Turbidité : NTU, FNU ou NFU ? Unités, étalonnage, 4-20 mA

Imaginons qu'un skid de traitement d'eau arrive du Japon. La fiche technique de son turbidimètre en ligne indique « 0–20 度 (formazine), 4–20 mA », avec une alarme réglée à « 5 度 ».

Votre site exprime la turbidité en NFU ou en NTU, et votre laboratoire lit des FNU. La question vient aussitôt : à combien de NTU correspond un « degré » japonais (度, do), et l'alarme a-t-elle encore un sens ?

La réponse courte : il n'existe aucun facteur de conversion unique. Une valeur de turbidité dépend de l'étalon d'étalonnage (kaolin, formazine ou billes de polymère) et de l'optique (longueur d'onde de la lumière, angle du détecteur). Deux mesures ne sont comparables que si ces deux éléments coïncident.

Il faut aussi vérifier l'étalonnage et la mise à l'échelle 4–20 mA entre le turbidimètre et votre système de conduite.

Ce guide traite des unités de turbidité japonaises, de NTU, FNU et NFU (EPA 180.1 et ISO 7027), de la différence entre turbidité et MES, des principes de mesure, de l'étalonnage, du 4–20 mA et du diagnostic de défauts. Il se termine par une liste de contrôle, des questions pour le fournisseur japonais et un modèle de courriel.

Sommaire

1. Ce que mesure la turbidité (et ce qu'elle ne mesure pas)
2. Unités de turbidité : le degré japonais (度), NTU, FNU, NFU et FAU
3. Turbidité et MES (matières en suspension)
4. Comment mesure-t-on la turbidité : les principaux principes
5. Choisir une méthode de mesure
6. Conception de la ligne de prélèvement d'un turbidimètre en ligne
7. Étalonnage d'un turbidimètre : formazine, StablCal et autres étalons
8. Mise à l'échelle 4–20 mA et conception des alarmes
9. Diagnostiquer les lectures de turbidité selon le symptôme
10. Liste de contrôle : examiner la spécification d'un turbidimètre japonais
11. Questions à poser au fournisseur japonais
12. Limites de ce guide
13. FAQ
14. Sources

Ce que mesure la turbidité (et ce qu'elle ne mesure pas)

La turbidité décrit dans quelle mesure un échantillon d'eau diffuse ou atténue la lumière. Les limons, les fines particules solides et les micro-organismes modifient le trajet de la lumière, et le turbidimètre mesure cette variation par rapport à une suspension de référence.

Ce n'est ni un comptage de particules, ni la masse de solides contenue dans l'eau. La taille, la forme et la couleur des particules changent toutes la réponse de l'échantillon à la lumière.

Une eau chargée de fines particules blanches et une eau chargée de grosses particules sombres peuvent contenir la même masse de solides et donner pourtant des lectures de lumière diffusée différentes. À turbidité égale, le contenu n'est donc pas forcément le même.

La turbidité est aussi distincte de la conductivité (ions dissous) et du pH (acidité ou alcalinité). Une eau limpide peut contenir beaucoup d'ions : les stations de traitement combinent donc plusieurs paramètres de qualité d'eau selon ce qu'elles doivent éliminer et contrôler.

Unités de turbidité : le degré japonais (度), NTU, FNU, NFU et FAU

Les spécifications japonaises expriment souvent la turbidité en 度 (do, « degré »). Le nombre seul ne suffit pas : il faut savoir quel étalon définit ce degré. Le kaolin, la formazine et les particules de type polystyrène fixent chacun une référence différente.

• Degré (kaolin) : 1 degré correspond à la turbidité d'une eau purifiée contenant 1 mg de kaolin étalon par litre. Ce 1 mg/L renvoie à la matière étalon, pas à la concentration massique réelle de particules dans votre échantillon.
• Degré (formazine) : la formazine est une suspension de polymère servant à étalonner les turbidimètres. Il s'agit toujours d'une comparaison avec un étalon. Sur un même échantillon, les degrés kaolin et les degrés formazine donnent des valeurs différentes, et leur rapport n'est pas constant.
• Degré (polystyrène) : des étalons de particules de type polystyrène sont utilisés dans le contrôle officiel de l'eau du robinet au Japon. La méthode fixée par le ministre de l'Environnement combine des particules étalons de plusieurs tailles.

La figure 1 recense les unités que vous rencontrerez sur les appareils japonais et internationaux. Lisez chaque unité avec son étalon et son optique.

Figure 1 : lire chaque unité de turbidité avec son étalon et son optique

Un étalonnage avec le même étalon ne garantit pas la même réponse sur des échantillons réels.

Unité	Étalon et optique	À vérifier avant de comparer
Degré (kaolin)	Comparaison avec un étalon kaolin	À ne pas confondre avec la concentration massique de particules de l'échantillon
Degré (formazine), FTU	Étalon formazine ; consigner aussi la configuration optique dans la spécification	Faire coïncider la méthode de détection, pas seulement l'étalon
Degré (polystyrène)	Comparaison avec des particules étalons de type polystyrène	Utilisé dans le contrôle officiel de l'eau du robinet au Japon, qui suit la méthode prescrite
NTU	En général lumière blanche, diffusion à 90°	Vérifier la méthode (par ex. EPA 180.1) et les caractéristiques de l'appareil
FNU	Proche infrarouge, diffusion à 90°	Correspond aux conditions de mesure de l'ISO 7027
FAU	Proche infrarouge, atténuation (détecteur dans l'axe du faisceau)	Pour les fortes turbidités ; non interchangeable avec le FNU

Certains appareils conservent d'anciens libellés d'unité : ne déduisez donc pas l'optique de la seule unité affichée.

En France, l'unité utilisée dans la réglementation sur l'eau potable est le NFU (néphélométrie formazine unit). Elle repose sur la méthode de la norme NF EN ISO 7027, la même que celle des appareils affichant des FNU : sur les fiches techniques, NFU et FNU désignent donc en pratique la même mesure par néphélométrie à la formazine.

NTU et FNU : EPA 180.1 et ISO 7027

Le NTU (nephelometric turbidity unit) est l'unité des néphélomètres à lumière blanche, avec la méthode 180.1 de l'EPA américaine comme référence habituelle. Le FNU (formazin nephelometric unit) relève des appareils à proche infrarouge conçus selon l'ISO 7027-1. Les deux mesurent la lumière diffusée à 90° et s'étalonnent à la formazine ; la source lumineuse est la principale différence.

Le tableau ci-dessous résume les conditions optiques. Les valeurs proviennent des sources citées en fin d'article. Pour un travail de conception ou de conformité, consultez le texte en vigueur de chaque norme.

	EPA 180.1 (NTU)	ISO 7027-1 (FNU / FAU)
Source lumineuse	Lampe à filament de tungstène, température de couleur 2 200–3 000 K (lumière blanche)	Proche infrarouge, 860 nm avec une largeur de bande de 60 nm ou moins (sources secondaires)
Détecteur	À 90° du faisceau (±30°), pic spectral 400–600 nm ; trajet optique total de 10 cm au plus	90° (±2,5°) pour le FNU ; dans l'axe du faisceau (atténuation) pour le FAU
Plage	0–40 NTU ; au-delà par dilution	Néphélométrie : en général de moins de 0,05 jusqu'à 400 FNU ; atténuation : en général 40–4 000 FAU
Couleur de l'échantillon	Plus sensible à la couleur de l'échantillon	Moins sensible à la couleur, car la couleur dissoute absorbe moins dans le proche infrarouge
Usage courant	Eau potable et eaux usées en Amérique du Nord	Europe et Asie-Pacifique

L'ISO 7027-1 considère les NTU et les FNU comme numériquement équivalents au sein de la même méthode de lumière diffusée. Ce n'est pas la même chose que convertir des lectures entre des appareils d'optiques différentes. Dans l'eau naturelle, la taille, la forme et la couleur des particules modifient les lectures : un appareil à lumière blanche et un appareil infrarouge donnent donc souvent des valeurs différentes sur le même échantillon.

Pour cette raison, l'USGS et l'ASTM D7315 recommandent de rapporter chaque technologie dans son unité propre (NTU, FNU, FNRU, FAU, FBU, etc.). Les anciens appareils, eux, affichaient souvent « NTU » quelle que soit leur optique. Distinguez ces deux cas :

• Même appareil, nouveau libellé : l'affichage passe de NTU à FNU, mais l'optique n'a pas changé.
• Autre appareil : le remplaçant a une autre source lumineuse ou un autre angle de détection ; les lectures sur échantillons réels peuvent alors se décaler, même après étalonnage.

Convertir des degrés japonais en NTU

Aucun facteur commun ne répond à la question « combien de NTU fait un degré ». Même un degré basé sur la formazine ne s'aligne sur le NTU que si l'optique coïncide aussi, et un degré kaolin ou une lecture en lumière transmise est une mesure différente. Voici ce que vous pouvez faire :

1. Déterminer sur quel étalon repose la valeur japonaise (kaolin, formazine ou polystyrène).
2. Déterminer l'optique de l'appareil (lumière transmise, diffusion à 90°, rapport, sphère d'intégration ou diffusion de surface) et sa source lumineuse.
3. Si l'ancien et le nouvel appareil diffèrent, les faire fonctionner pendant un temps sur les mêmes échantillons et comparer.

Limites de turbidité de l'eau potable : Japon et France

Au Japon, la norme de qualité de l'eau du robinet fixe la turbidité à 2 degrés ou moins. Un objectif de gestion de la qualité de l'eau distinct vise 1 degré ou moins. Ce sont deux catégories différentes : ne les confondez pas.

En France, l'annexe I de l'arrêté du 11 janvier 2007 fixe une limite de qualité de 1,0 NFU, applicable au point de mise en distribution. Un cas particulier existe pour certaines eaux souterraines issues de milieux fissurés à turbidité périodique supérieure à 2,0 NFU. Les points de mesure et les régimes de contrôle ne sont pas les mêmes qu'au Japon : ne comparez donc pas directement « 2 度 » et « 1,0 NFU ».

Respecter la limite de turbidité ne suffit pas à rendre une eau potable. Les normes d'eau potable portent aussi sur les micro-organismes, les substances chimiques et d'autres paramètres.

À titre de comparaison, la réglementation américaine fixe, pour la filtration conventionnelle et directe, des limites sur l'eau filtrée combinée : 0,3 NTU dans au moins 95 % des mesures mensuelles et 1 NTU à tout moment. Ces limites s'appliquent à un autre point du procédé et ne se comparent pas directement aux normes japonaise et française.

Aucune de ces limites ne se transpose aux eaux résiduaires industrielles ni aux liquides de procédé. Les contrôles légaux d'eau potable, les valeurs de conduite de procédé et les autorisations de rejet suivent chacun leur propre périmètre et leur méthode prescrite.

Turbidité et MES (matières en suspension)

Les matières en suspension (MES, appelées SS au Japon) expriment la masse de matières en suspension par volume d'échantillon. On filtre l'échantillon selon un mode opératoire défini, puis on sèche et on pèse le résidu. La turbidité est une lecture optique : les deux grandeurs restent distinctes.

Certains turbidimètres affichent des MES en mg/L, mais ils ne sèchent ni ne pèsent rien. Ils convertissent la turbidité en MES à l'aide d'une relation établie sur des échantillons réels.

Voici un exemple fictif. Soit x la turbidité (en degrés) et y les MES (en mg/L), et supposons que des échantillons réels aient donné y = 2 + 1,5x. Pour ce type d'échantillon et cette plage, une lecture de 20 degrés donne des MES estimées à 32 mg/L.

Les coefficients 2 et 1,5 sont inventés pour l'illustration. Si vous prenez une corrélation établie sur de l'eau boueuse de rivière pour l'appliquer à une eau de procédé contenant de l'huile ou des pigments, la différence de particules apparaît sous forme d'erreur de conversion.

Pour établir une corrélation, mesurez la turbidité et les MES par paires sur les mêmes échantillons, sur toute la plage de conduite. Vérifiez aussi les extrémités de la plage et les situations anormales, pas seulement la partie qui paraît linéaire. Un changement de produits chimiques ou de matières premières peut modifier le sens de la lecture : consignez donc le procédé et la plage de validité avec l'équation.

Comment mesure-t-on la turbidité : les principaux principes

Les méthodes de mesure de la turbidité se classent d'ordinaire en méthode visuelle, lumière transmise, lumière diffusée et sphère d'intégration. Toutes comparent l'échantillon à une turbidité de référence, mais elles observent des composantes différentes de la lumière et la recueillent dans des directions différentes.

La turbidité visuelle compare un échantillon et un étalon dans des tubes de comparaison identiques. La source lumineuse, le fond et la direction d'observation doivent être maîtrisés. Cela n'a rien à voir avec le fait de lever un flacon à la lumière.

Au Japon, les normes JIS K 0101 (eau industrielle) et JIS K 0102 (eaux résiduaires industrielles) ont été fusionnées dans la série JIS K 0102. Les essais physico-chimiques généraux, dont la turbidité, figurent dans la JIS K 0102-1:2021 et son amendement 1:2023. Les turbidimètres automatiques ont leur propre norme, la JIS K 0801 ; son édition en vigueur et ses exigences sont à confirmer auprès du fournisseur ou de la Japanese Standards Association.

En Europe, la méthode de référence est l'EN ISO 7027-1:2016, reprise en France sous la forme NF EN ISO 7027-1. Elle est proche des conditions de mesure des appareils FNU japonais, mais ne la considérez pas comme « identique » à la JIS K 0102-1 : demandez au fournisseur sur quelle méthode ses valeurs reposent.

Le contrôle de l'eau du robinet au Japon suit la méthode fixée par le ministre de l'Environnement. Connaître le principe de mesure est une chose ; se conformer à une méthode d'essai prescrite en est une autre. C'est l'objectif de l'essai qui détermine la méthode applicable.

Dans tout appareil optique, la position de la source lumineuse, de l'échantillon et du détecteur détermine la lecture.

Lumière transmise (turbidimétrie)

Un turbidimètre à lumière transmise fait traverser l'échantillon par un faisceau et mesure la part qui atteint un détecteur placé du côté opposé. Les particules écartent la lumière de sa trajectoire rectiligne : moins de lumière arrive au détecteur à mesure que la turbidité augmente.

Ces appareils servent pour les turbidités moyennes à élevées, mais la plage utilisable dépend de la longueur du trajet optique et du détecteur. Comme l'appareil lit une perte de lumière, l'absorption par autre chose que des particules et l'encrassement des hublots optiques influencent aussi la mesure.

Figure 2 : la lumière transmise mesure la perte de lumière qui atteint l'autre côté

La lumière perdue à cause de la couleur de l'échantillon ou de l'encrassement des hublots s'ajoute à la perte due aux particules.

Dans une eau presque limpide, les particules ne modifient que très peu la lumière transmise. Le signal peut se noyer dans le niveau de lumière de fond et dans les différences d'une cuve à l'autre : c'est pourquoi les faibles turbidités sont difficiles à mesurer de cette façon.

À l'autre extrême, quand l'eau est si trouble que presque aucune lumière ne passe, il ne reste plus guère de variation à lire. « Adapté aux fortes turbidités » ne veut pas dire « sans limite » : vérifiez la plage utile de l'appareil.

• Couleur : une eau colorée contenant peu de particules peut quand même réduire la lumière transmise par absorption. Comparez la réponse de l'appareil sur des échantillons réels pour ne pas prendre un changement de couleur pour un changement de turbidité.
• État de la cuve : traces de doigts, gouttes d'eau et fines rayures décalent la lecture. Avant d'incriminer l'échantillon, refaites la mesure avec une cuve propre, dans la même orientation et dans les mêmes conditions.
• Ce n'est pas une analyse chimique : les analyseurs colorimétriques (par exemple pour la silice) mesurent eux aussi de la lumière transmise, mais ils lisent une couleur produite par une réaction chimique pour déterminer un constituant précis.

Lumière diffusée (néphélométrie)

Un turbidimètre à lumière diffusée mesure la lumière déviée par les particules, avec un détecteur à angle fixe. La conception courante, à diffusion latérale, détecte la lumière à 90° du faisceau incident.

Dans une eau presque limpide, chaque particule ajoutée augmente la lumière diffusée d'une façon facile à détecter : cette méthode sert donc pour les faibles turbidités. Elle lit un signal d'une autre nature que la faible baisse de la lumière transmise.

La lumière diffusée n'est pas un simple reflet de type miroir dans une seule direction. Les particules renvoient la lumière dans de nombreuses directions, et l'angle choisi par l'appareil modifie sa réponse à la taille des particules et à leurs autres propriétés.

Quand la turbidité augmente, moins de lumière incidente atteint la zone de mesure, et la lumière diffusée est atténuée avant d'arriver au détecteur. La relation entre turbidité et lumière détectée cesse alors d'être simplement proportionnelle.

Une lecture inférieure à la pleine échelle ne prouve pas que la mesure est correcte. Évaluez la réponse du système, y compris la diffusion multiple, et diluez selon les caractéristiques de l'appareil ou la méthode d'essai.

La lumière proche infrarouge peut, dans certains cas, réduire l'effet de la couleur visible. Les différences d'absorption et de propriétés des particules subsistent : essayez donc l'appareil sur des échantillons réels de l'eau à mesurer.

Figure 3 : des détecteurs séparés pour la diffusion latérale et la lumière qui traverse en ligne droite

S se mesure à 90° et T dans l'axe du faisceau. Les appareils à rapport utilisent les deux.

Méthode ratiométrique (lumière diffusée et transmise)

Un turbidimètre ratiométrique mesure à la fois la lumière transmise et la lumière diffusée, et exploite leur rapport. Si la luminosité de la lampe ou la couleur de l'échantillon affecte les deux signaux de la même façon, le rapport annule une grande partie de cet effet.

Cela ne fait pas de la méthode ratiométrique le choix le plus exact pour tous les échantillons. Choisissez la méthode selon les particules, la couleur de l'échantillon, la plage requise et l'éventuelle méthode d'essai prescrite. L'ASTM D7315 et l'USGS rapportent ces conceptions dans leurs propres unités, comme le NTRU (lumière blanche) et le FNRU (proche infrarouge).

Un exemple pédagogique simple : un signal diffusé de 20 et un signal transmis de 80 donnent un rapport de 0,25. Si la lampe faiblit et que les deux signaux tombent à 0,8 fois leur valeur, ils deviennent 16 et 64, et le rapport reste à 0,25.

Ajoutons maintenant un signal de bulle de 4 du seul côté de la lumière diffusée. Le rapport devient 24 ÷ 80 = 0,30. Un rapport ne corrige pas toutes les perturbations, seulement celles qui agissent de la même façon sur les deux signaux.

Les appareils réels sont étalonnés avec leur propre configuration optique et leurs propres méthodes de correction. Une simple formule S/T ne prouve pas que tous les modèles mesurent la même plage avec la même exactitude : comparez les performances de chaque modèle.

Sphère d'intégration et diffusion de surface

Un turbidimètre à sphère d'intégration recueille la lumière qui a traversé l'échantillon dans une sphère dont la paroi interne réfléchit la lumière de façon diffuse. Il recueille la lumière dans un éventail de directions plus large qu'un appareil à diffusion sous un seul angle.

Il évalue la turbidité à partir de grandeurs telles que le rapport entre la lumière diffusée et la lumière transmise totale. Pour comprendre le principe, regardez quelles composantes de la lumière l'appareil sépare et détecte, et pas seulement le fait qu'il possède une sphère.

Figure 4 : une sphère d'intégration recueille la lumière par réflexion diffuse

La lumière sortant de l'échantillon se réfléchit dans la sphère et atteint le détecteur. Coupe schématique du trajet optique.

Un turbidimètre à diffusion de surface détecte la lumière diffusée à la surface de l'eau ou près d'elle, en général par le dessus. Les conceptions dont l'optique n'est pas immergée dans l'échantillon évitent l'encrassement des hublots de cuve en contact avec le liquide.

Une mousse ou des débris flottants à la surface influencent toutefois la lecture. La note technique de Yokogawa sur les bulles décrit un traitement du signal qui supprime les bulles intermittentes, avec ses conditions d'application.

Une optique sans contact ne rend pas tout l'appareil exempt de maintenance. Gardez stables le débit de l'échantillon, le niveau d'eau et l'évacuation, et empêchez la mousse de s'accumuler sur la surface de mesure.

Choisir une méthode de mesure

Commencez par l'objectif et la plage de turbidité dont vous avez besoin. Le contrôle d'eau potable, la surveillance de l'eau brute, la conduite d'une eau de procédé et la surveillance d'eaux résiduaires très troubles exigent chacun des performances différentes et se heurtent à des contraintes différentes.

Si une réglementation ou un contrat impose la méthode, c'est la conformité à cette méthode qui sert de point de départ. Un appareil à plage plus large ne peut pas fournir une valeur de conformité équivalente s'il utilise une autre méthode.

Pour la surveillance de procédé, cherchez à savoir à quel point l'eau devient trouble au démarrage et pendant les incidents, pas seulement en fonctionnement normal. Une plage étroite réglée sur les valeurs normales ne peut pas enregistrer la gravité d'un incident.

Quand vous remplacez un appareil, faites fonctionner l'ancien et le nouveau sur les mêmes échantillons pendant un certain temps pour vérifier la continuité des données. L'accord sur les étalons ne suffit pas : consignez aussi les périodes où les particules elles-mêmes changent, comme une pluie ou un changement de matières premières.

Si la comparaison révèle un écart, remontez à la méthode qui a servi à fixer les anciennes limites avant de les reprendre. Séparer « le procédé a changé » de « l'appareil répond différemment » évite d'hériter d'un seuil d'alarme erroné.

Dans la spécification, indiquez plus que les limites inférieure et supérieure de turbidité :

• L'étalon d'étalonnage et la méthode optique
• La température et la pression de l'eau au point de mesure
• La mise à l'échelle de la sortie (ce que signifient les extrémités du 4–20 mA)
• Le comportement de la sortie pendant la maintenance

Avec ces éléments dans la spécification, tout se déroule dans les mêmes conditions, de la livraison jusqu'à la comparaison côte à côte.

Comparaison des méthodes

Le tableau résume ce que lit chaque méthode et les conditions à vérifier.

Méthode	Lumière lue	Usage typique	Conditions à vérifier
Visuelle	Aspect de l'étalon et de l'échantillon	Essais de comparaison selon un mode opératoire prescrit	Éclairage, fond, conditions d'observation
Lumière transmise	Perte de lumière transmise en ligne droite	Surveillance des turbidités moyennes à élevées	Couleur, encrassement des hublots, longueur du trajet optique
Lumière diffusée	Lumière diffusée sous un angle fixe	Mesures incluant les faibles turbidités	Longueur d'onde, angle du détecteur, diffusion multiple
Sphère d'intégration	Composantes transmise et diffusée recueillies par une sphère	Mesure d'échantillons selon une méthode prescrite	Sphère, optique, conditions d'étalonnage
Ratiométrique (diffusée/transmise)	Rapport de la lumière diffusée à la lumière transmise	Surveillance avec effets de couleur réduits	Perturbations qui n'agissent pas sur les deux signaux
Diffusion de surface	Lumière diffusée près de la surface de l'eau	Mesure en continu sans hublot en contact avec le liquide	Mousse, débris flottants, débit, niveau d'eau

Adaptez la méthode à l'échantillon :

• Faible turbidité : la stabilité du zéro, le blocage de la lumière parasite et la propreté de la cuve sont déterminants. Regardez la dispersion des lectures autour de votre valeur cible, pas seulement le plus petit chiffre affiché.
• Forte turbidité : la profondeur de pénétration de la lumière, la disposition du détecteur et la vitesse de sédimentation comptent toutes. Dans la conception de la surveillance, décidez si un dépassement de plage doit rester bloqué à la limite haute ou signaler un défaut.
• Eau colorée : évaluez séparément l'augmentation des particules et celle des colorants dissous. Même avec une correction, la réponse change quand la couleur ou les particules changent : essayez l'appareil sur l'eau normale et sur l'eau en situation anormale.
• Gouttelettes d'huile ou flocs : l'intensité du mélange peut modifier l'échantillon. Consignez les conditions d'essai et gardez le même traitement du prélèvement à la mesure.

Conception de la ligne de prélèvement d'un turbidimètre en ligne

Un turbidimètre en ligne ne mesure que l'eau qui arrive à son capteur. Si des particules sédimentent ou se collent dans la ligne de prélèvement, l'appareil voit une eau différente de celle du procédé.

Choisissez un point de prélèvement où circule une eau de procédé représentative. Le coin d'une cuve et une conduite de sortie ne transportent pas les particules de la même façon : cherchez les zones mortes et la sédimentation, pas seulement la facilité d'installation.

Une ligne de prélèvement longue et étroite ajoute du retard et donne aux particules plus d'occasions de sédimenter ou de se coller. Planifiez ensemble la longueur, le diamètre et le débit, et prévoyez un chemin pour le rinçage et le contrôle des bouchages.

Figure 5 : une ligne de prélèvement doit garder des particules représentatives et éliminer les bulles

Considérez tout ce qui va du piquage sur le procédé jusqu'au rejet comme un seul système de mesure. La sédimentation, les bulles et les volumes morts influencent la lecture.

Schéma de principe ; respectez les plages de débit et de pression de l'appareil concerné. Concevez le séparateur de bulles de façon que les particules n'y sédimentent pas.

Un gaz dissous qui se dégage quand la pression baisse, ou de l'air aspiré au niveau des pompes et des raccords, forme des bulles qui diffusent la lumière. La lecture peut grimper alors que la teneur en particules n'a pas changé.

Pour éliminer les bulles, stabilisez le débit et la pression et utilisez un séparateur conçu pour l'appareil. Laisser toutefois l'échantillon reposer trop longtemps fait aussi sédimenter les particules et modifie la turbidité que vous voulez mesurer.

Plus de débit n'est pas toujours mieux : un débit excessif provoque des bulles et une surface d'eau instable. Restez dans la plage de débit et de pression indiquée pour le capteur, et réglez jusqu'à obtenir une alimentation stable dans ces conditions.

Le retard de la ligne de prélèvement ralentit aussi la réponse des alarmes. Si la ligne et la cuve contiennent un grand volume, une variation du procédé met du temps à apparaître, même avec un capteur rapide.

Quand vous comparez des résultats de laboratoire aux lectures en ligne, associez des échantillons prélevés au même moment. Tenez compte du retard entre le point de prélèvement et la cuve, pour ne pas parler d'« erreur de l'appareil » alors que les deux valeurs viennent d'eaux différentes pendant une variation.

Étalonnage d'un turbidimètre : formazine, StablCal et autres étalons

L'étalonnage fait correspondre la réponse de l'appareil à un étalon défini. Il ne consiste pas à régler l'appareil jusqu'à ce que l'échantillon affiche la valeur souhaitée. Consignez à chaque fois le type, la valeur et le lot de l'étalon.

1. Partir d'un appareil propre. Nettoyez l'optique et le circuit de l'échantillon, puis laissez la lecture se stabiliser sur l'eau de zéro prescrite. Si vous réglez le zéro avec un hublot encrassé, l'encrassement devient une partie de la référence.
2. Régler l'étendue avec l'étalon prescrit. Utilisez la solution étalon ou la plaque étalon indiquée par le fabricant ou la méthode. Les choix courants sont la formazine, la formazine stabilisée (par exemple Hach StablCal) et les étalons de particules de type polystyrène. Pour la surveillance continue de l'eau du robinet, la méthode japonaise autorise aussi l'étalonnage avec une plaque étalon ; vérifiez que la plaque concorde avec la solution étalon avant de vous y fier.
3. Vérifier près de vos valeurs de conduite. Deux points qui concordent (le zéro et une valeur élevée) ne prouvent pas que l'appareil convient entre les deux. Vérifiez la réponse près des valeurs auxquelles vous conduisez réellement le procédé.
4. Consigner avant et après. Notez séparément les lectures avant et après nettoyage, puis avant et après étalonnage. Cela montre si le nettoyage seul a rétabli la lecture ou si le zéro et la sensibilité avaient aussi dérivé, et aide à fixer les intervalles de maintenance.

Diluer un étalon

Quand vous préparez une série d'étalons par dilution, reliez la valeur de la solution mère, le volume prélevé et le volume final. Le volume final est le total après ajustement au trait de jauge avec de l'eau.

Figure 6 : préparer un étalon de 10 degrés à partir d'une solution mère de 100 degrés

Prélevez 10 mL de solution mère et ajustez à 100 mL au total pour obtenir 10 degrés. En pratique, suivez l'étalon et le mode opératoire prescrits.

Suppose une suspension homogène et une dilution volumétrique

C₂ = C₁ × V₁V₂

C₂ = 100 × 10100 = 10 degrés

C₁ : valeur de la solution mère (degrés). C₂ : valeur après dilution (degrés). V₁ : volume de solution mère prélevé (mL). V₂ : volume total après dilution (mL). Cette formule sert à préparer des étalons, pas à convertir des lectures d'échantillons réels entre méthodes.

Ajouter 100 mL d'eau à 10 mL de solution mère donne environ 110 mL, et non 100 mL. Ajuster au trait de jauge et ajouter un volume d'eau fixe sont deux opérations différentes.

Une suspension qui a sédimenté pendant le stockage donnera une valeur erronée si vous ne prélevez que la couche supérieure. Respectez le mode de mélange et la date de péremption prescrits, et évitez que les récipients et les outils n'apportent des particules étrangères.

La préparation de formazine à partir des réactifs de base fait intervenir des produits chimiques dangereux. L'un d'eux, le sulfate d'hydrazine, est très toxique, et la formazine elle-même peut contenir du sulfate d'hydrazine résiduel. Ne la préparez pas d'après des notes de maintenance générales : suivez la méthode d'essai prescrite, les fiches de données de sécurité et les règles de prévention du risque chimique de votre site.

Mise à l'échelle 4–20 mA et conception des alarmes

Quand l'appareil envoie sa valeur à un système de conduite, la plage affichée et la plage transmise doivent correspondre. Avec du 4–20 mA, l'appareil et le système récepteur doivent s'accorder sur la turbidité que représente chaque extrémité.

Dans un cas fictif, 0–20 degrés est mis à l'échelle sur 4–20 mA : 12 mA est donc le milieu, soit 10 degrés. Si le côté récepteur est resté réglé sur 0–100, les mêmes 12 mA s'affichent comme 50.

Vérifiez aussi le libellé de l'unité. Si le transmetteur sort des degrés formazine et que le repère du système de conduite indique NTU, le nombre peut sembler juste alors que la base est différente. Un signal correct ne prouve pas non plus que le prélèvement ou l'optique le soient : contrôlez séparément le côté échantillon et le côté signal.

Appuyez-vous sur ces points pour régler les alarmes :

• Plage : couvrez les niveaux de démarrage et d'incident, pas seulement les valeurs normales.
• Dépassement de plage et signaux de défaut : demandez si la sortie reste bloquée à la limite haute ou passe à un courant de défaut. Certains transmetteurs utilisent les niveaux de signal NAMUR NE 43, mais les courants réels dépendent de l'appareil et de son paramétrage : confirmez-les auprès du fournisseur.
• Moyennage et rejet des bulles : un filtrage plus fort masque les pointes brèves mais retarde aussi les variations réelles. Réglez le temps de réponse et la limitation des fausses alarmes selon l'usage de l'alarme.
• État de maintenance : enregistrez les défauts de l'appareil et l'état de nettoyage en plus de la turbidité. Si les lectures normales et les lectures prises pendant la maintenance sont archivées de la même façon dans le système de conduite, quelqu'un interprétera mal plus tard un changement de qualité de l'eau.
• Valeur instantanée : la turbidité décrit l'eau à l'instant considéré. L'intégrer dans le temps ne donne pas la masse de particules. Si vous avez besoin d'une charge polluante, définissez correctement le débit et la concentration.

Diagnostiquer les lectures de turbidité selon le symptôme

Partez du symptôme pour remonter à la cause probable. Les bulles, l'encrassement, l'étalon et la ligne de prélèvement sont les endroits habituels à examiner.

Symptôme	À vérifier d'abord	Remarques
Pointes brèves	Bulles, passage de grosses particules, lumière parasite	Si les pointes coïncident avec des variations de débit ou de pression du procédé, soupçonnez la ligne de prélèvement.
Dérive progressive	Encrassement ou dépôts sur les hublots, état de l'étalon, vieillissement de la source lumineuse	Notez la lecture avant nettoyage, pour ne pas perdre la cause en réglant d'un coup le zéro et l'étendue.
Valeur basse seulement juste après le nettoyage	Eau de rinçage restée dans la cuve et diluant l'échantillon	Notez quand l'échantillon est revenu et combien de temps la lecture a mis à se stabiliser ; signalez à part les périodes de nettoyage.
Écart constant en proportion par rapport aux résultats du laboratoire	Base de l'étalon, méthode optique, réglage de la plage de sortie	Confirmez que les deux côtés mesurent la même grandeur avant de modifier la sensibilité.
Mauvaise répétabilité sur un même échantillon	Sédimentation, floculation, orientation de la cuve, bulles	Fixez le mode de mélange et le temps d'attente avant la mesure.
La relation se dégrade après un changement de procédé	Propriétés ou couleur des particules modifiées	Ne concluez pas à une panne de l'appareil ; refaites des mesures de turbidité et des autres paramètres nécessaires sur des échantillons réels.

Liste de contrôle : examiner la spécification d'un turbidimètre japonais

Utilisez cette liste quand vous recevez du Japon une fiche technique, un P&ID ou des données d'exploitation.

• Unité : 度 (degré), NTU, FNU, NFU, FTU ou FAU, et si le libellé reflète l'optique réelle
• Étalon : kaolin, formazine, formazine stabilisée, particules de type polystyrène ou plaque étalon
• Optique : lumière transmise, diffusion à 90°, rapport, sphère d'intégration ou diffusion de surface ; source lumineuse (lumière blanche ou proche infrarouge)
• Référence de méthode : JIS K 0102-1, JIS K 0801, méthode d'essai japonaise pour l'eau du robinet, EPA 180.1 ou ISO 7027-1 (NF EN ISO 7027-1)
• Plage : couvre les niveaux normaux, de démarrage et d'incident
• Sortie : extrémités du 4–20 mA, comportement en dépassement de plage, courant de défaut et comportement pendant la maintenance
• Système de conduite : même plage et même libellé d'unité côté récepteur
• Alarmes : seuils, méthode sur laquelle ils reposent, et réglages de moyennage ou de rejet des bulles
• Ligne de prélèvement : point de prélèvement, plage de débit et de pression, séparateur de bulles, temps de retard, rejet
• Étalonnage : valeurs des étalons, fréquence, vérification près des valeurs de conduite et format des enregistrements
• Affichage des MES (le cas échéant) : équation de corrélation, échantillons sur lesquels elle repose et plage de validité

Questions à poser au fournisseur japonais

Posez-les avant l'expédition de l'équipement, ou avant de reprendre un seuil d'alarme dans votre propre système.

• Sur quel étalon repose la valeur de turbidité : kaolin, formazine ou polystyrène ?
• Quel principe de mesure et quelle source lumineuse utilise l'appareil ? Est-il conçu selon la JIS K 0801, l'ISO 7027-1 ou une autre méthode ?
• L'appareil peut-il afficher et transmettre en NTU, FNU ou NFU ? Si oui, cela change-t-il l'optique ou seulement le libellé ?
• Quelles valeurs de turbidité correspondent à 4 mA et à 20 mA ? Quel courant l'appareil délivre-t-il en dépassement de plage et en défaut ?
• Que fait la sortie pendant le nettoyage et l'étalonnage (maintien, dernière valeur ou valeur en direct) ?
• Quels étalons et quels points d'étalonnage recommandez-vous, et à quelle fréquence ?
• Comment les seuils d'alarme ont-ils été déterminés, et sur quelle méthode et quelle unité reposent-ils ?
• Si l'appareil affiche des MES en mg/L, sur quels échantillons la corrélation a-t-elle été établie, et sur quelle plage ?

Modèle de courriel au fournisseur

Vous pouvez adapter ce court courriel, à envoyer en français ou en anglais selon votre interlocuteur. Remplacez les passages entre crochets par vos informations.

Objet : Turbidimètre [repère / modèle] – unités, étalonnage et mise à l'échelle 4–20 mA

Bonjour [Nom],

Nous intégrons le turbidimètre [modèle / repère] à notre système de conduite, et notre site exprime la turbidité en [NFU / NTU / FNU]. Pourriez-vous nous confirmer les points suivants ?

1. L'étalon à la base de la valeur en « 度 » (kaolin, formazine ou polystyrène), ainsi que le principe de mesure et la source lumineuse.
2. Si l'appareil peut sortir en NTU, FNU ou NFU, et si cela modifie l'optique ou seulement le libellé affiché.
3. Les valeurs de turbidité à 4 mA et à 20 mA, et le courant de sortie en dépassement de plage, en défaut et pendant la maintenance.
4. L'étalon, les points d'étalonnage et la fréquence d'étalonnage recommandés.
5. La base du seuil d'alarme de [valeur] 度.

Merci d'avance pour votre aide.

Cordialement,
[Votre nom]
[Société]

Limites de ce guide

• Les conditions optiques de l'EPA 180.1 et de l'ISO 7027-1 sont résumées à partir de sources publiques et de documents de fabricants. Pour la conformité ou la conception, consultez le texte en vigueur de la norme.
• Les contrôles réglementaires doivent utiliser la méthode approuvée par l'autorité compétente (par exemple l'arrêté du 11 janvier 2007 et les méthodes qu'il prévoit en France, ou la méthode d'essai japonaise pour l'eau du robinet). Ce guide ne détermine pas la méthode applicable à votre site.
• Les valeurs limites et les normes applicables au Maroc, en Algérie ou dans d'autres pays francophones n'ont pas été vérifiées ici ; consultez la réglementation nationale en vigueur.
• L'édition en vigueur et les exigences de la JIS K 0801 n'ont pas été confirmées ; demandez-les au fournisseur.
• Toutes les équations et tous les chiffres des exemples (corrélation des MES, rapport S/T, cas du 4–20 mA) sont fictifs.
• La turbidité seule ne rend pas compte des constituants dissous. L'eau de refroidissement et l'eau de chaudière ont leurs propres paramètres de conduite, comme le taux de concentration et la gestion des purges.

FAQ

À combien de NTU correspond un degré de turbidité japonais ?

Il n'existe pas de conversion fixe valable pour tous les types d'eau. Ne comparez les lectures que si l'étalon et l'optique coïncident. Changer le libellé d'affichage d'un même appareil n'est pas la même chose que le remplacer par un appareil ayant une autre source lumineuse ou un autre angle de détection.

Le NTU est-il identique au FNU ?

Numériquement, oui : l'ISO 7027-1 les considère comme équivalents au sein de la même méthode de lumière diffusée. Sur des échantillons réels, pas forcément : le NTU vient d'appareils à lumière blanche et le FNU d'appareils à proche infrarouge, et la taille et la couleur des particules peuvent leur faire lire des valeurs différentes.

La turbidité en mg/L est-elle la même chose que les MES en mg/L ?

Non. Une turbidité à base de kaolin exprimée en mg/L et la masse gravimétrique des matières en suspension sont deux grandeurs différentes. Pour estimer les MES à partir de la turbidité, utilisez une corrélation établie sur vos propres échantillons et restez dans sa plage de validité.

Pourquoi mon turbidimètre en ligne affiche-t-il soudain une valeur élevée ?

Outre une vraie augmentation des particules, les causes courantes sont les bulles, les débris flottants, la lumière parasite et les changements dans la ligne de prélèvement. Comparez la pointe aux données du procédé au même moment et refaites une mesure pour distinguer un changement de l'eau d'un problème de mesure.

Pourquoi les valeurs de terrain diffèrent-elles alors que l'étalonnage est bon ?

Un accord sur les étalons ne garantit pas la même réponse aux particules réelles et à la couleur, qui varie selon la méthode. L'heure de prélèvement et la sédimentation comptent aussi : mesurez donc le même échantillon dans les mêmes conditions avant de comparer.

Sources

• Unités de turbidité au Japon (degrés kaolin et formazine, définition de 1 mg/L de kaolin, conditions optiques de l'EPA) : Yokogawa, « Définition et unités de la turbidité » (en japonais)
• Optiques NTU et FNU, noms des unités, interférence de la couleur, méthodes réglementaires : US EPA, procédure opératoire « Field Turbidity Measurements » (en anglais)
• Tableau des unités (NTU, FNU, FAU, FNRU, FBU) et usage régional : Thermo Fisher Scientific, « Turbidity Units – A Cloudy Issue » (en anglais)
• Unités de rapport de l'USGS : USGS Office of Water Quality Technical Memorandum 2004.03 (en anglais)
• Plage et optique de l'EPA 180.1 : NEMI, résumé de la méthode EPA-NERL 180.1 (en anglais) ; Santé Canada, document technique sur la turbidité (en anglais)
• Domaine d'application de l'ISO 7027-1, équivalence NTU/FNU, plages : ISO 7027-1:2016 ; Standard Norge, ISO 7027-1:2016 ; AFNOR, ISO 7027-1:2016 (en français)
• Longueur d'onde et angle du détecteur de l'ISO 7027 (source secondaire) : Hanna Instruments, turbidimètre ISO HI88713 (en anglais)
• NTU et FNU dans l'eau naturelle : US Bureau of Reclamation / California DWR, note sur NTU et FNU (en anglais) ; Campbell Scientific, FAQ sur les unités de turbidité (en japonais)
• Normes japonaises de turbidité de l'eau du robinet : ministère de l'Environnement du Japon, normes de qualité de l'eau potable (en japonais)
• Limite de qualité de 1,0 NFU en France : Légifrance, arrêté du 11 janvier 2007, annexe I ; usage du NFU et de la norme NF EN ISO 7027 : La Revue EIN, « Turbidité : une mesure en développement »
• Méthodes d'essai japonaises pour l'eau du robinet : Avis n° 261, méthodes d'essai de la qualité de l'eau (en japonais)
• Limites américaines sur l'eau filtrée combinée : eCFR, 40 CFR 141.551 (en anglais)
• Série JIS K 0102 : JEMAI, fusion et division de la série JIS K 0102 (en japonais) ; Japanese Standards Association, JIS K 0102-1:2021 (en japonais) ; JIS K 0102-1, amendement 1:2023 (en japonais)
• Méthode ratiométrique : HORIBA, méthode de transmission et de diffusion de la lumière (en japonais) ; Yokogawa, information technique sur les turbidimètres à lumière transmise et diffusée (en japonais)
• Turbidimètres à diffusion de surface et bulles : Yokogawa, contre-mesures contre les bulles pour turbidimètres à diffusion de surface (en japonais)
• Turbidité et MES, conversion en MES : Yokogawa, différence entre turbidité et MES (en japonais) ; Kasahara Chemical Instruments, conversion en MES par corrélation sur échantillons (en japonais)
• StablCal et dangers de la formazine : Hach, étalon de turbidité StablCal (en anglais) ; Hach Method 10258 (en anglais)
• Niveaux de signal NAMUR NE 43 : Test & Measurement Tips, « What's the difference between live zero and dead zero? » (en anglais)