Appareils de mesure de l'oxygène dissous : comment choisir pour la surveillance de l'eau sur le terrain au Canada

Un appareil de mesure de l'oxygène dissous (OD), ou oxymètre pour l'eau, mesure la quantité d'oxygène dissous dans l'eau, exprimée en concentration (mg/L) ou en pourcentage de saturation. Pour le travail sur le terrain, le choix repose sur quatre critères : la technologie de la sonde (optique, galvanique ou polarographique), la plage de mesure, la compensation de la température, de la salinité et de la pression, et la part d'étalonnage et d'entretien que vous êtes prêt à assumer. Ce guide compare les instruments d'OD qu'ERE offre de Hanna Instruments, d'Ohaus et de LaMotte.

Dans ce guide

• Ce que mesure un appareil de mesure de l'oxygène dissous
• Les valeurs recommandées au Canada
• Sondes optiques, galvaniques ou polarographiques
• Les appareils d'OD d'ERE, comparés
• Choisir la plage de mesure
• Compensation de la température, de la salinité et de la pression
• Étalonner un appareil d'OD
• Prendre une lecture fiable sur le terrain
• Consommables des sondes
• L'OD dans les travaux de site et d'eaux usées

Que mesure un appareil de mesure de l'oxygène dissous ?

Un appareil d'OD mesure l'oxygène dissous dans l'eau, en milligrammes par litre (mg/L, l'équivalent des ppm) ou en pourcentage de la quantité que l'eau pourrait contenir à cette température et à cette pression (pourcentage de saturation). La page de l'EPA sur l'indicateur d'oxygène dissous (en anglais) décrit l'OD comme un indicateur direct de la capacité d'un milieu aquatique à soutenir la vie aquatique, et précise que ses relevés le mesurent avec un appareil à sonde étalonné, généralement en même temps que la température et le pH.

Ce chiffre n'est pas une propriété fixe de l'eau. Le Conseil canadien des ministres de l'environnement (CCME) explique, dans sa recommandation sur l'oxygène dissous en eau douce (en anglais), que la solubilité de l'oxygène dépend notamment de la pression, de la température et de la salinité, et donne 12,77 mg/L comme solubilité dans l'eau douce à 5 °C et à la pression atmosphérique normale (101,3 kPa). C'est pourquoi chacun des appareils ci-dessous comporte un capteur de température et un moyen de corriger la salinité ainsi que la pression ou l'altitude.

Quel niveau d'oxygène dissous les recommandations canadiennes prévoient-elles ?

La recommandation du CCME pour l'eau douce, pour la protection de la vie aquatique, fixe la concentration minimale acceptable d'OD entre 5,5 et 9,5 mg/L, selon que l'eau est chaude ou froide et selon le stade de vie des organismes. Son tableau 1 indique :

À titre de repère approximatif sur le terrain, l'EPA note qu'un OD inférieur à 5 mg/L est généralement stressant pour les poissons, qu'un OD inférieur à 3 mg/L est trop faible pour les soutenir, et qu'un OD inférieur à 1 mg/L est hypoxique et généralement dépourvu de vie. Les conditions de votre permis ou les critères provinciaux applicables à votre site peuvent différer : confirmez la limite applicable avant d'arrêter une plage ou un objectif de qualité des données.

Optique, galvanique ou polarographique : quelle technologie de sonde d'OD choisir ?

Choisissez une sonde optique si vous voulez le moins d'entretien courant et aucune exigence de circulation. Choisissez une sonde à membrane, galvanique ou polarographique, si votre méthode de travail prévoit déjà l'entretien de la membrane et de l'électrolyte et si vous pouvez garder l'échantillon en mouvement devant le capteur. ERE offre les trois.

Sondes polarographiques : Hanna HI9146, Hanna edge et LaMotte DO Tracer

Une sonde polarographique applique une faible tension fixe aux bornes du capteur : l'oxygène qui traverse une membrane réagit et produit un courant proportionnel à la lecture. Le manuel du Hanna HI9146 précise une tension de polarisation d'environ 800 mV et avertit qu'une sonde non polarisée donne une lecture erronée, car l'électrolyte contient encore de l'oxygène. La sonde d'OD du Hanna edge est décrite dans la fiche produit d'ERE comme une sonde numérique polarographique de type Clark, avec un capuchon à membrane facile à remplacer. Le LaMotte DO Tracer utilise lui aussi un capteur polarographique avec un capuchon à membrane collé : il exige environ trois minutes de polarisation à la première mise sous tension, garde l'électrode polarisée pendant sept jours après une utilisation, et les instructions abrégées de LaMotte se résument ainsi : remplir avant la première utilisation, polariser chaque semaine, étalonner chaque jour.

Sondes galvaniques : Ohaus Starter 300D

Une sonde galvanique produit son propre signal : l'oxygène traverse la membrane et est consommé à la cathode, ce qui produit un courant. Le manuel du Ohaus Starter 300D décrit ce principe et précise que, même si la consommation d'oxygène est faible, l'échantillon doit tout de même circuler devant la membrane à au moins 5 cm/s pour éviter les fausses lectures.

Sondes optiques : Ohaus Starter 400D

La sonde STDO21 du Starter 400D émet une lumière bleue qui fait luminescer un élément sensible, et l'oxygène présent dans l'échantillon modifie la durée de vie de la luminescence, que la sonde mesure. Selon le manuel du Starter 400D, la sonde ne consomme pas d'oxygène : l'échantillon n'a donc pas besoin d'être agité, et il n'y a ni membrane, ni anode, ni cathode à entretenir. Seul le capuchon du capteur se remplace, tous les 12 à 18 mois; il faut alors saisir le paramètre du nouveau capuchon et réétalonner. Ohaus affirme que les sondes optiques dérivent peu et peuvent conserver leur étalonnage pendant plusieurs mois.

Le compromis porte sur la plage : le 400D mesure de 0,00 à 20,00 mg/L, alors que le HI9146, l'edge et le 300D vont jusqu'à 45 mg/L.

Comment se comparent les appareils de mesure de l'oxygène dissous qu'ERE offre ?

Le tableau met en parallèle les cinq instruments de terrain. Chaque valeur provient du manuel du fabricant ou de la fiche produit d'ERE.

Si vous voulez mesurer l'OD avec d'autres paramètres dans un seul instrument, le multiparamètre Hanna HI9829 indique l'OD (jusqu'à 500 % de saturation) avec le pH, la CE et la turbidité. Notre guide des appareils de mesure de la qualité de l'eau couvre cette catégorie.

Quelle plage de mesure faut-il ?

Une plage de 0 à 20 mg/L couvre la plupart des eaux naturelles. L'eau douce froide à saturation contient environ 12,77 mg/L (CCME) : un instrument de 20 mg/L laisse donc une marge. Les plages plus larges du HI9146, de l'edge et du Starter 300D, jusqu'à 45 mg/L et de 300 à 400 % de saturation, conviennent à l'eau oxygénée au-delà de la saturation dans l'air, par exemple par injection d'oxygène pur.

Comparez l'exactitude sur la même base. Le HI9146 indique ±1,5 % de la pleine échelle, le DO Tracer ±2 % de la pleine échelle, et le Starter 400D ±0,2 mg/L sous 8 mg/L et ±0,3 mg/L de 8 à 20 mg/L. Un pourcentage d'une pleine échelle de 45 mg/L représente une erreur absolue plus grande que le même pourcentage de 20 mg/L : ±1,5 % de 45 mg/L équivaut à environ ±0,7 mg/L, alors que ±2 % de 20 mg/L équivaut à ±0,4 mg/L.

Pourquoi la température, la salinité et la pression ou l'altitude sont-elles importantes ?

La quantité d'oxygène que l'eau peut contenir varie selon la température, la salinité et la pression : un appareil d'OD a besoin des trois pour convertir le signal du capteur en une lecture exacte, surtout en pourcentage de saturation. Les instruments diffèrent dans leur façon de traiter la pression. Le Starter 400D mesure automatiquement la pression barométrique (de 50 à 115 kPa). Le Starter 300D compte sur vous pour saisir la pression barométrique correcte avant l'étalonnage et la mesure, et son manuel avertit qu'une valeur erronée nuit à l'étalonnage et à l'exactitude de la lecture. Les instruments Hanna et LaMotte utilisent plutôt un réglage d'altitude : de 0 à 4 000 m sur le HI9146 et de 0 à 6 000 m sur le DO Tracer.

Pour une eau saumâtre ou salée, réglez la valeur de salinité. Les manuels Starter précisent que l'eau de mer contient environ 35 ppt, et tous les instruments du tableau acceptent un réglage de salinité.

Comment étalonner un appareil de mesure de l'oxygène dissous ?

Étalonnez à 100 % de saturation, dans l'air ou dans de l'eau saturée d'air, selon le calendrier précisé par le fabricant, et n'ajoutez un point d'oxygène zéro que si vous mesurez de très faibles concentrations d'OD. Les intervalles varient selon l'instrument : LaMotte prévoit un étalonnage quotidien, et Hanna recommande un étalonnage hebdomadaire de la pente pour le HI9146.

• Hanna HI9146 : un ou deux points, 0 % dans la solution d'oxygène zéro HI7040 et 100 % dans l'air. Hanna indique que l'étalonnage du zéro est très stable et n'est nécessaire que lors du remplacement de la sonde ou de la membrane, alors que l'étalonnage de la pente est plus critique et recommandé chaque semaine. Prévoyez au moins 15 minutes de conditionnement de la sonde au préalable.
• Ohaus Starter 300D : un étalonnage à 1 point suffit normalement. L'étalonnage à 2 points est rarement effectué et utilise une solution d'oxygène zéro préparée avec le produit chimique DO Zero Oxygen.
• Ohaus Starter 400D : 1 point ou 2 points. Ohaus suggère 1 point pour les échantillons de 2 mg/L ou plus et 2 points en dessous de 2 mg/L. Réétalonnez après le remplacement du capuchon du capteur.
• LaMotte DO Tracer : étalonner chaque jour et polariser chaque semaine, selon les instructions abrégées du fabricant.

Le chapitre sur l'oxygène dissous du National Field Manual de l'USGS (en anglais) fournit des indications sur les bases scientifiques de la mesure, le choix et l'entretien de l'équipement, l'étalonnage, le dépannage ainsi que les procédures de mesure et de consignation des résultats.

Comment prendre une lecture d'OD fiable sur le terrain ?

Préparez et conditionnez la sonde, étalonnez, réglez la salinité et la pression ou l'altitude, immergez-la avec de l'eau qui circule devant une sonde à membrane, attendez une lecture stable et notez l'OD avec la température. Une séquence pratique :

1. Préparer la sonde. Remplissez de l'électrolyte le capuchon à membrane des sondes à membrane, ou inspectez le capuchon du capteur d'une sonde optique, selon le manuel.
2. Conditionner la sonde. Laissez une sonde polarographique se polariser et laissez-la atteindre l'équilibre thermique avec l'échantillon, ce qui peut prendre plusieurs minutes.
3. Étalonner. Étalonnez à 100 % de saturation dans l'air ou dans de l'eau saturée d'air, n'ajoutez un point d'oxygène zéro que pour de très faibles concentrations d'oxygène dissous, et notez l'altitude ou la pression barométrique et la salinité réglées.
4. Immerger avec circulation. Couvrez complètement le capteur et gardez l'échantillon en mouvement devant la membrane pour les sondes à membrane. Une sonde optique n'exige pas de circulation.
5. Attendre et noter. Laissez la lecture se stabiliser, puis notez l'oxygène dissous en mg/L et en pourcentage de saturation, avec la température de l'échantillon.
6. Rincer et ranger. Rincez la sonde à l'eau propre et rangez-la avec son capuchon de protection ou d'humidification, comme l'indique le manuel.

Les exigences de circulation sont des chiffres de fabricants et elles diffèrent : Hanna précise 0,3 m/s pour le HI9146 et Ohaus un minimum de 5 cm/s pour le Starter 300D. Suivez donc le manuel de votre sonde.

De quels consommables une sonde d'OD a-t-elle besoin ?

Les sondes à membrane exigent de l'électrolyte et des membranes de rechange, et une sonde optique exige un nouveau capuchon de capteur tous les 12 à 18 mois, selon Ohaus. ERE offre une solution d'électrolyte de 30 mL pour sondes d'OD galvaniques et des membranes de rechange pour sondes d'OD galvaniques (paquet de 5); confirmez la compatibilité avec votre modèle de sonde en demandant une soumission. Les ensembles HI9146 comprennent 2 membranes de rechange et 30 mL d'électrolyte, et l'ensemble LaMotte DO Tracer comprend un capuchon à membrane de rechange et de l'électrolyte.

Les sondes Ohaus se vendent aussi séparément. Les électrodes Ohaus Starter comprennent l'électrode d'OD galvanique STDO11 (câble de 1 m) et la sonde d'OD optique STDO21 (câble de 1 m ou de 5 m) : on peut donc remplacer une sonde, ou choisir un câble plus long, sans acheter un nouvel appareil. Les ST300D-B et ST400D-B sont des appareils seuls : demandez quelle configuration votre soumission comprend.

Où l'oxygène dissous s'insère-t-il dans les travaux de site et d'eaux usées ?

L'OD fait partie des mesures courantes sur le terrain. Le National Field Manual de l'USGS lui consacre un chapitre, au même titre que la température, la conductance spécifique, le pH, le potentiel d'oxydoréduction, l'alcalinité et la turbidité, et précise que l'OD est mesuré couramment lors des prélèvements d'eau. Le CCME ajoute que l'appauvrissement en OD des eaux réceptrices est souvent un indicateur immédiat des besoins de traitement des eaux usées.

En réhabilitation, l'oxygène est un intrant. Les puits d'observation situés près d'une application de composé libérant de l'oxygène ou d'un système d'injection d'air (air sparging) sont généralement vérifiés pour l'OD afin de savoir si des conditions aérobies s'établissent : consultez notre guide des produits de bioremédiation et la comparaison de l'air sparging et du bioventing. Pour le reste d'un ensemble de paramètres de terrain, consultez nos guides sur les pH-mètres, les conductimètres portables, les turbidimètres et l'échantillonnage des eaux souterraines à faible débit.

Pour notre gamme complète d'appareils de mesure de la qualité de l'eau, de sondes et de consommables pour le terrain, consultez la collection Instrumentation de qualité de l'eau. Notre offre multimarque permet d'obtenir en une seule soumission l'appareil, la sonde et les consommables.

Foire aux questions

Quelle est la différence entre un appareil de mesure de l'OD et un capteur d'OD ?

L'appareil est l'unité portative avec l'afficheur et l'électronique. Le capteur, aussi appelé sonde ou électrode, est la partie qui plonge dans l'eau. Certains se vendent en ensemble et d'autres séparément : dans la gamme Ohaus Starter, les ST300D-B et ST400D-B sont l'appareil seul, tandis que les ST300D et ST400D comprennent une sonde.

Un appareil de mesure de l'oxygène dissous optique doit-il être étalonné ?

Oui. Le Ohaus Starter 400D permet un étalonnage à 1 point ou à 2 points, et Ohaus conseille un étalonnage à 1 point pour les échantillons de 2 mg/L ou plus et à 2 points en dessous. Ohaus affirme que les sondes optiques dérivent peu et peuvent conserver leur étalonnage pendant plusieurs mois, et l'étalonnage est refait après chaque remplacement du capuchon du capteur.

Pourquoi une sonde d'OD à membrane exige-t-elle que l'eau circule devant elle ?

Les sondes à membrane consomment un peu d'oxygène au capteur : l'eau au contact de la membrane doit donc être renouvelée. Le manuel du Hanna HI9146 précise un mouvement d'eau de 0,3 m/s, obtenu par un cours d'eau ou un agitateur magnétique, et celui du Ohaus Starter 300D un minimum de 5 cm/s à travers la membrane. Une sonde optique ne consomme pas d'oxygène : Ohaus indique donc que l'échantillon n'a pas besoin d'être agité.

Qu'est-ce qu'une faible lecture d'oxygène dissous ?

L'EPA décrit une concentration d'oxygène dissous inférieure à 5 mg/L comme stressante pour les poissons, inférieure à 3 mg/L comme trop faible pour les soutenir et inférieure à 1 mg/L comme hypoxique. Les valeurs minimales acceptables du CCME pour l'eau douce vont de 5,5 à 9,5 mg/L selon le type d'eau et le stade de vie. Vérifiez la limite qui s'applique dans votre permis ou vos critères provinciaux.

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