Qualité chimique des eaux Application de la DCE développement d'un Micro- système de mesure Ph. Namour, N. Jaffrezic Université de Lyon/Cemagref Micro-capteur Environnementaux Besoins métrologiques Dispositif OTHU 1999 Solution o micro-capteur capteu Exemple projet INTEGREAU Résumé - Conclusions
Besoins de mesures Besoins réglementaires DCE & LEMA États chimique et écologique Besoins cognitifs Défis méthodologies Besoins réglementaires La Directive Cadre sur l Eau 23/10/2000 Déclinaison en droit français : la LEMA (2006)
Objectifs de la DCE Prévenir la détérioration des masses d eau Atteindre le "bon état" en 2015 Chimique Écologique Réduction des rejets toxiques Liste de 41 substances prioritaires Les rejets doivent être réduits Liste de substances dangereuses prioritaires Les rejets, émissions et pertes doivent cesser d ici 2020 la DCE & ses États État chimique Textes normatifs : Normes de Qualité Environnementale État écologique "qualité de la structure et du fonctionnement des écosystèmes aquatiques"
États chimiques des masses d eau Liste de 31 "substances prioritaires" it i avec définition d un seuil (NQE) NQE : Valeur seuil bon mauvais [C] Objectifs Qualité Chimique Mauvais État Réduction de la pollution nécessaire NQ Bon État! Objectif de non détérioration temps
Besoins cognitifs Défi méthodologique en Hydro-chimie i d une approche anatomique Fonctionnalités écologiques à une approche physiologique Étude des flux de matière & d énergie Écosystème des logiques gq emboîtées Logiques forme Géomorphologie Unité Fonctionnelle flux Hydro chimie Biotope Unitaire État Écologique Traits Fonctionnels Modes de fonctionnement fonction Biologie Biochimie
Comparer des métriques comparables Écotoxicologie & Hydrobiologie Comparent des Concentrations & Organismes Vivants (Mesures Ponctuelles & Mesures Intégrées) => Problèmes d interprétation Comparer flux de matière & organismes vivants Dimensions spatiales Ambiance physico chimique microbienne & microfaune Niveau de contamination d un bassin versant Chaetogaster diaphanus mm 3 cm 3 Mesures faibles volumes km 2 Nombreuses mesures
Dispositif "OTHU 1999" Mesure de flux Débitmètre Déversement de temps de pluie Rejet ph conductivité turbidité Pompe Recueil automatique des données Canal de mesures Échantillonneur automatique 24 flacons Chaudanne Temps de latence du dispositif 1999 pic de pollution épointé Conductivité i Déversoir d Orages Rivière 150 m aval Le dispositif présente une aval DO temps de latence 4 5min amont temps (min)
300 250 1000 200 150 750 Fenêtres de scrutation (phénomènes transitoires) Conductivité déversoir d orages OTHU 1/6/08 Grezieu la Varenne (69) 100 50 500 0 2:45 3:03 3:21 3:39 3:57 4:15 250 Échantillonnage 1 min 1 h 3 h 8 h 24 h 2 min/24 flacons 18h32 2h58 0 0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 Processus analytique conventionnel Eau Prélèvement Transport au labo Traitement de l échantillon Séparation Réaction Mesure Traitement du signal Calibrage & calculs Non déclenchement, Identification Perte, Altération Contamination Adsorption Altération Résultat
Solution Micro-capteur Eau Processus Analytique Intégré Réaction Prélèvement Transport au labo Traitement de l échantillon Séparation Mesure Traitement du signal Calibrage & calculs Résultat Mesures intégrées en continu Simples : moindre risques d erreurs Économiques : multiplication des mesures Autonomes : limite la maintenance Temps réel : événementsénements transitoires Fiables & précises : qualité de mesure Non destructifs : pas modifier le milieu de mesure
Exemple système INTEGREAU micro système générique pour l application de la Directive Cadre européenne sur l eau ANR Precodd 2007 Démontrer la possibilité d un micro système intégrant système micro fluidique de filtration & concentration module de micro détection Définiri une méthodologie de validation in situ du micro système (rivière) Illustrer la validité du concept, pour métaux prioritaires DCE : Cd, Hg, Ni & Pb La chaîne modulaire de mesure 1) Pré traitement (décantation & filtration) 2) Extraction & concentration 3) Détection 4) Mesure & interface homme machine hi (IHM) 5) Télétransmission Eaux Module de prè traitement Module de concentration Module de détection Module de Mesure IHM Module de transmission résultat Micro système Intégreau
Dépôts PLD de DLC pur sur substrat Si(100) «grandes dimensions» AS249 AS252 300 AS253 haut AS253 bas AS254 250 AS255 AS256 Pb Hg Current/μA 200 150 Cd Ni 100 50 Carbone adamantin/silicium (100) Ø = 10,16 cm (4 pouces) Épaisseur ~ 50 nm adhérent 0-1,5-1,0-0,5 0,0 0,5 1,0 E/Volt Voltampérométrie à redissolution anodique par vagues carrées sur carbone adamantin à 01M 0,1M acétique ph42 4,2 Limites de détection LD μg/l Linéarité μg/l Sensibilité μa/μg UE (2008) μg/l Extracteur/ Concentrateur Cd 2+ 1 1 20 6,8 0,08 0,25 X 15 20 Pb 2+ 1 1 30 16,2 20 OK Ni 2+ 2 2 15 1,5 7,2 OK Hg 2+ 1 1 25 5,5 0,05 X 20 25 Objectif Integreau: Baisser d un facteur 25 la LD Module Détection (Optimisation) Module Extraction/Concentrateur
Validation des matériels de mesure en continu NF EN ISO 15839 (2006) Déclinaison nationale de la norme ISO 15839 (2003) Validation i laboratoire & terrain Caractéristiques générales (LD, linéarité, répétabilité, dérive) Dynamique de la réponse (latence, temps de montée & descente) Disponibilité & temps de fonctionnement (prévue & avaries) Contraintes du terrain Axes d évolution des micro- Climat capteurs Climat Micro organismesorganismes Abrasion & chocs Autonomie i Milieu ouvert Vandalisme Collecte des données Stockage g & extraction Durcissement Miniaturisation Communication sans fil Éco conception Bases de données Modèles Mathématiques TIC
Bilan & Perspectives Micro-capteurs & Terrain Besoins réels Normatifs (réglementation, surveillances) Cognitifs (écologie fonctionnelle) Solution adaptée : micro-capteurs Résolution spatiale & temporelle Faible coût Recherche & Développement Durcissement des systèmes Alimentation & Communication Validation automatique Stockage & extraction d indicateurs Mercide votre aimable attention ti