Caractérisation de la matière organique d'eaux résiduaires et d'eaux de surface par les sondes spectrophotométriques UV-Visible

Type de publication Etude technique
Année de publication 2019
Année de programmation 2018
Domaine Chimie
Thématique Techniques innovantes
Thème lié Thème G : Méthodes et technologies innovantes
Auteur(s) Masson M., Arhror M., Brosse C., Forquet N., Guigues N., Raveau S.
Organisme Irstea, LNE
Résumé

 

Afin d’améliorer la qualité de l’évaluation de l’état chimique des eaux, des méthodes alternatives aux méthodes de prélèvement et d’analyses classiques se développent. Parmi ces techniques, les systèmes spectrophotométriques UV-visible, permettant des mesures in situ et en continu, sont de plus en plus utilisés. Des sondes commercialisées permettent d’obtenir des teneurs en matières en suspension (MES), nitrates, demande chimique en oxygène (DCO) ou carbone organique à partir des spectres UV-vis. De nombreuses études montrent qu’il est possible d’extraire des données spectrales d’autres types d’informations sur la qualité de la matière organique dissoute (MOD) comme le degré d’aromaticité ou la taille globale des molécules organiques. Ce rapport explore le potentiel de la mesure spectrophotométriques UV-vis pour apporter des informations sur la qualité de la MOD de différents types d’eaux. Ce travail s’appuie sur des expérimentations menées en laboratoire et sur l’analyse de jeux de spectres UV-vis acquis sur des eaux résiduaires et de surface.
 
Une expérimentation préliminaire a été réalisée en laboratoire en 2016. Huit échantillons d’eaux résiduaires (eaux brutes non traitées et eaux traitées) de deux stations de traitement ont été physiquement fractionnées (par tamisage et filtration) afin de voir l’influence des différentes classes de particules et colloïdes organiques sur les spectres UV-vis mesurés avec deux systèmes portables (sonde spectro::lyser et système Pastel Uviline) et un spectrophotomètre de laboratoire. Les résultats montrent une bonne concordance entre les deux systèmes de mesures pour l’analyse des paramètres majeurs (MES, nitrates, DCO, DBO et COT) qui pourrait être améliorée en prenant en compte une calibration locale. Un ensemble d’indicateurs sont estimés à partir des spectres : indice SUVA, rapports d’absorbance (250/365nm ; 465/665nm), pentes spectrales sur les domaines 275-295 nm et 350-400 nm. Ces indicateurs montrent clairement que la qualité de la MOD des deux stations est différente, et qu’elle évolue en fonction du temps de prélèvement pour une même station.
 
La suite de l’étude consiste à observer la variabilité des spectres UV-vis d’échantillons d’eaux résiduaires et d’eau de surface et d’étudier leurs signatures spectrales (à partir de l’ensemble des indicateurs classiques). Pour cela, plusieurs bases de données ont été construites à partir de :
  • 4 échantillons de rivière et 59 échantillons d’eaux résiduaires prélevés le long des traitements de 9 stations de traitements d’eaux usées (STEU) entre 2017 et 2018. En plus des spectres UV-vis, des analyses complémentaires de caractérisation de la MOD (dont la distribution de taille de la MOD) ont été réalisées. La comparaison des spectres et des données complémentaires permet de mieux interpréter les indicateurs UV-vis classiques. Des signatures spectrales spécifiques des types d’eaux (entrée vs. sortie de STEU) sont identifiées à partir de l’intégration de l’ensemble de ces indicateurs.
  • 279 spectres UV-vis d’eaux résiduaires non traitées et traitées (n=237) et d’eaux de surface (n=42). La variabilité des signatures spectrales est étudiée en fonction du type et de l’origine de l’eau et donc de la source potentielle de la MOD. Cette banque de données conséquente permet de confirmer l’utilisation des empreintes spectrales pour classer des eaux de surface en fonction de la qualité de la MOD qu’elles contiennent.
  • 2 suivis temporels réalisés sur les rivières Oise (novembre 2015 à février 2016) et Gier (mai 2017 à mai 2018). Les chroniques de spectres, après traitement des données brutes (correction de la turbidité), permettent d’illustrer le potentiel de la spectrophotométrie UV-vis pour l’étude des variations de la qualité de la MOD dans les deux cours d’eau à des échelles allant du mois à la journée.
L’étude de ces différentes bases spectrales a permis permet aussi de distinguer des étapes critiques à améliorer (comme la compensation des spectres de la turbidité) pour faciliter l’utilisation et l’interprétation des données issues des sondes spectrophotométriques UV-vis dans un but de caractériser la MOD des eaux résiduaires et des eaux de surface.
 
 
Fichier(s) attaché(s) G2a3_MO-UVvis_VF.pdf 4.02 MB