Défi 5 : Analyser en continu les concentrations en hydrocarbures dissous au niveau des prises d’eau de rivière

Pour assurer l’approvisionnement de la Capitale, Eau de Paris exploite notamment 2 usines de production d’eau potable, Orly et Joinville-le-Pont, qui traitent respectivement de l’eau superficielle prélevée dans la Seine et dans la Marne.

L’eau prélevée en Seine et en Marne présente des niveaux permanents de contamination par un certain nombre de paramètres (turbidité, matières organiques, pesticides et métabolites, microbiologie, …) que nous savons évaluer en continu et que nos filières de potabilisation traitent de façon efficace.

Ces 2 cours d’eau peuvent également être ponctuellement touchés par des pollutions accidentelles exceptionnelles en amont des prises d’eau. Les hydrocarbures sont l’un des polluants les plus fréquemment rencontrés dans ces cas-là et les concentrations qui peuvent arriver au droit de nos prises d’eau atteignent des valeurs extrêmement fortes.

Afin d’éviter de laisser entrer des hydrocarbures en concentration importante dans nos ouvrages, nous souhaitons renforcer nos stations de surveillance de la qualité de l’eau brute et nos stations d’alerte en les équipant d’analyseurs en ligne d’hydrocarbures dissous.

Les prises d’eau des usines d’Orly et Joinville sont dotées de détecteurs de film de surface qui nous alertent lorsque qu’une nappe superficielle d’hydrocarbures atteint nos points de captage.
Cependant, les détecteurs de film de surface ne nous permettent pas d’analyser en continu les concentrations en hydrocarbures dissous dans le flux d’eau brute qui pénètre dans nos usines et d’être alertés en cas de pollution dissoute.

C’est pourquoi, en complément des détecteurs de film de surface, nous avons récemment installé sur nos 2 prises d’eau des appareils en ligne basés sur la technologie par spectrofluorescence.

Ces appareils sont alimentés en continu par un circuit d’échantillonnage dont le point d’entrée est un prélèvement immergé dans la profondeur de la veine liquide.

Néanmoins, la technologie sur laquelle ils reposent ne réagit qu’à certains types d’hydrocarbures.

Aussi, le défi Innovation 5 possède 2 objectifs :

• Mesurer en continu les concentrations en hydrocarbures dans la profondeur de la veine liquide et non pas seulement en surface,
• Mesurer les concentrations en hydrocarbures dissous :
  Les hydrocarbures (HC) sont des composés organiques contenant exclusivement des atomes de carbone (C) et d’hydrogène (H). Ils possèdent une formule brute de type C_nH_m, où n et m sont 2 entiers naturels.

  On distingue les hydrocarbures saturés, dont la chaîne carbonée est constituée uniquement de liaisons simples, des hydrocarbures insaturés dont la chaîne carbonée présente au moins une liaison double ou triple.

  Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont une sous-famille des hydrocarbures aromatiques, c’est-à-dire des molécules constituées d’atomes de carbone et d’hydrogène mais dont la structure comprend au moins deux cycles aromatiques condensés.

  Le paramètre « hydrocarbures dissous », ou « hydrocarbures émulsionnés », couvre quant à lui les hydrocarbures qui sont extraits par un solvant selon la norme NF EN ISO 9377-2. Il correspond aussi au paramètre « Indice hydrocarbure » réglementé dans le domaine de l’analyse pour l’eau destinée à la consommation humaine. Les hydrocarbures dissous sont toutes les molécules qui permettent de calculer l’indice hydrocarbure.

  Le Code de la Santé Publique et l’arrêté du 11/01/2007 relatif aux limites et références de qualité des eaux brutes et des eaux destinées à la consommation humaine contiennent 2 seuils, réglementaires distincts :

  • Pour l’eau destinée à la consommation humaine (Annexe I de l’arrêté du 11/01/2007) :
    Limite de qualité pour les hydrocarbures aromatiques polycycliques = 0,1 µg/L,
  • Pour les eaux brutes de toute origine utilisées pour la production d’eau destinée à la consommation humaine (Annexe II de l’arrêté du 11/01/2007) :
    Limite de qualité pour les hydrocarbures dissous ou émulsionnés = 1 mg/L,
  • Pour les eaux douces superficielles utilisées pour la production d’eau destinée à la consommation humaine (Annexe III de l’arrêté du 11/01/2007) :
    Hydrocarbures dissous ou émulsionnés :
    Valeur limite impérative groupe (classe d’eau) A1 : 0,05 mg/L,
    Valeur limite impérative groupe A2 : 0,2 mg/L,
    Valeur guide groupe A3 : 0,5 mg/L,
    Valeur limite impérative groupe A3 : 1 mg/L,

Les seuils s’appliquant aux eaux brutes superficielles utilisées pour la production d’eau potable portent tous sur les hydrocarbures dissous ou émulsionnés.

Or, les analyseurs récemment installés à Joinville et Orly ne peuvent analyser que les hydrocarbures insaturés, c’est à dire les molécules avec des cycles aromatiques, doubles et/ou triples liaisons, … car la technologie sur laquelle ils reposent est la spectrofluorescence.

Dans le cadre du Défi Innovation 5, nous recherchons donc des appareils capables d’analyser en ligne le paramètre « hydrocarbures dissous ».

• Sans être nulles, les concentrations en hydrocarbures dissous des eaux de la Seine et de la Marne doivent la plupart du temps être relativement faibles et les pollutions accidentelles sont peu fréquentes. Les matériels proposés devront donc être capables de mesurer un bruit de fond permanent bas et des pics exceptionnels potentiellement très élevés.
• Les équipements et matériels qui constitueront le dispositif de mesure seront, dans un premier temps, testés sur banc d’essai au laboratoire Eau de Paris d’Ivry-sur-Seine, de façon à pouvoir simuler des pollutions accidentelles dans un délai maîtrisé. Ils seront ensuite déplacés sur les prises d’eau des usines d’Orly et de Joinville pour une phase d’expérimentation en conditions réelles.
• Lors de la phase d’expérimentation en conditions réelles, les équipements et matériels qui constitueront le dispositif de mesure devront pouvoir soit s’intégrer au sein des locaux existants, soit être placés dans des containers spécifiques. Les contraintes d’encombrement devront donc être précisément appréhendées.

Précision globale de la mesure : Les candidats devront préciser le seuil minimal et le seuil maximal de quantification, ainsi que le niveau de précision et de sensibilité procuré par l’appareillage proposé. Dans l’idéal, nous souhaiterions pouvoir être alertés dès que la concentration en hydrocarbures dissous atteint 0,2 mg/L.

Temps de réponse : Les candidats devront préciser si leur dispositif assure une mesure en continu (passage permanent et continu d’un échantillon d’eau à travers l’analyseur) ou en semi-continu (prélèvement et analyse d’un échantillon toutes les X minutes). Ils devront également préciser s’il existe un temps de latence entre la mesure de faibles concentrations (bruit de fond usuel) et la mesure de concentrations extrêmement fortes (pollutions accidentelles ponctuelles).

Récupération et exploitation fiables et aisées des données : qualité et stockage des informations, portée de la transmission des données, …

Facilité de mise en œuvre de la solution proposée : facilité d’installation du système, rapidité d’appropriation des appareils par les équipes, …

Simplicité de maintenance : Une importance toute particulière sera apportée à la maintenance (fréquence espacée et complexité réduite des opérations de contrôle de l’absence de dérive des appareils de mesure, d’entretien et de maintenance préventive / qualité des alarmes remontées en cas de dysfonctionnement permettant un diagnostic à distance / …).

Résistance à l’environnement : Robustesse du dispositif aux atmosphères humides et éventuellement aux submersions (Il pourra être précisé un indice de protection / Un engagement sur la durée de vie pourra être pris).