Turbidité et solides totaux dans les eaux de surface

La turbidité et les solides totaux sont des mesures connexes utilisées pour quantifier la clarté des eaux de surface.

La turbidité est une mesure indirecte de la clarté de l’eau qui détermine la quantité de lumière qui peut traverser l’eau. La quantité totale de solides est une mesure directe, qui enregistre la masse totale des particules solides en suspension dans l’eau.

Des niveaux élevés de turbidité ou de solides totaux dans l’eau peuvent être causés par de nombreux facteurs environnementaux. Il s’agit notamment de l’érosion des sols, du rejet de déchets, du ruissellement ou des changements dans les communautés écologiques, y compris la croissance d’algues ou l’abondance d’organismes benthiques qui peuvent perturber les sédiments dans la colonne d’eau.

Une turbidité plus élevée et des solides en suspension peuvent réduire la qualité de l’eau en absorbant la chaleur, ce qui entraîne une augmentation de la température de l’eau et une diminution correspondante des niveaux d’oxygène, car l’eau chaude contient moins d’oxygène. La photosynthèse peut diminuer, car moins de lumière solaire est capable de pénétrer dans l’eau, ce qui la rend incapable de soutenir une partie de la vie aquatique. De plus, les solides en suspension peuvent obstruer les branchies, étouffer les œufs, réduire les taux de croissance et perturber les microhabitats de nombreux organismes aquatiques.

Cette vidéo illustre comment quantifier la turbidité en laboratoire et comment calculer les solides totaux dans des échantillons d’eau.

La turbidité est causée par des particules solides en suspension dans l’eau qui diffusent la lumière plutôt que de lui permettre d’être transmise. Le degré de turbidité est déterminé par la concentration, la taille et la couleur des particules. Les particules plus grosses diffusent et concentrent la lumière vers l’avant par rapport aux particules plus petites. La taille des particules peut également affecter la qualité de la lumière, les particules plus grosses dispersant davantage les longueurs d’onde plus longues de la lumière que les longueurs d’onde plus courtes. À l’inverse, les particules plus petites diffusent plus intensément les courtes longueurs d’onde, tout en ayant relativement peu d’effet sur les longueurs d’onde plus longues.

Si les particules sont densément regroupées dans un échantillon, la lumière entrera en contact avec un nombre accru de particules et parcourra une distance plus courte entre elles, ce qui entraînera de multiples événements de diffusion. Les solutions moins denses ont un libre chemin moyen plus long. Les particules plus foncées absorbent plus de lumière, et les particules plus claires augmentent la diffusion, ce qui entraîne une augmentation globale de la turbidité. Dans l’ensemble, les particules plus foncées entraînent une turbidité plus élevée que les particules plus claires en raison de la quantité accrue d’énergie lumineuse absorbée.

Une méthode de mesure de la turbidité consiste à utiliser un disque de Secchi. Pour l’eau douce, il s’agit d’un disque métallique de 20 cm de diamètre avec une alternance de quartiers noirs et blancs. Pour une utilisation marine, un disque blanc uni d’environ 30 cm de diamètre est standard. Dans les deux cas, le disque est attaché à une corde marquée à des intervalles connus, et lâché dans l’eau jusqu’à ce qu’il ne soit plus visible. La longueur de la corde au point de disparition est enregistrée comme la profondeur de Secchi, qui est liée à la turbidité de l’eau.

Cependant, cette méthode de champ présente des limites. Le protocole d’enregistrement idéal nécessite des conditions ensoleillées et une zone d’essai ombragée. Les berges escarpées, larges ou meubles peuvent poser des difficultés ou des dangers pour les opérateurs de disques, ou l’accès à un bateau peut être nécessaire. L’utilisation de tubes de turbidité pour recueillir l’eau afin d’effectuer des analyses en laboratoire permet des mesures plus sûres et plus standardisées.

Une fois que les échantillons d’eau sont de retour dans le laboratoire, ils sont comparés à un échantillon de référence. Pour ce faire, un réactif de turbidité standard est ajouté à l’eau déminéralisée par incréments prédéterminés pour augmenter la turbidité jusqu’à ce que les échantillons correspondent, sur la base de l’observation d’un point fixe au bas des deux colonnes. La quantité de réactif ajoutée pour correspondre aux échantillons peut ensuite être enregistrée et convertie en unités de turbidité Jackson ou « JTU » à l’aide d’une table de référence.

Les solides totaux peuvent être obtenus en évaporant l’eau de l’échantillon pour isoler et peser les solides.

Maintenant que nous connaissons les principes qui sous-tendent les mesures de la turbidité et des solides totaux, voyons comment ils sont mesurés en laboratoire.

Une fois que l’échantillon d’eau a été prélevé sur le terrain, apportez-le au laboratoire pour analyse. Tout d’abord, sélectionnez une colonne de turbidité propre et remplissez-la jusqu’à la ligne de 50 ml avec l’échantillon d’eau.

Ensuite, remplissez une deuxième colonne de turbidité « vierge » avec de l’eau désionisée jusqu’à la ligne de 50 ml.

Placez les deux tubes côte à côte et observez le point noir à la base de la colonne de turbidité. Si le point noir est également clair dans les deux tubes, la turbidité est nulle. Si le point noir dans le tube d’échantillon est moins visible, il sera nécessaire d’ajouter un réactif de turbidité standard pour faire correspondre la turbidité de l’échantillon de référence à celle de l’échantillon d’essai.

Agitez le réactif de turbidité standard pour remettre les particules en suspension. Ajoutez 0,5 ml du réactif dans le tube d’eau distillée et utilisez une tige d’agitation pour bien mélanger le contenu.

Vérifiez à nouveau la turbidité en plaçant le tube d’échantillon et le tube de référence côte à côte, et en regardant les points noirs à travers les solutions. Si la turbidité de l’eau de l’échantillon est toujours supérieure à celle de l’eau distillée, continuez à ajouter le réactif de turbidité standard par incréments de 0,5 ml, jusqu’à ce que la turbidité des deux tubes semble correspondre, en enregistrant la quantité de réactif utilisée et en mélangeant après chaque ajout. Enfin, notez la quantité totale de réactif de turbidité standard ajoutée. Utilisez cette valeur pour convertir en unités de turbidité Jackson.

En plus de mesurer la turbidité, il est également possible de déterminer les solides totaux contenus dans l’échantillon. Avec les mains gantées, étiquetez l’abeaker avec un crayon gras. Un crayon gras est idéal, car ces béchers seront ensuite placés dans un four. Ensuite, allumez la balance et tare-la. À l’aide de mains gantées pour éviter de transférer l’humidité corporelle et de modifier le poids du bécher, placez l’un des béchers vides sur la balance et notez le poids.

Assurez-vous que l’eau de l’échantillon est bien mélangée en la faisant tourner doucement, puis prenez un cylindre gradué et mesurez 100 ml de l’échantillon d’eau. Versez-le dans le bécher. Placez le bécher d’échantillon dans un four réglé à 100 ? C pendant 48 h afin d’évaporer le liquide et de sécher le résidu obtenu. Sortez le bécher du four avec des mains gantées, laissez-le refroidir à température ambiante et pesez à nouveau le bécher contenant le résidu. Pour déterminer le poids du résidu, soustrayez le poids initial du bécher vide du poids du bécher contenant le résidu. Ensuite, convertissez le poids du résidu en mg/L à l’aide de ce calcul.

Les échantillons de turbidité dont la JTU est inférieure à 10 sont classés comme « excellents » ; une plage de 11 à 20 JTU est classée comme « bonne », les échantillons de 21 à 90 JTU sont « passables » et dans les échantillons de plus de 90 JTU, la turbidité est classée comme « faible ».

Les solides totaux peuvent être catégorisés à l’aide des catégories d’analyse quantitative de surveillance de la qualité de l’eau pour les mesures des solides totaux. Ici, une mesure de solides totaux inférieure à 100 mg/L est classée comme « excellente », 101 à 250 comme « bonne », 251 à 400 comme « passable » et les échantillons contenant plus de 400 mg/L sont classés comme « médiocres ».

Les mesures de la turbidité et des solides totaux peuvent être utiles dans diverses situations, ainsi que d’autres méthodes potentielles pour recueillir et mesurer ces données.

Une autre méthode de mesure de la turbidité utilise un capteur optimisé pour la mesurer directement. Tout d’abord, le capteur est étalonné à l’aide d’un échantillon de turbidité connue et d’un blanc d’eau désionisée. Ensuite, un échantillon d’eau est placé dans le capteur de turbidité, et le moniteur portable affichera une lecture de la turbidité. Cette méthode présente des avantages par rapport aux mesures en laboratoire en ce sens qu’elle est plus rapide, plus simple et peut être effectuée sur le terrain, mais nécessite l’achat d’un équipement plus coûteux.

Les solides dissous totaux peuvent également être mesurés sur le terrain à l’aide d’un appareil automatisé, qui utilise une sonde de conductivité pour obtenir une lecture. Ici, la sonde est calibrée manuellement et réglée pour enregistrer les particules en mg/L. La sonde est immergée dans l’échantillon d’eau et la lecture des solides dissous totaux est affichée sur le moniteur portable. Encore une fois, cette méthode fournit des résultats plus rapides et plus faciles que la méthode de laboratoire, mais nécessite l’achat d’un appareil de mesure LabQuest et d’une sonde de conductivité.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à la turbidité et aux solides totaux dans l’eau de surface. Vous devez maintenant comprendre la théorie et les principes qui sous-tendent ces deux précieuses mesures de la qualité de l’eau, comment les mesurer et comment utiliser ces mesures pour déterminer la qualité de vos échantillons d’eau. Merci d’avoir regardé !