Mesure en continu et in situ des pollutions dans les milieux aqueux : conception et réalisation d'une instrumentation adaptée à la détection de métaux lourds par potentiométrie sélective

par Pierre Tisserand

Thèse de doctorat en Instrumentation et Micro-Électronique

Sous la direction de Serge Weber et de Etienne Tisserand.

Soutenue en 1998

à Nancy 1 .


  • Résumé

    La maîtrise de la qualité de l'eau impose aux pays industrialisés de développer et d'améliorer les ouvrages destinés à assainir l'eau rejetée dans le milieu naturel. Les effluents contiennent parfois des micropolluants tels les métaux lourds qui, en excès, peuvent être néfastes et modifier les écosystèmes. Des moyens de mesure précis de leur teneur existent (polarographie ou spectromètrie), mais ils s'inscrivent difficilement dans une stratégie de contrôle permanent. Dans ce cadre, nous avons développé une instrumentation de détection de métaux lourds (Cu et Pb). Le principe repose sur la mesure potentiométrique à l'aide d'électrodes sélectives qui, grâce à la fusion de données de mesures multiples (température, conductivité, pH, Rédox), permet d' apprécier la teneur de métal sous forrole libre ou hydroxylé. Afin de tester notre instrumentation, nous avons conçu un banc de test reproduisant les conditions physico-chimiques des eaux usées. Le principe repose sur l'injection de solutions spécifiques, dans un réacteur sur lequel est insérée une tête de mesure contenant les capteurs effectuant les mesures précitées. Un système d'acquisition et de traitement de signaux permet de suivre en continu les paramètres de mesure. Pour caractériser notre instrument, nous avons adopté deux approches de modélisation. En premier lieu, nous considérons que la réponse des électrodes spécifiques est une combinaison polynomiale de l'ensemble des paramètres de mesure (modèles externes). En second lieu, nous supposons que les formes hydroxyles peuvent être paramétrées dans l'équation de Nernst (modèles internes). Pour l'électrode cuivre, les modèles internes procurent des possibilités très intéressantes de détection tandis que dans le cas de l'électrode plomb, ce sont les modèles externes. Toujours avec notre banc de test, nous avons déterminé les limites des modèles, plus particulièrement dans le cas de mesures de concentrations de Cu(II) , dans des cas typiques de pollutions reconstituées. À cet effet, nous avons élaboré différents tests démontrant que le modèle interne, ne prenant pas en compte le potentiel Rédox, présentent une réponse plus fIdèle que les modèles externes. En conclusion, nous avons montré, dans des conditions de laboratoire, que la méthode potentiométrique à électrode sélective est adaptee à la détection continue d'ions métalliques par correction de mesure des variables influentes. La méthodologie que nous avons développée peut être étendue à d'autres espèces de métaux lourds.

  • Titre traduit

    Continuous and in-situ measurement of pollutions in aqueous media : design and realization of a method fitted to detection of heavy metals by selective potentiometry


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Mastering the quality of water demands that industrialised countries develop and improve facilities for the sanitising of water rejected back into the environment. Sewage sometimes contains micropollutants such as heavy metals which, in excess, can be noxious and alter ecosystems. Measuring them accurately is possible - with polarography or spectrometry - yet these techniques can hardly be used for non-stop monitoring. Within this framework, we have developed a detecting device for heavy metals Cu(II) and Pb(Ii). The principle cop. Sists in measuring potentials with two ion selective electrodes (ISE), which - by fusing varied data such as temperature, conductivity, pH, Redox - allows the gauging of free or hydroxylic metal. In order to lest the device, we have conceived a testbench reproducing the physical and chemical condition of sewage. The principle consists in injecting specific solutions into a reactor fitted with a measuring set containing sepsors which will carry out the aforementioned measures. Thanks to a system sampling and processing the data, aIl parameters can be measured non-stop. To characterise our tool, we have 'used two modelling methods. On the one hand, we have considered the output from the ISEs as a polynomial combination of all parameters (external models). On the other hand, we have assumed that hydroxylic forms can be parameterised in Nernst's equation (internaI models). Where the copper ISE is, concerned, internal models provide very interesting levels of detection, while extemal models fit the lead ISE best. Still using our test-bench, we have determined our models' limits, especially regarding the measure of Cu (II), in typical cases of reconstituted pollutions. To this end, we have elaborated different tests demonstrating that the internal model - which does not take the Redox potential into account - provides more accuracy than external models. In conclusion, we have shown that, in laboratory conditions, the potentiometric method with ISE is adapted to non-stop detection of heavy metal ions, by correcting the measures of relevant variables. The methodology we have developed can be extended to other heavy metals.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (187 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 108 réf.

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