Capteurs pour la mesure de la matière organique
Résumé
L'observation et la surveillance de l'environnement (air, eaux de surface et souterraines, sols et sous-sols pédologiques) constitue la base des politiques européennes de gestion, de protection et de restauration environnementales. La métrologie environnementale, s'appuyant sur des méthodes de laboratoire normalisées, n'a pas attendu pour s'améliorer la mise en application de Directive Cadre sur l'Eau (EU, 2000, 2008a, b). L'essentiel de ses progrès a été fait grâce à la perfection des outils analytiques et la flambée du marché des analyses, de sorte qu'elle couvre actuellement la totalité des paramètres de la Directive Cadre. Persiste toutefois, l'obstacle des coûts et délais analytiques et les impairs possibles dans le prélèvement, conditionnement, transport et reconditionnement d'échantillons représentatifs. En revanche, la métrologie environnementale in situ au moyen de capteurs-biocapteurs et d'instrumentations portatives ne couvre pas encore la totalité des paramètres de la Directive Cadre. Les méthodes d'analyse in situ, de développement récent, n'ont pas la reconnaissance des méthodes normalisées et ne sont que peu utilisées malgré leurs avantages. En effet, comme les substances recherchées peuvent varier amplement qualitativement et quantitativement et que cette variabilité ne peut être appréciée qu'à partir d'analyses statistiques d'un nombre important de mesures judicieusement placées et rapprochées, il apparaît que seules des méthodes rapides in situ, en continu en augmentant la fréquence de mesure et le nombre de points analysés, éventuellement sans échantillonnage, permettent une meilleure surveillance de la qualité des milieux. C'est la raison pour laquelle il y a actuellement urgence de concevoir de nouvelles stratégies de surveillance des milieux. Parmi les paramètres mesurables in situ par capteurs, la matière organique (MO) est la moins bien servie, même s'il y a des exceptions pour certaines molécules organiques individuelles. La MO est classée en MO totale et MO assimilable. Différentes méthodes in situ, mises en œuvre à l'aide de capteurs directement immergés dans l'eau, sans échantillonnage, existent pour évaluer globalement la MO dans les eaux. Pour la mesure de la MO totale les capteurs sont classés en capteurs photocatalytiques, électrocatalytiques, de Chemiluminescence (CL), virtuels et intelligents et optiques. Pour la MO biodisponible les capteurs sont classés en respiromètres (à base d'électrodes d'O2 de Clark ou d'électrodes d'O2 optiques, en capteurs de type Microbial Fuel cells (MFC) avec ou sans médiateur de transport d'électrons), en capteurs optiques (absorption de l'UV-visible et fluorométrie) et en capteurs virtuels. Les capteurs présentent des caractéristiques générales variées en gamme de mesure, limite de détection, temps de mesure (qui donne une idée de la dynamique du système) et répétabilité de la mesure. Les seuls capteurs de MO commercialisés sont des capteurs optiques basés sur une mesure de l'UV-visible suivie d'un traitement mathématique (généralement des déconvolutions) des spectres. Toutefois, ce type de capteur optique nécessite un effort important d'étalonnage et des recherches. Il apparaît que seul un nombre limité de capteurs de MO existent malgré le grand nombre d'approches en cours d'exploration où la partie détection ne semble pas poser de problème majeur. La plupart de capteurs constituent une approche prometteuse qui demande encore des développements conduisant à une plus grande robustesse du dispositif. Les verrous scientifiques et technologiques à lever, pour aboutir à des réseaux de micro-capteurs opérationnels sur le terrain, se situent plutôt au niveau de la miniaturisation car un grand nombre de capteurs sont encore au stade d'encombrants prototypes de laboratoire. Il s'agirait donc d'améliorer la chaîne transducteur-transmetteur. Enfin un effort doit être mené dans le sens de l'homologation de ces capteurs pour la surveillance des milieux aquatiques afin qu'ils bénéficient de la même reconnaissance que les méthodes analytiques de laboratoire. La norme ISO 15389 devrait aider à cette reconnaissance des capteurs et à leur plus grande utilisation.