement diffèrent, permettent d’avoir une bonne représentativité de l’offre de ce marché. Le site retenu pour la réalisation des essais en conditions réelles a été l’Oise à Verneuil en Halatte (département de l’Oise) au niveau de la station de pompage de l’INERIS. Une station provisoire a été conçue et installée fin octobre 2015. Elle a permis d’accueillir l’ensemble des instruments de mesure en tenant compte de la diversité des prises d’eau de ces dispositifs (sous pression, par pompage, in situ).

Les performances métrologiques qui ont été évaluées en conditions contrôlées au laboratoire afin d’établir les performances initiales des différents dispositifs de mesure en continu sont : le biais, la répétabilité, la linéarité, la sensibilité et la limite de quantification. Les performances qui ont été évaluées en conditions réelles sur site lors de l’essai d’une durée de 3 mois sur l’Oise sont : le biais en condition de répétabilité, la répétabilité, l’erreur de mesure (écart entre la valeur mesurée par le dispositif et la valeur de référence), la fidélité intermédiaire, le biais en conditions de fidélité intermédiaire, la sensibilité et la limite de quantification.

Les dispositifs de mesure en continu de la matière organique, des nitrates, de l’azote total, du phosphore total et des phosphates, possèdent des limites de quantification compatibles avec les niveaux de concentration mesurées dans l’Oise entre octobre 2015 et février 2016 et qui permettent de mesurer des concentrations au niveau des seuils de qualité très bon / bon. Pour l’ammonium, seuls deux dispositifs (gamme basse), ont des limites de quantification compatibles avec les niveaux de concentration mesurées dans l’Oise entre octobre 2015 et février 2016 et qui permettent de mesurer des concentrations au niveau des seuils de qualité très bon / bon. Les limites de quantification des autres dispositifs de mesure de l’ammonium permettent seulement de définir le seuil de qualité médiocre / mauvais.

Les résultats obtenus ont permis de faire des recommandations :

• Pour les dispositifs de mesure en continu de la matière organique basés sur l’absorbance dans l’UV-visible, il est important d’ajuster l’étalonnage en fonction du niveau de turbidité dans le cours d’eau afin d’améliorer les écarts observés entre les mesures réalisées avec les dispositifs et les mesures de référence (méthodes laboratoire). Pour certains dispositifs une correction de l’influence de la turbidité est incluse, mais il peut cependant être pertinent d’optimiser cette correction avec la matrice réelle lors d’un étalonnage au début des essais.
   
• De même, une correction des dérives observées, notamment pour les dispositifs basés sur une mesure par électrode sélective (nitrates et ammonium) et dépouvus de système de nettoyage, pourrait être envisagée.
   
• Pour les dispositifs de mesure en continu des nitrates basés sur l’absorbance dans l’UVvisible, un ajustage au début de l’essai pourrait être réalisé afin de corriger le biais observé pour certains dispositifs de mesure qui est pratiquement constant sur toute la période d’essai sur site.