Turbidité : unités, méthodes, exemples

Introduction

La turbidité est une propriété optique des fluides, notamment l’eau, qui caractérise la présence de particules en suspension affectant la transmission de la lumière.​ Elle est essentielle pour évaluer la qualité de l’eau.​

Définition de la turbidité et son importance dans la qualité de l’eau

La turbidité est définie comme la mesure de la quantité de lumière que les particules en suspension dans un fluide, tel que l’eau, diffusent ou absorbent. Cette propriété optique est directement liée à la présence de matières en suspension, telles que des sédiments, des bactéries, des algues ou des déchets.​ La turbidité est donc un indicateur clé de la qualité de l’eau, car elle peut révéler la présence de contaminants ou de polluants.​

En effet, une eau turbide peut contenir des substances nuisibles à la santé humaine ou à l’environnement.​ Il est donc essentiel de mesurer la turbidité pour évaluer la qualité de l’eau destinée à la consommation, à l’irrigation ou à d’autres usages.​ La mesure de la turbidité permet ainsi de détecter les problèmes de qualité de l’eau et de prendre des mesures pour les résoudre.

Unités de mesure de la turbidité

Les unités de mesure de la turbidité sont essentielles pour quantifier cette propriété optique, avec les unités NTU et FNU étant les plus couramment utilisées en chimie et en qualité de l’eau.​

NTU (Unité Néphélométrique de Turbidité)

L’unité NTU (Nephelometric Turbidity Unit) est une unité de mesure de la turbidité définie comme la réponse d’un nephélomètre standard à une solution de formazine.​

Cette unité est basée sur la mesure de la lumière diffusée par les particules en suspension dans l’eau, qui est proportionnelle à la concentration de ces particules.

L’NTU est une unité pratique pour mesurer la turbidité des eaux naturelles, des eaux usées et des eaux de traitement, car elle permet de détecter des concentrations de particules très faibles.​

En général, les eaux claires ont une turbidité inférieure à 1 NTU, tandis que les eaux troubles peuvent avoir des valeurs supérieures à 100 NTU.​

FNU (Formazine Nephelometric Unit)

L’unité FNU (Formazine Nephelometric Unit) est une unité de mesure de la turbidité définie comme la réponse d’un nephélomètre standard à une solution de formazine à une concentration spécifique.​

La formazine est un polymère artificiel utilisé comme étalon de référence pour la calibration des appareils de mesure de la turbidité.​

L’unité FNU est similaire à l’unité NTU, mais elle est considérée comme plus précise et plus fiable, car elle est basée sur une substance chimique bien définie et non soumise à des variations naturelles.​

Les deux unités, NTU et FNU, sont souvent utilisées de manière interchangeable, mais l’FNU est généralement préférée dans les applications où une haute précision est requise, comme dans l’analyse de l’eau potable.​

Méthodes de mesure de la turbidité

Les méthodes de mesure de la turbidité comprennent des techniques optiques et physico-chimiques variées, telles que la méthode de Jackson, la méthode nephélométrique et la méthode spectrophotométrique.

Méthode de Jackson ⁚ le turbidimètre à bougie de Jackson

La méthode de Jackson est une technique historique de mesure de la turbidité, basée sur la comparaison de l’intensité de la lumière transmise à travers un échantillon d’eau avec celle d’une bougie standard.​ Le turbidimètre à bougie de Jackson est un instrument simple et économique, qui fonctionne en mesurant la distance à laquelle une bougie peut être vue à travers l’échantillon d’eau.​ La turbidité est alors déterminée en comparant cette distance à une échelle de référence.

Cette méthode est relativement simple et rapide, mais elle présente certaines limites, notamment une faible précision et une sensibilité réduite pour les échantillons très turbides ou très clairs.​ Cependant, elle reste encore utilisée aujourd’hui comme méthode de référence pour certaines applications.​

Méthode nephélométrique ⁚ principe et fonctionnement d’un nephélomètre

La méthode nephélométrique est basée sur la mesure de la lumière diffusée par les particules en suspension dans l’eau.​ Un nephélomètre est un instrument qui détecte la lumière renvoyée par les particules à un angle de 90° par rapport au faisceau incident.​

Le fonctionnement d’un nephélomètre est le suivant ⁚ un faisceau de lumière est dirigé vers l’échantillon d’eau, et la lumière diffusée est collectée par un détecteur placé à 90° par rapport au faisceau incident.​ La mesure de l’intensité de la lumière diffusée est directement proportionnelle à la turbidité de l’échantillon. Les nephélomètres sont des instruments précis et fiables, souvent utilisés comme référence pour les mesures de turbidité.​

Méthode spectrophotométrique ⁚ mesure de l’absorbance et de la transmittance

La méthode spectrophotométrique est basée sur la mesure de l’absorbance ou de la transmittance de la lumière par l’échantillon d’eau.​ Un spectrophotomètre mesure l’intensité de la lumière avant et après qu’elle ait traversé l’échantillon.​

L’absorbance (A) est définie comme le logarithme décimal de la réduction de l’intensité de la lumière incidente due à l’absorption et à la diffusion par les particules en suspension.​ La transmittance (T) est le rapport de l’intensité de la lumière transmise à l’intensité de la lumière incidente.​ La turbidité peut être calculée à partir de ces deux paramètres. Cette méthode est particulièrement utile pour les échantillons présentant une forte absorption ou une forte diffusion de la lumière.​

Phénomènes physiques impliqués dans la turbidité

Les phénomènes physiques clés impliqués dans la turbidité sont la diffusion et l’absorption de la lumière par les particules en suspension, qui affectent la transmission de la lumière dans l’eau.

Diffusion et absorption de la lumière par les particules en suspension

La diffusion et l’absorption de la lumière par les particules en suspension sont les deux phénomènes physiques fondamentaux qui régissent la turbidité.​ Lorsqu’un faisceau lumineux traverse un échantillon d’eau, les particules en suspension diffusent la lumière dans toutes les directions, réduisant ainsi l’intensité de la lumière transmise. Ce phénomène est connu sous le nom de diffusion de la lumière.​

D’un autre côté, les particules en suspension peuvent également absorber la lumière, ce qui réduit encore plus l’intensité de la lumière transmise. La combinaison de ces deux phénomènes physiques, la diffusion et l’absorption, définit la turbidité de l’échantillon d’eau.​

Ces phénomènes dépendent de la taille, de la forme et de la concentration des particules en suspension, ainsi que de la longueur d’onde du faisceau lumineux utilisé.​

Rôle de la longueur d’onde du faisceau lumineux

La longueur d’onde du faisceau lumineux joue un rôle crucial dans la mesure de la turbidité. En effet, les particules en suspension ont une réponse différente aux différentes longueurs d’onde de la lumière.​ Les particules plus petites sont plus efficaces pour diffuser les longueurs d’onde courtes, tandis que les particules plus grosses sont plus efficaces pour diffuser les longueurs d’onde plus longues.​

Par conséquent, la choix de la longueur d’onde du faisceau lumineux dépend de la taille et de la distribution des particules en suspension dans l’échantillon d’eau.​ Généralement, une longueur d’onde de 860 nm est utilisée pour les mesures de turbidité, car elle offre une bonne sensibilité pour les particules en suspension communes dans l’eau.

Il est important de noter que la sélection de la longueur d’onde appropriée est cruciale pour obtenir des résultats fiables et précis dans la mesure de la turbidité.​