Échantillonnage des eaux souterraines

L'environnement pratique

GUIDE PRATIQUE

Echantillonnage des eaux souterraines

Office fédéral de l'environnement, des forêts et du paysage OFEFP

L'environnement pratique

GUIDE PRATIQUE

Echantillonnage des eaux souterraines

Publié par l'Office fédéral de l'environnement, des forêts et du paysage OFEFP Berne, 2003

Valeur juridique de cette publication Couverture La présente publication est une recommandation Photo projet NAQUA / OFEFP ; OFEG élaborée par l’OFEFP en tant qu’autorité de surveillance. Elle s’adresse en premier lieu aux autorités Commande d’exécution. Elle concrétise des notions juridiques OFEFP indéterminées provenant de lois et d’ordonnances et Documentation permet ainsi une application uniforme de la législa- CH-3003 Berne tion. De telles recommandations (appelées aussi direc- Fax + 41 (0) 31 324 02 16 tives, instructions, manuels, guides, aides pratiques) E-Mail : docu@buwal.admin.ch paraissent dans la collection « L’environnement Internet : www.buwalshop.ch pratique / VU-Vollzug Umwelt ». Ces recommandations garantissent l’égalité devant la Numéro de commande loi ainsi que la sécurité du droit, tout en favorisant la VU-2506-F recherche de solutions adaptées aux cas particuliers. Cette publication existe aussi en allemand Si l’autorité en tient compte, elle peut partir du (VU-2506-D). principe que ses décisions seront conformes au droit fédéral. D’autres solutions ne sont pas exclues ; selon la jurisprudence, il faut cependant prouver leur conformité avec le droit existant. © OFEFP 2003 12.2003 600 94552/187

Editeur Office fédéral de l’environnement, des forêts et du paysage (OFEFP ; DETEC) en collaboration avec la Société suisse d’hydrogéologie (SSH)

Auteurs Groupe de travail « Echantillonnage » de la SSH : Joseph Thierrin, Bureau CSD, Porrentruy Peter Steffen, Bureau SJ GEOTEC, Wolfwil Samuel Cornaz, OFEFP, Berne François-David Vuataz, CHYN, Université de Neuchâtel Werner Balderer, ETH, Zurich Michel Looser, Gaeta, Italie

Avec la contribution de : Jörg Zobrist, EAWAG, Dübendorf Jacques Zumstein, anc. inspecteur cantonal des eaux VD, Vufflens-le-Château

Conseiller OFEFP Samuel Cornaz

Graphisme, mise en page Ursula Nöthiger-Koch

2 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

1 Flaconnage, volume, conditionnement

et stockage des échantillons 59

2 Protocole d’échantillonnage des eaux

souterraines 63

3 Dosage de l’alcalinité et des duretés

par titrimétrie 64

4 Correction de la conductivité électrique

en fonction de la température 67

5 Paramètres indicateurs de pollution

possibles 68

6 Exigences et valeurs de concentration

dans les eaux souterraines 69

7 Exigences de qualité pour l’eau

de boisson en Suisse et dans l’UE 72

Index 77

1 Liste des abréviations 77

2 Liste des figures 79

3 Liste des tableaux 79

4 Références bibliographiques 80

4 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Abstracts

This guide to sampling ground water gives the nec- Ce guide de l’échantillonnage des eaux souterraines essary information and describes the precautions to be réunit et présente les informations nécessaires et les taken during the various phases of sampling (prepara- précautions à prendre pour maîtriser chaque phase de tion of the sampling plan, taking of samples, treatment l’échantillonnage (préparation de la campagne and storage of samples) to ensure sampling quality. d’échantillonnage, prélèvement, conditionnement et The main techniques for doing both measurements and stockage de l’échantillon) et en assurer la qualité. Il analyses in the field related to the problems in sam- présente également les principales techniques de mesupling water are also described. This document is there- res et d’analyses de terrain liées à la problématique de fore intended for all those who are involved in any l’échantillonnage des eaux. Ce document est donc despractical way in organising and undertaking ground- tiné à toute personne (hydrogéologue, ingénieur, techwater sampling (such as hydrogeologists, engineers, nicien ou chimiste) qui, de près ou de loin, est confrontechnicians and chemists). tée à l’organisation pratique et à la réalisation d’une campagne d’échantillonnage.

Keywords: analyses, equipment, groundwater, Mots-clés: analyse, eau souterraine, échantillon, measurements, sample, sampling. échantillonnage, équipement, mesure, prélèvement.

Diese Praxishilfe für die Grundwasserprobenahme Questa guida della campionatura delle acque sotumfasst die nötigen Informationen und Vorsichts- terranee raggruppa le informazioni necessarie e indica massnahmen, um jede Phase der Probenahme ein- le precauzioni da prendere per gestire al meglio ogni wandfrei zu bewältigen (Vorbereitung der Probenah- fase della campionatura (preparazione, prelievo, condimekampagne, Entnahme, Konditionierung und Lage- zionatura nonché l’immagazzinamento del campione) rung der Probe) und deren Qualität zu sichern. Sie e per assicurarne la qualità. Presenta inoltre le princizeigt ebenfalls die wichtigsten Mess- und Analysen- pali tecniche di misurazione e di analisi di terreni legatechniken für den Feldeinsatz in Zusammenhang mit ti alla problematica della campionatura delle acque. der Problematik der Wasserprobenahme auf. Dieses Questo documento è quindi destinato a tutti coloro (i- Dokument richtet sich deshalb an den Personenkreis drogeologi, ingegneri, tecnici o chimici) che in qualche (HydrogeologInnen, Ingenieurinnen/Ingenieure, Tech- modo sono confrontati con l’organizzazione pratica e nikerInnen oder ChemikerInnen), der mehr oder weni- la realizzazione di una campagna di prelievi. ger stark mit der praktischen Organisation und Durchführung einer Probenahmekampagne befasst ist.

Stichwörter: Analyse, Ausrüstung, Entnahme, Parole chiave: analisi, acqua sotterranea, campionatura, Grundwasser, Messung, Probe, Probenahme. campione, equipaggiamento, misurazione, prelievo.

Abstracts 5

Avant-propos

Les eaux souterraines représentent une part importante prélèvements et pour éviter une contamination accidu cycle de l'eau et participent de ce fait aux équilibres dentelle des échantillons. Il permet également de facinaturels. Elles constituent également une formidable liter le choix des paramètres à analyser, au vu des obressource renouvelable, exploitée pour l'approvision- jectifs à atteindre et de la nature des foyers de nement en eau potable et d'usage industriel ou agri- pollution à combattre. cole. Les auteurs ont rassemblé une importante masse d'in- Très abondantes en Suisse, les eaux souterraines sont formations et su en faire une synthèse utile, orientée menacées dans leur qualité par l'urbanisation progres- vers la pratique et accompagnée d'annexes d'une sive du territoire, par le développement des transports grande diversité, allant du formulaire de prélèvement et par de nombreuses autres activités humaines. aux listes de valeurs limites inscrites dans la législation suisse ou dans les normes européennes. Ils ont l'im- Cette évolution a conduit le législateur à fixer des exi- mense mérite d'avoir établi une passerelle solide entre gences relatives à la qualité des eaux souterraines, avec les hydrogéologues ou les spécialistes de l'environnela nouvelle Ordonnance fédérale sur la protection des ment actifs sur le terrain et les chimistes responsables eaux (OEaux), et à définir des seuils de pollution à ne des analyses contribuant aussi à intégrer les opérations pas dépasser, avec l'Ordonnance sur les sites contami- d'échantillonnage dans un processus relevant de l'assunés (OSites). La conservation des ressources en eaux rance qualité. souterraines implique donc aujourd'hui – plus que jamais – de connaître leur composition et les variations La parution du présent guide est le fruit de la collabonaturelles et artificielles qu'elles subissent. ration établie entre la Société Suisse d'Hydrogéologie, initiatrice du projet, et la Confédération, qui a soutenu Le nouveau guide de l'échantillonnage arrive ainsi à les travaux de rédaction et pris la publication à sa point nommé pour faciliter la tâche des praticiens en charge. Les collaborateurs et la direction de l'Office charge de la gestion et de la protection des eaux sou- fédéral de l'environnement, des forêts et du paysage

terraines. Clair et accessible, il résume les méthodes à sont vivement remerciés de leur dévouement et de leur mettre en oeuvre pour garantir la représentativité des appui.

Société Suisse d’hydrogéologie

Claude-Marie Marcuard, Présidente

Avant-propos 7

Vorwort

Das Grundwasser stellt einen wichtigen Teil des Was- die Repräsentativität der Entnahmen zu garantieren serkreislaufs dar und ist aus diesem Grund auch am na- und eine Verunreinigung der Proben zu vermeiden. Sie türlichen Gleichgewicht beteiligt. Es bildet eine gewal- erleichtert auch die Auswahl der Analysenparameter tige erneuerbare Ressource, die für die Trinkwasser- im Hinblick auf die gesetzten Ziele und die Art der zu versorgung und als Brauchwasser für die Industrie bekämpfenden Verunreinigungs-herde. oder die Landwirtschaft genutzt wird. Die Autoren haben eine beachtliche Informations- Die Qualität der ausgedehnten Grundwasservorkom- menge zusammengetragen. Sie haben es verstanden, men in der Schweiz ist durch die fortschreitende Ver- daraus eine nützliche Synthese zu erarbeiten, die prastädterung des Gebiets, durch die Entwicklung des xisorientiert ist und vielfältige Anhänge enthält, die Verkehrs und durch zahlreiche andere menschliche vom Probenahme-Formular bis zu Listen mit den im Aktivitäten gefährdet. schweizerischen Recht oder in den EU-Normen festgelegten Grenzwerten reichen. Sie haben das grosse Ver- Diese Entwicklung hat den Gesetzgeber dazu geführt, dienst, eine tragfähige Verbindung zwischen den im mit der neuen Gewässerschutzverordnung (GSchV) Feld aktiven HydrogeologInnen und Umweltspezialis- Anforderungen in Bezug auf die Qualität des Grund- tInnen einerseits und den für die Analysen verantwortwassers festzulegen und mit der Verordnung über die lichen ChemikerInnen andererseits geschaffen zu ha- Sanierung von belasteten Standorten (AltlV) für Ver- ben. Damit tragen sie zur Integration der Probenschmutzungen Konzentrationswerte zu definieren, die entnahme in einen wichtigen Qualitätssicherungsnicht überschritten werden dürfen. Die Erhaltung der prozess bei. Grundwasserressourcen setzt deshalb heute mehr denn je die Kenntnis ihrer Zusammensetzung und der natür- Das Erscheinen der vorliegenden Praxishilfe ist die lichen und künstlichen Veränderungen, denen sie un- Frucht der guten Zusammenarbeit zwischen der terliegen, voraus. Schweizerischen Gesellschaft für Hydrogeologie als Initiantin des Projekts und der Eidgenossenschaft, die Die neue Praxishilfe für die Grundwasserprobenahme die redaktionellen Arbeiten unterstützt und die Veröferscheint so zum richtigen Zeitpunkt, um die Aufgabe fentlichung übernommen hat. Den Mitarbeitenden und

der mit der Bewirtschaftung und dem Schutz des der Direktion des Bundesamts für Umwelt, Wald und Grundwassers befassten PraktikerInnen zu erleichtern. Landschaft sei für ihren Einsatz und ihre Unterstüt- In einer klaren und leicht verständlichen Art fasst sie zung herzlich gedankt. die Methoden zusammen, die anzuwenden sind, um

Schweizerische Gesellschaft für Hydrogeologie

Claude-Marie Marcuard, Präsidentin

8 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Résumé

Ce guide réunit et présente les informations nécessai- sous, les isotopes et les traceurs artificiels. Pour chares et les précautions à prendre pour maîtriser chaque que groupe, les précautions à prendre lors du prélèvephase de l’échantillonnage des eaux souterraines (pré- ment, de la mise en flacons, du conditionnement et du paration de la campagne d’échantillonnage, prélève- stockage des échantillons sont exposées. ment, conditionnement et stockage de l’échantillon) et en assurer la qualité. Il présente également les princi- Le chapitre 4 contient une description pratique des mepales techniques de mesures et d’analyses de terrain. sures et analyses de terrain en expliquant les précau- Ce document est donc destiné à toute personne (hy- tions à prendre lors de la mesure des paramètres ainsi drogéologue, ingénieur, technicien ou chimiste), qui de que des mises en gardes techniques concernant l’utiprès ou de loin, est confrontée à l’organisation pratique lisation ou la calibration de tel ou tel type d’appareil. Il et à la réalisation d’une campagne d’échantillonnage. présente aussi un bref aperçu des diverses techniques Après un chapitre d’introduction, il comprend quatre d’analyses habituellement appliquées sur le terrain. chapitres principaux traitant de la préparation et de la réalisation d'une campagne (chapitre 2), de l’échan- Le chapitre 5 est une brève introduction à l’assurance tillonnage pour l’analyse des principaux groupes de qualité. Il énumère les éléments à prendre en compte substances contenues dans les eaux souterraines (cha- dans ce cadre lors de l’échantillonnage. pitre 3), des mesures et analyses de terrain (chapitre 4) ainsi que de l’assurance qualité et du contrôle de la Dans les annexes, le document présente un tableau des qualité (chapitre 5) précautions à prendre lors du prélèvement d’une eau destinée à l’analyse de la plupart des paramètres énu- Le chapitre 2 concernant la préparation et la réalisation mérés dans le document et les textes légaux suisses de l’échantillonnage se veut résolument pratique. Il (Annexe 1), une formule type de rapport d’échantillonprésente dans 13 sous-chapitres les principaux élé- nage des eaux souterraines (Annexe 2), une définition ments liés aux diverses phases de l’échantillonnage, des diverses duretés de l’eau et la procédure de dosage

depuis l’organisation d’une campagne d’échantillon- de l’alcalinité et des duretés (Annexe 3), deux méthonage jusqu’au rapport d’activité, en passant par la des- des de correction de la conductivité électrique d’une cription des instruments de prélèvement et les précau- eau en fonction de la température de référence (Antions à prendre lors de l’échantillonnage. nexe 4), une liste de paramètres indicateurs de pollutions possibles (Annexe 5), les valeurs limites de Le chapitre 3 explique les tenants et aboutissants liés à concentration dans les eaux souterraines selon divers l’échantillonnage des eaux souterraines destiné à l’ana- textes légaux suisses (Annexe 6), ainsi que les exigenlyse de 7 grands groupes de paramètres, à savoir, les ces de qualité pour les eaux de boissons en Suisse et paramètres minéraux principaux, les éléments traces, dans l’Union européenne (Annexe 7). les composés organiques, la bactériologie, les gaz dis-

Résumé 9

1 Introduction

Les caractéristiques physiques, chimiques et isoto- cessaires au prélèvement des échantillons, et détail piques des eaux souterraines dépendent d’un certain de chaque phase de l’échantillonnage. nombre de facteurs tels que la composition chimique et • Echantillonnage pour l'analyse des principaux grouminéralogique des terrains traversés, la structure géo- pes de constituants de l’eau souterraine (chap. 3). logique, les conditions d'écoulement et les conditions Conseils pratiques concernant chaque phase de physico-chimiques locales. D’éventuelles pollutions l’échantillonnage. peuvent modifier les caractéristiques naturelles de • Mesures et analyses de terrain (chap. 4). Mode l’eau. On détermine ces caractéristiques à l’aide de opératoire des principales mesures et analyses de mesures et d’analyses sur des échantillons qui doivent terrain. refléter le mieux possible la composition de l’eau dans • Contrôle de la qualité (chap. 5). Documentation du l’aquifère. Mais, entre le moment où cette eau est en- travail, contrôle des opérations et principales norlevée de son milieu naturel et celui où elle est analy- mes à respecter pour assurer la qualité du travail sée, elle subit un certain nombre de manipulations et d’échantillonnage. de changements de conditions, qui peuvent grandement modifier sa composition. Citons par exemple la La stratégie de mise en place des points d'observation modification des teneurs en gaz et composés volatils des eaux souterraines n'est pas abordée dans ce guide. dissous due aux changements de pression et au contact La publication de l'OFEFP (2003) « Prélèvements de l’échantillon avec l’air, l’adsorption de certains d'eau souterraine en relation avec les sites pollués », constituants et les réactions chimiques sur les parois traite ce thème, dans le cadre de l'investigation et la des instruments et des récipients, la contamination de surveillance des sites pollués et/ou contaminés. l’échantillon au cours des manipulations, les réactions Les annexes 1 à 6 donnent des informations complébiologiques, la précipitation de composés en sursaturamentaires pour l’échantillonnage des eaux souterraition, etc. Or, le but de l’échantillonnage d’une eau est nes. L’annexe 7 reproduit à titre d’information des de fournir, pour l’analyse, un échantillon représentatif exigences de qualité pour les eaux de boisson en

de son milieu. Il y a donc lieu de connaître les problè- Suisse et dans l’Union Européenne. mes potentiels liés à l’échantillonnage ainsi que les diverses méthodes et techniques permettant de les éviter. Publié dans le cadre de l’application de la directive C’est l’objet principal de ce document. fédérale sur la protection des eaux souterraines, ce document est un outil pratique. Il a été initié en 1995 Ce guide de l’échantillonnage des eaux souterraines par le groupe « Echantillonnage » de la Société suisse réunit et présente les informations nécessaires et les d’hydrogéologie (SSH), dans le but de compléter et précautions à prendre pour maîtriser chaque phase de mettre à jour un premier document publié par Vuataz l’échantillonnage (préparation de la campagne & Bianchetti (1992). Il a ensuite été terminé sous d’échantillonnage, prélèvement, conditionnement et mandat de l’OFEFP et en collaboration avec la SSH, stockage de l’échantillon) et en assurer la qualité. Il par les bureaux d’ingénieurs CSD et SJ GEOTEC. Il présente également les principales techniques de mesumet particulièrement l’accent sur l’échantillonnage des res et d’analyses de terrain liées à la problématique de eaux souterraines peu profondes en vue de la détermil’échantillonnage des eaux. Ce document est donc desnation des paramètres servant de critères principaux à tiné à toute personne (hydrogéologue, ingénieur, techl’application des textes et directives suivants : nicien ou chimiste), qui de près ou de loin, est confron-

• Directive fédérale sur la protection des eaux soutertée à l’organisation pratique et à la réalisation d’une raines (en préparation) campagne d’échantillonnage.

• Loi sur la protection des eaux (LEaux) du 24.01.91 Les thèmes suivants sont abordés : • Ordonnance sur la protection des eaux (OEaux) du

• Préparation et réalisation de l’échantillonnage 20.10.98 (chap. 2). Eléments à prendre en compte lors de la • Ordonnance sur la protection des eaux contre les lipréparation de la campagne d’échantillonnage, pré- quides pouvant les polluer (OPEL) du 01.07.98 cautions générales permettant d’éviter des modifications de la composition de l’eau, équipements né-

Chapitre 1 : Introduction 11

• Ordonnance sur l’assainissement des sites pollués (Ordonnance sur les sites contaminés, OSites) du 26.08.98 Les documents de base suivants ont fourni de nombreuses informations pour l’élaboration de ce guide :

• Manuels, publications et rapports traitant de l’échantillonnage des eaux : Balderer (1985), Clark & Fritz (1997), DVWK (1991, 1992, 1994), Fritz & Fontes (1980), Herzog et al. (1991), Kemmer (1979), Rodier (1984), Scalf et al. (1981), Selent & Grupe (1998), Wilson (1995), Wittwer (1986).

• Normes nationales et internationales : OFEFP (2000a, 2003), DFI (1983), Normes ISO 5667, AF- NOR (1997), ASTM (1986), APHA (1992), OMS/WHO (1994, 1998), US EPA (1991).

12 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

2 Préparation et réalisation

de l’échantillonnage

L’échantillonnage d’une eau comprend la prépara- l'eau prélevée présente parfois une forte turbidité et tion du prélèvement, le prélèvement proprement dit, nécessite une filtration. le conditionnement de l’échantillon, ainsi que son stockage jusqu’au moment où l’eau est analysée. Cha- Echantillonneur simple. Il s'agit d'un tube métallique cune de ces étapes est importante pour assurer la fiabi- (laiton, acier…) ou en matière plastique lestée, fermé à lité des résultats d’analyse. Après une présentation de la base (bailer) et dont le poids est supérieur au poids l’instrumentation servant au prélèvement des échan- de son volume d’eau. Son remplissage a lieu par le tillons, ce chapitre décrit les étapes de préparation haut dès qu'il s'enfonce sous le niveau d'eau. Ce sysd’une campagne, les méthodes à appliquer et les pré- tème très robuste présente de nombreux désavantages. cautions générales à prendre pour l’échantillonnage. Le remplissage par le haut provoque un remous impor- Le chapitre 3 reprend les concepts développés dans ce tant et une modification des équilibres relatifs aux gaz chapitre, pour les appliquer à chaque groupe de para- et composés volatils dissous. Seule l'eau proche de la mètres. surface piézométrique peut être prélevée. Le nettoyage du tube est difficile si le fond n'est pas démontable. Les parois métalliques peuvent interagir avec certaines

2.1 Matériel et équipement de substances organiques ou contaminer l’échantillon

prélèvement avec des métaux-traces. Ce type d’échantillonneur s’avère intéressant pour le prélèvement de substances Lors de l’échantillonnage d’une eau souterraine, les flottant sur l’eau (LNAPL par exemple), pour autant prélèvements dans les forages non équipés de pompes qu’on le retire avant qu’il ne se soit totalement rempli. sont ceux qui peuvent le plus modifier la composition de l’eau, à cause, entre autres, de la difficulté d’obtenir Echantillonneur avec soupape passive. Dans la parun échantillon représentatif du milieu, de la contami- tie inférieure du tube de prélèvement, la soupape, fornation de l’eau par les instruments de prélèvement, et mée par une bille de densité 1.4 à 2, laisse pénétrer du contact de l’eau avec l’atmosphère. C’est pourquoi l'eau dans le tube lorsque ce dernier descend dans le ce chapitre traite principalement des techniques de pré- forage ; la soupape se ferme lors de la remontée. La lèvement d’eau dans les forages (pompes aspirantes et vidange se fait par le bas à l'aide d'un dispositif qui refoulantes, tubes de prélèvement, cellules à dialyse, permet de minimiser le contact de l'échantillon avec échantillonneurs). Le prélèvement d’eau à des sources l'air. De tels tubes en PE ou en PTFE se démontent ai- ou des puits équipés de pompe nécessite un équipe- sément, ce qui permet de les nettoyer. Le prélèvement ment simple qui sera adapté aux précautions générales n'est pas strictement ponctuel car le remplissage du d’échantillonnage (§ 2.3). tube se fait de manière dynamique lors de la descente. Certains modèles comportent également une soupape à

2.1.1 Tubes échantillonneurs l'extrémité supérieure du tube ce qui empêche tout mélange d'eau lors de la remontée. Il existe actuellement

Il existe de très nombreux types de tubes échan- sur le marché de tels tubes en PTFE, à usage unique et tillonneurs destinés au prélèvement d’eau dans les fo- à prix raisonnable. rages. Ils sont tous munis d'un système plus ou moins évolué permettant de prélever un volume d'eau à une Echantillonneur avec fermeture commandée. Plucertaine profondeur (figure 1). Un filin, enroulé sur sieurs types de tubes de prélèvement comportent un une bobine munie d'un compteur métrique, permet de clapet de fermeture à chaque extrémité, qu'il est possiles descendre à la profondeur voulue. Ces tubes ne ble de fermer sur commande lorsqu'on a atteint la propermettent de remonter à la surface que des volumes fondeur de prélèvement. Ce système permet un prélèd'eau restreints (1 ± 0.5 l). Pour assurer un échantillon- vement ponctuel car les deux extrémités du tube sont nage représentatif, l'eau du forage doit être renouvelée ouvertes au cours de la descente, ce qui empêche de au préalable par pompage. Compte tenu des turbulen- piéger de l’eau dans le tube avant d’avoir atteint la ces créées lors de la descente du tube de prélèvement, profondeur d’échantillonnage.

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 13

déclencheur Poids Arrêt Clapet fermé Clapet ouvert

A B C D E F G H

Figure 1 : Schémas de divers tubes échantillonneurs : A et B : échantillonneur simple (A : remplissage, B : remontée) ; C et D : échantillonneur avec soupape passive (C : remplissage, D : remontée) ; E et F : échantillonneur avec fermeture commandée (E: remplissage, F: fermeture à l’aide d’un poids coulissant sur le filin) ; G et H : échantillonneur avec ouverture et fermeture commandées permettant de conserver l’échantillon à la pression de l’aquifère (G : remplissage, H : échantillonneur fermé utilisable comme récipient de stockage). Voir le texte pour la description de ces échantillonneurs.

Echantillonneur à ouverture et fermeture comman- bar supérieure à la pression de l’eau à la profondeur dées. Divers types d’échantillonneurs existent, surtout d’échantillonnage puis on descend le cylindre jusau stade de prototype. Deux types de ces échantillon- qu’à cette profondeur. En dépressurisant le tuyau, neurs sont décrits ci-dessous : on fait baisser la pression de gaz dans l’échan- • Une firme spécialisée a développé un modèle adapté tillonneur qui peut alors se remplir. Avant de le reà un échantillonnage ponctuel en forage, qui permet monter, on met à nouveau le tuyau de connexion en de conserver l’échantillon à la pression de l’aqui- pression (env. 1 bar), ce qui permet de maintenir fère. Il s’agit d’un cylindre en acier inoxydable (en- l’échantillon à une pression légèrement supérieure à duit ou non d’une pellicule de PTFE à l’intérieur) celle de l’aquifère. Après avoir remonté l’échancomportant à l’extrémité inférieure une soupape tillonneur, on ferme la vanne et on découple le maintenue fermée par un ressort à faible pression. A tuyau de connexion. L’échantillonneur sert alors de l’extrémité supérieure se trouve une vanne que l’on flacon qu’on maintient à la température de l’eau laisse ouverte lors du prélèvement. Un tuyau de souterraine durant son acheminement au laboratoire. matière plastique relie l’échantillonneur à la surface. • L’échantillonneur à commande motorisée de l’Uni- Avant de le descendre dans le forage, on crée dans versité canadienne de Waterloo (Sherwood Lollar et l’échantillonneur une pression d’air ou d’azote de 1 al., 1994) est un cylindre en acier inoxydable qui

14 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

comporte une section de stockage de l’eau et une par un moteur électrique submergé. Une batterie ou section contenant le système de commande compo- une génératrice fournit l’énergie électrique nécessaire. sée d’une partie électronique, d’une minuterie, d’un Etant donné qu’elles repoussent l’eau et lui impriment moteur, d’une soupape à aiguille et de batteries re- une pression positive, elles n’engendrent généralement chargeables. Avant de descendre l’échantillonneur pas de dégazage significatif de l’eau prélevée. Les dans le forage, la minuterie est programmée pour puits de pompage sont le plus souvent équipés de que la valve s’ouvre après le temps nécessaire à pompes refoulantes immergées de type centrifuge. abaisser l’outil jusqu’à la profondeur de prélèvement. Après le remplissage qui dure environ 1 mi- Pompe refoulante à membrane (figure 2). Une telle nute, la soupape se referme automatiquement et pompe comprend une source d’air comprimé (bouteille l’échantillonneur peut être remonté. D’autres modè- d’air comprimé ou compresseur), un système de les avec pompe intégrée ont également été dévelop- contrôle de la pression d’air, un tube de transmission pés. de l’air comprimé depuis la surface jusqu’à la pompe immergée, la pompe elle-même et le tube d’évacuation Systèmes de prélèvement par seringue. Le système de l’eau. A l’intérieur de la pompe, la chambre à air est permet de descendre une seringue dans le forage jus- séparée de la chambre de circulation de l’eau par une qu'à la profondeur voulue pour le prélèvement. Un membrane qui alternativement, suivant les variations dispositif mécanique ou pneumatique actionne le pis- de pression de l’air, diminue puis augmente le volume ton de la seringue, entraînant le remplissage de cette de la chambre de circulation de l’eau. A l'entrée et à la dernière. Après avoir été remontée, celle-ci peut elle- sortie de cette dernière une soupape contrôle les flux même servir de flacon pour le stockage et le transport d'eau. Ainsi, à chaque cycle de diminution puis d’augde l’échantillon. Des seringues en verre de contenance mentation de la pression d’air, l’eau pénètre dans la relativement grande (250, 500 ml ou plus) permettent chambre de circulation puis se trouve repoussée dans de prélever des échantillons suffisamment grands pour le tuyau de refoulement. Ce type de pompe est bien

les analyses. Ce système d'échantillonnage ne modifie adapté au pompage d'eaux très chargées de matières en que très peu la composition de l’eau. Si nécessaire, la suspension. Il peut cependant induire une modification filtration de l'eau peut être effectuée en couplant un fil- des teneurs en gaz dissous de l’eau. tre « en ligne » sur la seringue. Dans ce cas, il s'avère pratique de déposer temporairement la seringue pleine Pompes refoulantes à déplacement de gaz. Ce genre avec la pointe en haut, ce qui permet une décantation de pompe fonctionne de manière similaire à une partielle de l'échantillon sur le piston de la seringue. pompe à membrane. Dans certains types, le gaz entre en contact direct avec l'eau dans une chambre qui se

2.1.2 Pompes remplit alternativement de gaz puis d'eau au rythme

des variations de pression du gaz. Le système de ges- L'utilisation de pompes pour le prélèvement d'échan- tion de la pression comprend un système d’autorégutillons d'eau dans un forage constitue la technique la lation pour éviter que l’air ne pénètre dans la colonne plus pratique et la plus communément appliquée. Le d’évacuation d’eau du fait d’une trop grande pression. pompage permet en premier lieu de renouveler aisé- Dans d’autres types, c’est un piston qui remplace la ment l'eau du forage avant le prélèvement et, grâce aux membrane et qui se déplace au rythme des variations mesures en continu qu’il autorise (§ 2.6), il permet de de pression du gaz. déterminer le moment où l’eau devient représentative du milieu aquifère. A l’aide d’une pompe placée entre Pompe à air-lift. De l’air comprimé est injecté à l’aide deux obturateurs, on peut prélever l’eau d’un horizon d’une buse dans le tube d’évacuation d’eau. Il y imprécis dans le forage. Concernant l’effet des matériaux prime un mouvement ascendant d’eau mélangée d’air. de construction des pompes et du tubage sur la qualité Cette méthode implique la mise en équilibre de l’eau de l’eau, se référer aux § 2.1.3 et 2.9. pompée avec l’air ou le gaz utilisé, déséquilibrant ainsi fortement la composition originale de l’eau. Pour cette Pompes électriques refoulantes. Il s’agit de pompes raison, cette méthode de pompage n’est dans la plupart centrifuges ou de pompes à axe hélicoïdal entraînées

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 15

des cas pas adaptée au prélèvement d’eau pour analy- bine et par l'évacuation de l'air de la conduite d'aspirases ou pour renouveler l'eau d'un forage avant prélè- tion. Etant donné la dépression dans la colonne d’eau, vement (cf. § 2.6.1). un dégazage partiel est possible (§ 2.3.2).

Pompe à injection. Cette pompe fonctionne un peu Pompe aspirante péristaltique. Le moteur d'une selon le principe de la pompe à air-lift mais c’est de pompe péristaltique entraîne deux à quatre galets roul’eau qui est injectée par un tuyau descendant. Sous le lants sur un tube souple à l'intérieur d'une chambre niveau phréatique, un système de buse-venturi aspire semi-circulaire. La propagation des contractions imune partie de l’eau à prélever qui est entraînée avec primées à ce tube provoque le déplacement de l'air ou l’eau injectée dans le tube de refoulement. Une partie du liquide qu’il contient. Ce genre de pompe permet de cette eau récupérée en surface est réutilisée pour la d'aspirer à faible débit (< 20 l/min) l'eau d'un piézomècontinuation du processus de pompage. Ce type de tre jusqu'à une profondeur de 6 à 8 m. L'utilisation d'un pompe relativement sensible aux matières en suspen- tel type de pompe pour l'échantillonnage destiné à sion permet, avec un diamètre inférieur à 2’’, de re- l'analyse de substances organiques ou de gaz dissous monter l’eau sur plusieurs dizaines de mètres de haut. est déconseillée car le processus d'aspiration favorise Etant donné la réutilisation partielle de l’eau avec son le dégazage de l'eau. Par ailleurs, le tube constitué de passage fréquent dans la pompe de mise en pression et matière plastique très souple (silicone) absorbe facileles tubes de la pompe, l’éventuelle utilisation d’une ment une large gamme de substances organiques ainsi eau d’amorce de qualité différente, ainsi que la forte que la plupart des gaz dissous dans l'eau. réduction de pression au niveau de la buse, il peut résulter une altération de la qualité de l’échantillon. Aspiration depuis la surface à l'aide d'une seringue. Dans les nappes d'eau souterraine peu profondes (< 6 Pompe à inertie (figure 2). La pompe est simplement m), il est également possible de prélever l’échantillon constituée d'une soupape fixée à l’extrémité inférieure depuis la surface à l’aide d’une seringue de grand vod’un tube d’évacuation de l’eau. En imprimant depuis lume (250, 500 ml ou plus), couplée à un fin tube de la surface un mouvement alternatif de montée et de PTFE ou de nylon qui plonge dans le forage ou dans le descente au tube lui-même, l’eau monte par inertie. De terrain jusqu’à la profondeur d’échantillonnage voulue.

tels systèmes permettent d’échantillonner facilement Le dispositif est muni d'un robinet à trois voies pour des points d’eau situés dans des formations à faible évacuer l'air. La seringue elle-même peut alors servir perméabilité (débit inférieur à 10 l/min), avec une hau- de flacon pour le stockage et le transport de l’échanteur de refoulement jusqu'à 50 m. tillon. Ce système permet de mettre en place, dans un forage dont on retire le tubage après coup, des ports Pompe aspirante centrifuge. Ce type de pompe cons- multiples in situ servant à surveiller la composition de titué d'une turbine entraînée par un moteur, permet le l’eau en divers points sur une même verticale (Patterpompage de débits élevés (20–2000 l/min) : Son appli- son et al. 1993, Thierrin et al. 1995). Du fait de cation est limitée par la profondeur d’aspiration (max. l’aspiration de l’eau sur plusieurs mètres de hauteur, 6 à 8 m). Pour fonctionner, elle nécessite une amorce un dégazage partiel peut survenir au cours du prélèvepréalable par l'apport d'eau dans la chambre de la tur- ment.

16 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Eau Air Tubage du piézomètre

Tube PE ou téflon

Pompe à bille

A B C D

Figure 2 : Pompes particulières : A et B : pompe refoulante à membrane (A : cycle de faible pression d’air avec remplissage de la pompe ; B : cycle de refoulement de l’eau par hausse de la pression d’air). C et D : pompe à inertie ou « pompe à bille » (C : cycle de mise en inertie ascendante de la colonne d’eau ; D : cycle d’abaissement de la colonne de refoulement et d’entrée d’eau dans la pompe). Voir le texte pour la description de ces pompes.

2.1.3 Tuyaux des pompes et autres accessoires plastiques souples ne sont pas indiqués pour de tels

prélèvements (Barcelona et al., 1985). Aux USA, de Le tuyau d’aspiration ou de refoulement d’une pompe, nombreux auteurs recommandent la liste de priorité la pompe elle-même, de même que tout autre récipient suivante concernant le type de tubage afin d’éviter les dans lequel l’eau transite au cours de l’échantillonnage risques de modification de la composition de l’eau par peut être assimilé à un flacon dans lequel l'eau ne sé- adsorption–désorption, dégazage et/ou libération de journe que temporairement. Les considérations émises substances organiques (DVWK, 1990) : sur la propreté et la nature des flacons (§ 2.9) s'appli- 1. PTFE quent donc aussi aux tubages des pompes. 2. PP

3 PVC souple / PE linéaire

Pour la prise d’échantillons servant à l’analyse de sub- 4. Viton stances organiques, le tubage flexible de la pompe doit 5. PE conventionnel être peu absorbant, en PTFE ou éventuellement en PP. 6. Silicone Les tubes en PE, PVC, silicone ou autres matières

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 17

Des matériaux synthétiques extrêmement peu adsor- la température de l'eau et du volume de la cellule. Elle bants et sans effet mémoire ont été développés ces présente l'avantage de fournir un échantillon limpide et dernières années comme le PFA qui est une variante exempt de germes (Ronen et al., 1986 ; Davis et al., polymère du PTFE. Cette matière est recommandée 1992 ; Steinmann et Shotyk, 1996). L'expérience monpour les récipients utilisés dans l’analyses des traces tre que ce type de cellule donne de très bons résultats organiques. pour l'analyse des substances minérales. La fiabilité de cette méthode doit être testée pour les autres paramè- Pour la prise d’échantillons servant à l’analyse des gaz tres, en fonction des conditions au point d'eau et de la dissous, un tube en acier inoxydable ou en cuivre (avec configuration de la cellule. joints étanches) assurera une étanchéité optimale des parois, tandis que les tubes en matière plastique pré- Cellule à diffusion. Une cellule à diffusion consiste en sentent un large pouvoir de diffusion. La quantité une cellule en matière plastique perméable aux gaz et d’oxygène diffusée au travers d’un tube en matière substances volatiles que l’on veut mesurer, mais implastique peut s’avérer impressionnante. Elle est pro- perméable à l’eau (figure 3). Elle contient un fluide portionnelle à la longueur du tube et inversement pro- inerte d’échange (eau, gaz…). On place cette cellule portionnelle au débit. Holm et al. (1988) montrent que dans l’aquifère. Après un certain temps dépendant de pour un débit de 100 ml/min (ou 10 minutes de trajet), la nature de la membrane, les concentrations de gaz et dans un tube de PTFE de 60 m de long, d’un diamètre de substances volatiles dans le fluide de la cellule extérieur de 6 mm et d’une épaisseur de parois de 1.5 s’équilibrent avec celles de l’eau souterraine (loi de mm, une quantité de 6 mg/l d’oxygène diffuse au tra- Henry). On peut alors échantillonner le fluide contenu vers du tube ! dans la cellule. Cette méthode peut s’avérer très pratique pour la mesure des composés organiques volatils Pour la prise d’échantillon servant à l’analyse des mé- (Barber et Briegel, 1987). Des cellules à diffusion eau / taux, il faut proscrire tout tubage ou partie de dispositif air permettent une mesure stable en continu de

métallique (acier, zinc, cuivre, etc.) pouvant influencer l’oxygène dissous dans l’eau souterraine (Davis et al., la composition de l’eau en métaux par adsorption ou 1992). par mise en solution. L'acier inoxydable ne devrait pas poser de problème de contamination particulier à l’ex- 2.1.5 Echantillonneurs automatiques ception des traces de Mo, Ni et Cr. Des tubes en matière plastique (de préférence PE ou PTFE) seront uti- De nombreux types d’échantillonneurs automatiques lisés. Avant le prélèvement, il est nécessaire de tester existent sur le marché, des plus simples au plus élabotoutes les pièces métalliques indispensables (pompe, rés. Selon l’appareil, il est possible de prélever des raccord, etc.) quant à l’absence de contamination par échantillons à des intervalles de temps réguliers ou irrapport aux métaux à doser. réguliers, de cumuler un prélèvement régulier de petits volumes sur une durée déterminée, de filtrer les échan-

2.1.4 Cellules à dialyse et à diffusion tillons, de les stocker en flacons fermés, de procéder à

tel ou tel type de conditionnement, etc. La description Cellule à dialyse ou « peeper ». Une cellule à dialyse de chaque type d’appareil sort des objectifs du présent (figure 3) consiste en un flacon en verre contenant de guide. Il y a lieu néanmoins de veiller à ce que les l'eau suprapure et dont le bouchon est remplacé par échantillons gardent leurs caractéristiques durant le une membrane perméable (filtre 0.1 µm ou plus fin). processus de prélèvement et au cours du stockage dans On place la cellule durant un laps de temps défini (5 à l’échantillonneur. En effet, chaque modification de la 30 j) dans le milieu à échantillonner. Durant cette pé- composition de l’eau prélevée, énumérée aux § 2.3 et riode, la composition de l'eau contenue dans la cellule 2.1.1 (cf. aussi § 2.9) peut survenir dans un échans'équilibre avec celle du milieu si bien qu'au jour du tillonneur automatique, surtout si l’échantillonnage est prélèvement, elle est représentative du milieu. Cette échelonné sur plusieurs jours. Il est donc important de méthode intègre la composition de l'eau sur une pé- choisir l’échantillonneur en fonction des objectifs riode dépendant de la perméabilité de la membrane, de d’échantillonnage.

18 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Tubes d’accès à la cellule, diam. 2 mm en nylon, dans Corde de soutien le tubage PVC 50 mm Membrane Connexion du tubage perméable Tubage PVC de soutien 50 mm Eau souterraine à l’extérieur de la cellule Connexion à la cellule Cellule à diffusion : tube perméable aux gaz, 2 mm diam. intérieur enroulé à l’extérieur du tubage PVC Eau distillée à l’intérieur de la cellule, s’équilibrant Connexion à la cellule par dialyse avec l’eau Connexion du tubage extérieure Tubage PVC 50 mm jusqu’à la cellule suivante A B Figure 3 : Cellules d’échantillonnage à dialyse et à diffusion : A : cellule à dialyse ; B : cellule à diffusion d’après Barber & Briegel (1987). Description dans le texte.

2.2 Préparation de la campagne • le choix des paramètres à analyser par point de

d’échantillonnage prélèvement et la discussion des diverses contraintes avec le laboratoire d’analyse (délais, capacités, investigations préliminaires, flaconnages, La procédure d’échantillonnage doit permettre de contraintes d’échantillonnage, etc.), fournir au laboratoire des échantillons représentatifs • la discussion des contraintes de terrain telles que (quant aux espèces considérées) de la composition l’accessibilité, les techniques de prélèvement, le de l’eau au moment du prélèvement. La liste des matériel à disposition ou à se procurer, les consubstances à analyser doit être adaptée au type de traintes liées au stockage et au transport des problème à résoudre. A ce titre, l’Annexe 5 indique échantillons, les délais, etc. les paramètres à mesurer et à analyser en fonction de divers foyers de pollution possibles. Pour l’analyse

2 Etablissement du programme d'échantillonnage

de chaque groupe de substances, on prélèvera un en fonction des objectifs de l’étude. Il peut s'agir échantillon séparé. d'une surveillance périodique, de la recherche d'une Les principales étapes de la préparation d’une campa- source de contamination ou de l’évaluation globale gne d’échantillonnage sont les suivantes : de la qualité d’une eau, au cours de laquelle différents paramètres seront analysés (Annexes 1 et 5,

1 Planification des travaux qui comprend : voir aussi OFEFP, 2000b). Le programme com-

• la définition des objectifs de l’échantillonnage, prend :

• la détermination des points de prélèvement, • le plan de situation,

• l’évaluation de la représentativité de l’échan- • la liste des points de prélèvement avec leurs catillonnage des points de vue temporel et spatial, ractéristiques particulières,

• le choix du laboratoire d’analyses (prix, analyses • la liste des paramètres à analyser par point de test, etc.), prélèvement,

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 19

• la liste des mesures et analyses de terrain à faire à 4. Préparation, nettoyage et contrôle du matériel et chaque point de prélèvement, des appareils, à savoir :

• la liste des échantillons à prélever par point de • pour les appareils de prélèvement, contrôle de prélèvement avec les indications sur la filtration leur fonctionnement, évaluation de leur adéqua- et le conditionnement de chaque échantillon. tion avec les contraintes de qualité pour le prélèvement (chap. 2.4), vérification entre autres de 3. Planification des opérations à chaque point de l’état des piles, préparation de piles de réserve, prélèvement. Les aspects suivants, qui sont détail- • pour les appareils et réactifs nécessaires aux melés dans ce guide, doivent être définis : sures et analyses de terrain (chap. 4), contrôle du

• précautions à prendre lors des mesures in-situ et fonctionnement des appareils, de l’état des battelors des prélèvements pour les mesures et analy- ries, de la qualité et de la validité des réactifs ; ses de terrain (§ 2.3 et chap. 4), étalonnage de contrôle des appareils,

• renouvellement de l’eau avant le prélèvement • pour le matériel et les réactifs nécessaires au (§ 2.6), conditionnement des échantillons (filtration, sta-

• prélèvement de chaque échantillon, bilisation, extraction, etc.), contrôle de la qualité

• précautions générales et particulières (§ 2.3 et et de la validité des réactifs ainsi que des quantichap. 3), tés nécessaires.

• contrôle de la propreté et de l’adéquation du matériel d’échantillonnage (§ 2.1 et 2.5), Il est vivement recommandé de discuter toutes les

• flaconnage (§ 2.9), conditions d’échantillonnage avec le responsable du

• conditionnement éventuel du flacon (§ 2.10), laboratoire d’analyses. En général, le laboratoire

• filtration éventuelle de l’échantillon (§ 2.10), fournit les récipients ainsi que le matériel et les réac-

• conditionnement spécifique éventuel de l’échan- tifs nécessaires au conditionnement des échantillons tillon (§ 2.10), sur le terrain.

• stockage ad hoc des échantillons pour le transport (§ 2.12), Sur la base du programme d’échantillonnage et des

• succession temporelle des opérations, points mentionnés ci-dessus, on dressera une liste ex-

• protocole d’échantillonnage par point de prélèhaustive du matériel, des instruments et des réactifs à

vement. Il permet d’inscrire les résultats des meutiliser lors de la campagne en s’inspirant de la checksures et analyses de terrain et de retracer chaque list du Tableau 1. étape du prélèvement, du conditionnement, du stockage et du transport. Ce protocole sert de document d’assurance qualité (chap. 5 et Annexe 2).

20 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Tableau 1 : Check-list du matériel d’échantillonnage habituel

Type Liste Remarques

Documents Programme d’échantillonnage, feuilles de Selon point 2 du § 2.2 et Annexe 2 protocole Matériel et Pompe avec batterie ou génératrice, tuyaux Contrôle du fonctionnement, de leur adéquation instruments de de raccord, tubes échantillonneurs, avec les contraintes de qualité (chap. 2.1) ; prélèvement épuisettes graduées, sceau gradué, gants en contrôle de l’état des piles ou prendre des piles plastique de réserve Instruments de Conductimètre, thermomètre, pH-mètre, Contrôle du fonctionnement des appareils, de mesure ; appareils oxymètre, sonde piézométrique, l’état des piles, de la qualité et de la validité des pour analyses de chronomètre ; appareils spécifiques avec réactifs ; contrôler l’étalonnage des appareils terrain et in situ réactifs nécessaires, kits d’analyses, etc. avant et pendant l’échantillonnage. Cf. chap. 4 Matériel servant Matériel nécessaire aux opérations de Disposer de conteneurs séparés et propres pour au filtration, stabilisation et extraction, le matériel et pour les réactifs ; contrôler la conditionnement consommables et réactifs nécessaires qualité et la validité des réactifs Flacons Selon liste établie avec le laboratoire Contrôler la propreté des flacons avec le d’analyse (type de flacons, volumes, laboratoire ou les nettoyer selon § 2.5. Prendre nombre), étiquettes ad hoc éventuellement des flacons pour stockage à long terme (§ 2.9) Conteneurs de Conteneurs isolants avec blocs réfrigérants Caisses ad hoc avec séparations pour éviter que transport ou réfrigérateur de camping les flacons en verre ne s’entrechoquent Divers Habits de travail, véhicules, clés des Ne pas oublier le matériel de protection pour chambres de captages et piézomètres, assurer la sécurité des personnes lors de caisse à outils, tubes et raccords divers, l’échantillonnage : contrôle des gaz dans les lampe, matériel d’entretien et de lecture des installations souterraines, protection contre les instruments fixes sur le terrain, etc. chutes et les chocs, etc.

2.3 Précautions générales pour un • la précipitation de composés en sursaturation, échantillonnage optimal • les modifications causées par l’exposition à la lumière. Lors des manipulations d’échantillonnage, on prélève l’eau souterraine de son milieu naturel pour la transva- Les mises en garde et précautions recommandées dans ser dans un autre milieu (flacon) et la stocker durant un ce chapitre sont destinées à éviter une modification de certain temps dans des conditions différentes de celles la composition de l’eau échantillonnée, causée par ces de l’endroit d’où elle provient. Les changements, dus phénomènes. le plus souvent aux phénomènes suivants, peuvent induire une modification des caractéristiques physiques 2.3.1 Contaminations durant les manipulations et chimiques de l’eau échantillonnée :

• la contamination de l’échantillon au cours des ma- Une manipulation incorrecte, l’utilisation de matériaux nipulations, inadéquats et l’emploi de matériel d’échantillonnage

• la modification des teneurs en gaz et composés vo- souillé peuvent provoquer l’apparition de composés ou latils dissous, d’organismes étrangers à l’eau prélevée ou une varia-

• l’adsorption et les réactions chimiques sur les surfa- tion d’autres paramètres physiques, chimiques ou bioces, logiques. Par exemple la moindre souillure sur le col

• l’activité biologique, d’une bouteille de prélèvement pour les analyses bac-

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 21

tériologiques faussera totalement le résultat. Les mesu- 2.3.2 Modification des teneurs en gaz et res suivantes permettent d’éviter de telles contamina- composés volatils dissous tions :

• Transporter les flacons vides, fermés, dans un Il s’agit d’éviter les variations de température et de conteneur les mettant à l'abri des souillures et des pression, et le contact de l’eau avec l’air. poussières.

• Avant chaque échantillonnage, bien se rincer les Prélèvement de l'eau d'un forage. Le prélèvement mains (ou les gants) qui ne doivent jamais entrer en peut être effectué à l’aide d’une pompe refoulante, par contact avec l’eau des échantillons. aspiration depuis la surface ou à l’aide d’un échan-

• Dans les cas normaux, sans risque de contamination tillonneur prévu pour éviter les échanges gazeux (§ spécifique, rincer tout le matériel d’échantillonnage 2.1). Si on utilise une pompe, le rabattement dans le avec l’eau à prélever, ainsi que les flacons sauf s’ils forage doit rester faible, c’est à dire < 20 % de contiennent déjà des solutions de stabilisation (cf. l’épaisseur de la zone aquifère dans une nappe libre ou indications du laboratoire). rester en dessus du toit de l’aquifère en nappe captive.

• En cas de risque spécifique de contamination, net- Dans tous les cas, il faut éviter la formation d’une zone toyer systématiquement le matériel d’échantillon- de suintement (§ 2.6.1). Eviter absolument que l’eau nage entre chaque prélèvement (§ 2.5) ou utiliser ne soit soumise à une dépression importante si elle est des instruments de prélèvement à usage unique (pré- pompée par aspiration ou par siphonnage. Si on doit leveurs, tubes, récipients, gants, etc.). utiliser un tube de prélèvement, choisir un tube de

• Eviter la contamination d’un échantillon avec les grand volume à remplissage par le bas, par exemple réactifs utilisés pour le conditionnement d’un autre avec valve à bille ou avec ouverture commandée échantillon. (§ 2.1.1). Pour éviter au mieux le contact de l’eau avec

• En cas d’échantillonnage répétitif, équiper chaque l’air, l’échantillon peut alors être siphonné hors du point de prélèvement avec le matériel nécessaire à tube de prélèvement ou évacué dans le flacon par le l’échantillonnage (pompe, tubes, etc.) afin de dimi- bas du tube à l’aide d’un dispositif spécial empêchant

nuer le risque de contamination croisée, surtout en le contact de l’eau avec l’air. Dans une nappe peu proce qui concerne des points de prélèvement d’eau fonde (< 6 m), on peut également prélever l’échancontaminée ou présentant une composition particu- tillon depuis la surface à l’aide d’une seringue de lière. grand volume (250 ou 500 ml), cette dernière pouvant • Eviter de procéder aux mesures in situ (§ 2.4 et 2.7) également servir de flacon pour le stockage et le transavant les prélèvements pour analyses au cas où le port de l’échantillon (§ 2.1.1 et 2.1.2). matériel, la technique ou les manipulations relatifs à ces mesures pourrait contaminer l’eau à prélever. Prélèvement de l’eau d'une source, d’un puits ou d'une conduite. Le principe général est de remplir le Si une génératrice ou tout autre engin à moteur est uti- flacon par le fond en faisant couler l’eau de manière lisé pour faire fonctionner la pompe, il y aura lieu de laminaire et sans entraînement de bulles d'air dans un veiller à ce que des gaz d’échappement, des poussières tube de prélèvement en PE, en PTFE ou en acier ou même de l’essence ne viennent pas contaminer inoxydable qu'on introduit jusqu'au fond du récipient l’échantillon ni le matériel d'échantillonnage. (§ 2.1.3). Ce tube peut être adapté sur un robinet de prélèvement ou placé dans le drain d’arrivée d’une Une contamination peut avoir lieu par largage de col- source ou à l’émergence naturelle. Le prélèvement doit loïdes riches en métaux ou par mise en solution de mé- se faire le plus près possible de l’émergence de l’eau, à taux des tubages de forage. Dans de tels cas, le renou- un endroit où l’eau souterraine n'a pas encore coulé de vellement de l'eau avant le prélèvement devra retenir manière turbulente. une attention toute particulière. De même, on privilégiera l'utilisation de systèmes de prélèvement qui en- Prélèvement dans un plan d’eau. Placer l’extrémité gendrent le moins de turbidité possible (§ 2.1). du tube flexible au fond du flacon et plonger le flacon, embouchure tournée vers le bas, sous le plan d’eau.

22 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

L’air s'évacue par le flexible et l’eau entre dans le fla- en sursaturation dans l’échantillon. Il y a alors lieu con de manière laminaire. Si possible, refermer le ré- d’utiliser une méthode de prélèvement permettant de cipient sous l’eau en éliminant toute bulle d’air. Une conserver l’échantillon à la pression de l’aquifère légère surpression se formera ainsi dans le flacon. (§ 2.1.1).

Flaconnage. Le choix des flacons se fera selon les in- Filtration. Pour éviter une modification des teneurs en dications du § 2.9 et de l’Annexe 1. Pour éviter une gaz et composés volatils dissous, ne jamais filtrer par modification des teneurs en gaz et composés volatils aspiration mais en pression, en appliquant à l’eau fildissous de l’échantillon, il faut éviter l’inclusion de trée les principes énoncés ci-dessus (cf. § 2.10.1). bulles de gaz dans le flacon et procéder de la manière suivante : 2.3.3 Adsorption et réactions sur les surfaces

• Bouteille en verre avec bouchon à septum vissé. Remplir le flacon par le fond (voir plus haut) en fai- Les substances recherchées peuvent disparaître de sant sortir toutes les bulles de gaz adhérant aux pa- l’échantillon par adsorption sur les parois du matériel rois du récipient, le déposer sur une surface plane et d’échantillonnage. C’est le cas des substances organiajouter les quelques gouttes qui permettront la for- ques et de certains métaux qui présentent une propenmation d’un ménisque sur le col de la bouteille, puis sion à s’adsorber sur ou se fixer dans certains types de placer le bouchon à septum. L’eau excédentaire sera plastiques (PVC, PE souple, PP, silicone, etc.). C’est le expulsée lors de la mise en place du bouchon. La cas également des métaux, notamment sur le verre. Le surpression créée lors du serrage du bouchon sera phénomène inverse (relargage) peut également altérer absorbée par le septum lui-même qui se bombera. la composition chimique, donc la représentativité d’un L’utilisation d’un bouchon rigide crée une surpres- échantillon. Sur les parois du récipient, des réactions sion qui risque de briser le flacon. chimiques peuvent aussi avoir lieu, qui modifient la

• Bouteille en verre avec bouchon en verre rodé (co- teneur de certaines substances en solution. Par exemnique). Remplir totalement le flacon par le fond en ple le trichloréthène et le tétrachloréthène peuvent faisant sortir toutes les bulles de gaz adhérant aux s'oxyder par catalyse sur le fer (Gillham et O’Hanneparois du récipient. Placer le bouchon en expulsant sin, 1994). Pour empêcher au mieux ces phénomènes, l’eau excédentaire. il faut choisir un matériel d'échantillonnage adapté (tu-

• Bouteille en matière plastique. Remplir le flacon bes, récipients intermédiaires, pompes, flacons, etc.).

comme une bouteille en verre à septum vissé. L’acidification de l’échantillon, dans le cas d’un prélèvement pour le dosage des métaux-traces, contribuera Après avoir rempli et fermé la bouteille comme indi- à réduire l’adsorption sur les parois du flacon (§ 3.2). qué, on la tient à l’envers en la tapant légèrement du doigt pour tester si de l’air y a été piégé. Si une bulle Le Tableau 2 donne une liste d’effets possibles sur la d’air apparaît, le flaconnage doit être considéré comme composition de l’eau lorsque cette dernière entre en imparfait, l’échantillon sera alors vidé et rempli à nou- contact avec divers types de matières composant le veau. Si malgré ces précautions, un dégazage s’effec- matériel d’échantillonnage ou l’infrastructure du point tue dans le flacon après coup, c’est qu’un gaz se trouve d’eau.

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 23

Tableau 2 : Effets possibles des matières composant le matériel d’échantillonnage (infrastructure des points d’eau, pompes, tubages, récipients, etc.) sur la composition de l’eau échantillonnée. Informations compilées entre autres de l’ouvrage DVWK (1990). Ce tableau ne donne qu’un aperçu des phénomènes observés. Les références spécifiques sont données dans l’ouvrage précité. Substances énumérées en caractères gras : modification possible importante ; en caractères standard : modification parfois constatée, entre parenthèse [ ] : modification potentielle relativement faible.

Matière Adsorption et désorption sur Libération de substances Autres modifications les surfaces composant la matière possibles Acier Fe, Mn, Zn par corrosion Réduction des composés azotés ; augmentation du pH et perte de CO2 ; dégradation des éthènes chlorés (cf. texte) Acier galva- Phosphates Zn, Fe, Pb, Mn, [Cd] par corrosion Réduction des composés azotés nisé au contact du fer Cuivre Aucune adsorption d’HHV Cu par corrosion Acier inoxy- [Certains composés organiques : Ni, Cr, Fe, Zn, Cd et Cu par Pas de dégradation par catalyse dable phénols, naphtalène, HHV, etc.] corrosion surtout en présence de d’HHV Verre Métaux en traces, certains isotopes PVC dur Large palette de composés or- Pb, Zn, Cu et Cd (catalyseurs de Diffusion possible des hydrocarganiques, dont les hydrocarbu- fabrication) ; chlorure de vinyle, bures aromatiques et de certains res aromatiques (phénols, chloroforme, [tétrachlorure de hydrocarbures chlorés au travers BTEX, chlorobenzènes) et ali- carbone], [plastifiants] et additifs du matériel phatiques, PCE ; aucune in- de fabrication, pigments, subsfluence observée sur de nom- tances spécifiques des colles si breux HHV PVC collé PE-HD Certains hydrocarbures aro- Pb, Zn, Cu et Cd (catalyseurs de Diffusion possible des hydrocarmatiques et hydrocarbures fabrication) ; plastifiants et additifs bures aromatiques et des hydrochlorés pour plastiques, substances spé- carbures chlorés au travers du cifiques des colles si HDPE collé matériel PP Adsorption d’acides oxydants et Pb, plastifiants et additifs pour d’hydrocarbures aliphatiques et plastiques aromatiques ; solvants chlorés PTFE Certaines substances organi- Pas de libération de plastifiants ou Diffusion d’oxygène possible à ques comme [BTEX, naphta- d’additifs pour plastiques travers le matériel ; pas lène, dichloréthanes, dichloré- d’adsorption de dichlorométhènes, PCE, phénols et thane, chloroforme, 1,1,1- chlorobenzènes] trichloréthane, TCE et anilines PVC souple Très large palette de compo- Chloroforme, plastifiants et ad- Diffusion de la plupart des COV sés organiques ditifs pour plastiques au travers du matériel PE Très large palette de composés Plastifiants et additifs pour organiques plastiques Silicone et Très large palette de compo- Diffusion de la plupart des COV caoutchouc sés organiques au travers du matériel

24 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

2.3.4 Activité biologique 2.3.5 Précipitation de composés

La croissance de bactéries ou d’algues dans l’échan- Des composés en équilibre chimique dans l’aquifère à tillon, induite par certaines modifications des condi- la pression interstitielle peuvent se retrouver en sursations du milieu (augmentation de la température, lu- turation et précipiter dans le flacon simplement du fait mière, récipients en plastique, contaminations, etc.), de la diminution de la pression à l’exutoire, au moment provoque des changements de la composition de l’eau où l’eau se retrouve à la pression atmosphérique. qui s’aggravent avec la durée de stockage. Par exem- L’application d’une ou plusieurs des mesures suivantes ple, les teneurs en NO3-, NO2-, NH4+, etc. (ions utilisés permet d'éviter de tels problèmes : comme nutriments par les bactéries et les algues) sont • Maintenir l’échantillon à la pression et à la tempéramodifiées plus ou moins rapidement en cas de condi- ture de l’aquifère (§ 2.1.1). tionnement et de stockage inadéquats. • Stabiliser ou fixer chimiquement les paramètres à mesurer (Norme ISO 5667-3, 1994, § 2.10.2). Les mesures suivantes permettent de diminuer la • Eviter les échanges gazeux à chaque étape de charge en micro-organismes dans l'eau échantillonnée : l'échantillonnage (§ 2.3.2).

• Renouveler à grand débit l'eau des puits, forages ou conduites à échantillonner, comme indiqué au 2.3.6 Modifications dues à la lumière § 2.6.1, puis pomper encore au moins 2 fois le volume de renouvellement à environ ¼ du débit initial Les rayons lumineux peuvent influencer la nature de avant de prélever à un débit encore plus faible. Le nombreux composants de l’eau en catalysant des réacpompage à grand débit nettoie les biofilms et le tions, en provoquant une évaporation, en modifiant pompage à faible débit diminue l’entraînement de l’état d’oxydation de certains éléments (bromures, iomicro-organismes. dures) ou en cassant certaines liaisons organiques.

• Utiliser du matériel d'échantillonnage et des flacons Ainsi, des paramètres comme les AOX et la DCO peupropres. vent subir une influence sensible si l’échantillon est soumis à la lumière. De même, des substances telles L’une ou l’autre des mesures suivantes permettent que les cyanures ou les traceurs fluorescents de l’eau d’éviter les problèmes liés à l’activité biologique dans peuvent se dégrader à la lumière. l’échantillon :

• Procéder aux analyses de laboratoire le plus rapidement possible (< 24 h). 2.4 Mesures et observations

• Conserver et transporter l’échantillon entre 2 et préliminaires 4 °C, dans l’obscurité totale.

• Stabiliser ou fixer chimiquement les paramètres à La mesure du niveau de l’eau souterraine (§ 4.1.1) ou mesurer (Norme ISO 5667-3, 1994). du débit de la source (§ 4.1.2), ainsi que les observa-

• Inactiver les micro-organismes à l’aide de l'une ou tions générales du point d’eau et de ses alentours l'autre des méthodes de conservation possibles telles (§ 4.1.10) sont les premières informations à recueillir à que l’ajout de formol, de sulfate de cuivre ou d’un l’arrivée au point d’eau. oxydant, l’acidification jusqu’à pH 2, le passage des flacons aux UV, etc. (Annexe 1). La méthode utilisée doit être compatible avec l’analyse subséquente (Norme ISO 5667-3, 1994).

• Congeler l’échantillon (seulement en cas de stockage prolongé ; à discuter avec le laboratoire).

• Procéder à une filtration (§ 2.10.1). Une telle opération nécessite des conditions aseptiques strictes qu’il n’est possible d’atteindre systématiquement qu’en laboratoire.

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 25

2.5 Rinçage et nettoyage rinçage sous pression du matériel. Le lavage des parde l’équipement ties intérieures (pompe, tuyaux, etc.) se fera par circulation des produits de nettoyage et de rinçage à raison Dans la plupart des cas, si les opérations de prélève- chaque fois d’un volume égal ou supérieur à 3 fois le ment précédentes n’ont pas laissé de traces de pollu- volume intérieur total des parties à nettoyer (Wilson, tion sur le matériel et si les eaux prélevées précé- 1995). demment n‘étaient pas contaminées, un simple Le rinçage de l’équipement doit ensuite se faire sucrinçage du matériel d’échantillonnage avec l’eau à cessivement avec (US EPA, 1991) : prélever suffit. • de l’eau du robinet,

• de l’eau déminéralisée exempte de substances orga- Dans des cas plus délicats où le matériel a pu être niques, souillé, les recommandations détaillées ci-dessous doi- • de l’acétone de qualité analytique, vent être suivies. • de l’hexane, de l’alcool méthylique ou de l’isopropanol de qualité analytique, selon les analyses à Nettoyage de l’équipement souillé par des exécuter. substances inorganiques Le matériel ainsi nettoyé doit être préservé de toute L’US EPA (1991) recommande de nettoyer l’équipe- contamination ultérieure. On utilisera de nouveaux ment utilisé pour l’échantillonnage d’eau destinée à gants jetables pour chaque phase du nettoyage du mal’analyse de substances inorganiques, à l’aide d’un dé- tériel. tergent exempt de phosphates, puis de le rincer successivement avec :

• de l’acide chlorhydrique ou de l’acide nitrique dilué 2.6 Renouvellement de l’eau et (0.1 N), représentativité de l'échantillon

• de l’eau du robinet,

• de l’eau déminéralisée. Avant de prélever un échantillon d'eau, il faut s'assurer de la représentativité de l'échantillon. Le prélève- Pour rincer des pièces en acier inoxydable, on prendra ment peut se faire à un point (puits de captage, forage de l’acide chlorhydrique car l’acide nitrique pourrait d’observation, conduite d'eau, bassin, réservoir etc.) où oxyder le métal. l'eau a stagné et où sa composition s’est modifiée au cours du temps. Dans un forage par exemple, l'eau ne Nettoyage de l’équipement souillé par des se renouvelle que lentement, les gaz et substances discomposés organiques soutes qu’elle contient s’équilibrent avec l’air, et sa composition se modifie. L’activité biologique qui rè-

Il arrive que le matériel d’échantillonnage soit souillé gne dans le forage lui-même et les réactions de surface au cours de la campagne par une eau polluée, par des avec les diverses parois peuvent également contribuer produits surnageant sur l’eau ou par contact avec un à une lente modification de la composition de l’eau sol ou des engins pollués. Typiquement, un film de stagnant dans le forage. Dans de tels cas, il faut absoproduits huileux peut s’être déposé sur le matériel qui lument renouveler l'eau par pompage ou soutirage jusdoit alors être renouvelé ou nettoyé. qu'à ce qu'elle devienne représentative de la portion d'aquifère que l’on veut échantillonner. Pour tester Pour ôter un tel film huileux, la surface du matériel cette représentativité, on contrôlera l'évolution des padoit être lavée à l’aide d’un détergent exempt de phos- ramètres physico-chimiques (conductivité, tempéraphates, de qualité laboratoire, et d’une brosse, puis rin- ture, oxygène dissous et pH) et/ou isotopiques (radon) cée à l’aide d’un appareil à projection de vapeur ou au cours du renouvellement de l'eau. L'expérience acd’un nettoyeur à haute pression. Par exemple, une sul- quise au cours des mesures, les analyses faites précéfateuse à main qui n’a pas servi à l’aspersion de pesti- demment au point en question ainsi que les calculs hycides peut s’avérer très utile pour le nettoyage ou le drauliques permettent d’évaluer cette représentativité.

26 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Du point de vue du contexte hydrogéologique, la re- Le renouvellement de l’eau peut se faire à haut déprésentativité de l’échantillon doit être jugée par bit. La prise d’échantillon doit cependant se faire à l’hydrogéologue en fonction de l’objectif des mesures. faible débit (environ 5 à 20 % du débit maximal du puits). Si possible, utiliser le même équipement 2.6.1 Renouvellement de l’eau dans un forage pour le renouvellement de l’eau et le prélèvement, de manière à diminuer le risque de contamination Durant le renouvellement de l’eau dans un forage, le de l’eau. rabattement créé par le pompage ne doit pas être trop élevé car les mesures destinées à éviter les échanges 2. Perméabilité du milieu faible à très faible. L’eau gazeux de l'eau avec l'air seraient rendues inutiles à afflue au forage avec un débit inférieur à 0.1 l/min cause de suintements trop importants. On distingue Dans de tels cas, les travaux indiqués ci-dessus risdeux cas : quent de durer plusieurs heures ou plusieurs jours. Il 1. Perméabilité du milieu moyenne à élevée. L’eau y a lieu alors de purger une ou deux fois le forage, afflue au forage avec un débit supérieur à 0.1 l/min c’est-à-dire de le vider complètement de l’eau qu’il Le forage peut être considéré comme purgé et l’eau contient. Une fois que le niveau s’est stabilisé, préprélevée comme représentative du milieu si l’une lever l’échantillon à la profondeur voulue à l’aide des conditions suivantes est remplie : d’un tube ou d’une seringue de prélèvement.

• si on a pompé au moins 5 fois le volume d’eau L’utilisation de méthodes alternatives telles que les contenu dans le tube du forage et le massif fil- cellules à dialyse ou à diffusion (§ 2.1.4) peut trant, selon la plupart des expériences publiées s’avérer très utile dans les milieux à très faible per- (Wilson, 1995) ou méabilité (Davis et al., 1992 ; Steinmann et Shotyk,

• si, entre le début et la fin du pompage d’un vo- 1996). lume égal à celui de l’eau contenue dans le tube du forage et le massif filtrant (= volume de re- Lors de prélèvements d’eau dans un puits en cours de nouvellement), la conductivité électrique, la te- forage, il est important de contrôler que l'eau souterneur en oxygène dissous et la température de raine n’est pas contaminée par de la boue de forage.

l’eau pompée varient de moins de 2 % ; ou si, se- On peut réaliser ce contrôle en marquant la boue de folon Wilson (1995), la variation de ces paramètres rage à l’aide d’un traceur (§ 3.7) à concentration plus est inférieure à ± 10 µS/cm, ± 0.2 mg/l O2 où moins constante. Si l'on rencontre un aquifère et et ± 0.5 °C respectivement et ± 0.1 unité pour le qu'un essai de pompage a lieu, l'échantillonnage propH. prement dit ne commencera que lorsque la concentra- Dehnert et al. (2000) montrent que la mesure en tion du traceur dans l'eau pompée aura diminué à continu du 222Rn (Radon-222), comme les para- moins de 1 % de la concentration moyenne du traceur mètres physico-chimiques, permet de déterminer à dans la boue sortant du forage avant l’essai. quel moment on a atteint le renouvellement optimal de l’eau par pompage. Le radon est un gaz qui 2.6.2 Renouvellement de l’eau d’une conduite s’équilibre avec l’air ambiant dans le secteur du point d’eau. C’est aussi un élément radioactif avec L'eau stagnant dans une conduite peut subir d'imporune demi-vie de désintégration de 3.8 jours. Il dispa- tantes modifications de sa composition du fait des raît donc dans l’eau stagnante d’un piézomètre, mais changements de température, des échanges gazeux, des comme il est produit constamment dans l’aquifère, réactions avec la paroi de la conduite et du dévelopsa concentration augmentera à nouveau au moment pement de micro-organismes, entre autres. Pour ces où on commence à pomper. Lorsque cette con- raisons, il faut éviter si possible d’échantillonner une centration atteint un plateau, on peut considérer que telle eau. Pour obtenir un échantillon représentatif, des l’eau pompée est représentative du milieu aquifère mesures analogues à celles prises pour le renouvelleaux alentours du forage. Référence est faite à Sur- ment de l'eau d'un forage peuvent en principe être pribeck (1996) concernant la mesure de cet isotope. ses.

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 27

2.7 Mesures et analyses de terrain Les récipients doivent être propres tant à l’intérieur

qu’à l’extérieur. Le laboratoire d’analyse assure leur On peut utiliser le temps nécessaire au renouvellement nettoyage ou contrôle leur propreté au préalable. Ils de l’eau pour effectuer les mesures et analyses de ter- doivent être transportés fermés dans des caisses préverain (chap. 4 et annexe 2). L’avantage est de pouvoir nant toute salissure tant par des éclaboussures que par contrôler l’évolution des paramètres tels que la tempé- des poussières. Un flacon propre et sec à l’intérieur, rature, la conductivité électrique et l’oxygène dissous fermé hermétiquement peut être gardé durant plusieurs au cours du renouvellement de l’eau (§ 2.6) pour dé- mois avant son utilisation. Cependant, un flacon dont terminer le moment propice à la prise d’échantillon. l’intérieur n’a pas été séché après nettoyage ou un flacon qui contient une solution de conditionnement pour l’échantillon doit être utilisé dans les plus brefs délais.

2.8 Prise d’échantillon

Lorsqu’on veut un échantillon exempt de bulle Pour éviter une modification non désirée de la compo- d’air (cf. § 2.3.2), les types de flacons suivants sont sition de l’eau, la prise d’échantillons se fera selon les utilisés : recommandations générales émises au § 2.3. Le chapi- • Flacon en verre avec bouchon à septum vissé. Utilitre 3 précise ces recommandations en développant ser un bouchon avec sommet souple formé d’un chaque aspect de l’échantillonnage destiné à l’analyse septum flexible (caoutchouc recouvert d’aluminium des principaux groupes de substances contenues dans ou PTFE). les eaux souterraines. • Flacon en PTFE avec bouchon à septum vissé. Utilisation possible dans certains cas. • Flacon en verre avec bouchon en verre rodé coni-

2.9 Flaconnage que. Utiliser un bouchon en verre adapté sans forme

creuse à la base. Un bouchon à base creuse ne per- En règle générale, les flacons sont fournis par le la- mettra jamais d’évacuer la dernière bulle d’air du boratoire qui exécute les analyses car leur type et récipient. leur contenance dépendent non seulement des composants à analyser mais aussi de la méthode d'analy- Les bouteilles en verre avec bouchon rigide vissé ne se utilisée. Le laboratoire porte également une res- permettent en général pas d’évacuer complètement ponsabilité quant à la qualité et la propreté des l’air de l’échantillon ; elles ne se prêtent donc pas au flacons fournis. prélèvement d’échantillons dans lesquels les équilibres gazeux doivent être préservés. Le type de flacon et son volume dépendent des subs- Concernant les bouteilles en plastique, les matières tances à analyser et des méthodes d’analyses. On veilplastiques sont perméables aux gaz et ne sont par lera en principe à réserver un flacon par groupe de conséquent pas adaptées en vue de l’analyse de subssubstances à analyser. L’Annexe 1 indique le type de tances sensibles aux modifications des teneurs en gaz flacon à utiliser et sa contenance optimale en fonction de l’eau. Certaines matières plastiques adsorbent égadu groupe et du nombre de paramètres à analyser. Pour lement les substances organiques volatiles. Pour l’échantillonnage de tous les types de substances, on l’échantillonnage de ces substances, ne pas utiliser favorisera l’utilisation de flacons en verre, à l’excepd’autres matières plastiques que le PTFE ou éventueltion des métaux-traces pour lesquels des flacons en lement le PP avec bouchon à capsule en PTFE ou rematière plastique (PTFE, PE ou PP) sont plus adécouverte d’aluminium (voir au préalable avec le laboquats. Le verre brun permet de diminuer l’intensité de ratoire d’analyse). la lumière sur l’échantillon et contribue à préserver certaines substances organiques susceptibles de se transformer à la lumière (fluorescéine par exemple), mais surtout, il préserve d’une trop rapide croissance des micro-organismes.

28 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

2.10 Conditionnement de l’échantillon 2.10.1 Filtration

Le conditionnement englobe les manipulations de fil- En règle générale, la filtration de l’échantillon se fait tration, de stabilisation et de préparation au stockage au laboratoire, avant l’analyse. Parfois cependant, elle de l’échantillon. Cette étape vise à conserver de ma- doit se faire sur le terrain, par exemple dans les cas nière spécifique un ou plusieurs paramètres chimiques suivants : de manière à maintenir la représentativité de l’échan- • si, pour éviter la précipitation de certains composés tillon jusqu’au moment de l’analyse. (carbonates, sulfates, fer dissous…), l’échantillon doit être acidifié, Pour certains paramètres, le fait de filtrer ou non, d’acidifier ou non, et l’ordre dans lequel ces opérations

• si l’échantillon doit être analysé sur le terrain et que les particules en suspension interfèrent avec la mésont faites va modifier considérablement les résultats, thode d’analyse (p.ex. la photométrie), parce que ce faisant, on dosera des espèces différentes

• si les particules en suspension peuvent causer une d’un même élément. Par exemple, selon que l’on filtre modification de la composition de l’échantillon du- ou non, on dosera seulement les substances dissoutes rant le stockage (adsorption, désorption, dissolution, ou le total « substances dissoutes + formes particulaiprécipitation, etc.). res ». L’acidification va également dans certains cas remettre en solution des espèces « insolubles » à pH neutre (p.ex. Fe(OH)3, FeS, etc.). Par conséquent, si Le matériel nécessaire à la filtration des échantillons l’objectif de l’analyse est de rechercher uniquement les est habituellement fourni par le laboratoire qui exéformes en solution, il faut filtrer l’échantillon avant de cute les analyses car la manière de filtrer et le matél’acidifier. riel utilisé peuvent modifier la concentration des substances à analyser. Les procédures de conditionnement doivent être définies de cas en cas avec le laboratoire d’analyse.

0.45 µm

Sucre Sucre Gélatine Gélatine Pollens Pollens

Protéines Protéines Sable Sablemarin marin

Suies Suies Pigments Pigmentscolorés colorés Cheveux Cheveux Solutions Solutions aqueuses aqueuses Virus Virus Bactéries Bactéries Filtration Filtration Microfiltration Microfiltration Ultrafiltration Ultrafiltration Nano- Nanofiltration filtration Osmose Osmoseinverse inverse

0.1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1 mm

Figure 4 : Diamètre des divers types de particules et techniques de filtration © WTW Weilheim, Allemagne. Publié avec l’autorisation de la firme WTW.

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 29

Techniques de filtration La filtration sous pression. L’échantillon est poussé au travers du filtre. Ce type de filtration permet Plusieurs techniques de filtration, brièvement décrites d’éviter au mieux les échanges gazeux. La pression est ci-dessous, existent : générée par une pompe reliée au support de filtration ou par une seringue, sur laquelle on monte un disposi- La filtration sous vide. On crée une dépression sous tif de filtration en ligne. La perméabilité du filtre dimile filtre au travers duquel l’échantillon est aspiré. Ce nue au cours de la filtration. type de filtration provoque un fort dégazage de l’eau et la perte des substances volatiles. Il est à proscrire pour La filtration tangentielle. L’échantillon est poussé le tout échantillonnage en vue de l’analyse de substances long d’une membrane perméable de grande surface. sensibles aux modification des teneurs en gaz de l’eau. Une partie de l’eau est filtrée en traversant la mem- En outre, la perméabilité du filtre diminue au cours de brane, l’autre partie non filtrée entraîne avec elle les la filtration car les pores sont progressivement colma- matières résiduelles si bien que la membrane conserve tés par les matières retenues. une perméabilité plus ou moins constante au cours de la filtration et ne se colmate pas. La filtration gravitaire. Par gravité, l’échantillon traverse le filtre placé dans un entonnoir. La perméabilité La filtration in situ. L’utilisation de cellules à dialyse du filtre diminue au cours de la filtration. Ce type de ou à diffusion ne nécessite aucune filtration de filtration est lent et de ce fait inapproprié car l’échan- l’échantillon (§ 2.1.4). Elles ne se colmatent généraletillon se dégrade progressivement au contact de l’air. ment pas.

Eau résiduelle Eau brute Air Membrane Eau brute filtrante

Eau filtrée Eau Eau brute Joint Air brute

Remplissage Eau Eau Eau filtrée Eau filtrée brute filtrée Eau filtrée

A B C D E

Figure 5 : Systèmes de filtration de terrain. A et B : filtration sous vide (ou par gravité si l’air n’est pas évacué du dispositif) ; C : filtration sous vide à l’aide d’une seringue et d’un filtre à seringue (aspiration) ; D : filtration sous pression à l’aide d’une seringue et d’un filtre à seringue (remplissage de la seringue à l’aide d’un robinet à trois voies) ; E : système de filtration tangentielle

30 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Dans la pratique, pour la filtration des eaux naturelles Choix de la technique de filtration avant analyse, on procède à une microfiltration en utilisant des filtres avec un diamètre des pores de 0.45 La technique de filtration sera choisie en fonction des µm (standard accepté au niveau international). Ce objectifs de l’analyse et des risques de modification de diamètre de pores peut être adapté à celui des particu- la composition de l’eau qu’elle peut entraîner : les indésirables ou que l’on veut maintenir dans l’eau (figure 4). La nature du matériel composant le filtre a 1. Filtration pour l’analyse de substances inorganiune importance toute particulière surtout lorsque ques dont la concentration dépend étroitement l’échantillon est prélevé pour le dosage des métaux et des équilibres gazeux (duretés, sulfures, fer et des composés organiques. En général, on utilise des manganèse dissous, etc.). filtres en cellulose en vue de l’analyse des substances • Après avoir prélevé l’échantillon de manière à minérales et des filtres en PTFE pour les échantillons éviter toute modification de sa teneur en gaz destinés à l’analyse de substances organiques. La fi- (§ 2.3.2), procéder sans délai à la filtration sous gure 5 représente quelques exemples de dispositifs de pression ou à la filtration tangentielle. filtration. • Utiliser du matériel de filtration en verre avec joints étanches à l’air et des tubes en cuivre ou en Risques lors de la filtration acier inoxydable. Si, pour certaines connections, du tube en matière plastique doit être utilisé, • Cas d’une eau réduite contenant du fer (II) en solu- choisir des segments très courts (< 2 cm). tion. Si durant les manipulations de prélèvement, • Sans contre-indication de la part du laboratoire une aération de l’échantillon survient, le fer préci- d’analyse, utiliser des filtres en cellulose. pite. En effet, au contact avec l’oxygène de l’air, il s’oxyde en fer (III) et devient insoluble. La filtration 2. Filtration pour l’analyse de substances inorganiretient le précipité et l’analyse sous-évalue la con- ques peu dépendantes des équilibres gazeux centration effective en fer de l’échantillon. De plus, (chlorures, sulfates, nitrates, sodium, éléments trad’autres métaux en solution peuvent s’adsorber sur ces, etc.). les oxyhydroxydes ferriques et disparaître à leur • Le type de filtration n’a pas d’influence majeure

tour, ce qui modifie la composition et la représenta- sur les résultats d’analyse. tivité de l’échantillon. • Dans la plupart des cas, du matériel de filtration

• En cours de filtration, des particules toujours plus en matière plastique et des filtres en cellulose petites sont retenues, du fait du colmatage progressif peuvent être utilisés. du filtre, ce qui influence la répartition des particu- • Le filtre à utiliser pour l’analyse des éléments les très fines restant dans l’échantillon. Ce phéno- traces doit être testé exempt de tout relargage de mène peut causer des erreurs de reproductibilité des métaux (à vérifier avec le laboratoire). analyses.

• Le matériel de filtration et le filtre lui-même peu- 3. Filtration pour le conditionnement d’échanvent relâcher des substances dans l’échantillon ou tillons destinés à l’analyse de substances organien absorber, ce qui peut modifier considérablement ques. Dans la plupart des cas, une telle filtration la teneur en certains constituants. L’utilisation de n’est pas nécessaire sur le terrain car l’ajout de filtres de types ou de marques différentes peut ainsi substances destinées à la stabilisation de l’échannuire à la reproductibilité de la filtration. tillon peut se faire sans filtration préalable. Si mal-

• Les opérations de filtration peuvent, si elles ne sont gré tout, une telle filtration doit se faire, procéder pas effectuées dans des conditions aseptiques, in- comme suit : duire une contamination bactérienne de l’échan- • Prélever l’échantillon de manière à éviter toute tillon. modification de sa teneur en gaz ou en substances volatiles (§ 2.3.2 et § 3.3). Pour cela, il est recommandé de prélever l’eau dans une seringue en

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 31

verre ou en acier inoxydable qui servira à la Mg3(PO4)2, ou passer en phase vapeur (oxygène, pousser au travers du filtre. dioxyde de carbone, cyanures, mercure).

• Procéder sans délai à la filtration sous pression • L’absorption du dioxyde de carbone de l’air endans un filtre en ligne à fixer sur la seringue. traîne une modification du pH, de la teneur en

• Utiliser du matériel de filtration en verre, en PFA dioxyde de carbone, des équilibres calco-carbo- ou en PTFE avec joints étanches à l’air. Si, pour niques, etc. les connections entre la seringue et le filtre, on • Les métaux ainsi que certains composés organiques doit utiliser du tube en matière plastique, choisir peuvent être adsorbés de façon irréversible sur la des segments très courts (< 2 cm). surface des récipients ou des matières solides conte-

• Utiliser des filtres en PTFE ou en céramique. nues dans les échantillons.

• Les produits polymérisés peuvent se dépolymériser En vue de l’analyse de substances particulières, il faut et inversement, les composés simples peuvent se posuivre les recommandations données par les méthodes lymériser. d’analyse et tester le dispositif de filtration en faisant passer au travers de celui-ci des solutions de concen- L’importance de ces réactions dépend de la nature trations connues, afin de déterminer s’il a une in- chimique et biologique de l’échantillon, de sa tempérafluence sur la composition des substances en question. ture, de son exposition à la lumière, de la nature du récipient qui le contient, du temps qui sépare le prélève- En laboratoire, on peut avoir recours à la décantation ment de l’analyse, des conditions de repos ou d’agi- ou à la centrifugation pour éviter certains inconvé- tation au cours du transport, etc. (ISO 5667-3, 1994). nients de la filtration. De nombreuses techniques de stabilisation ont été

2.10.2 Conservation de l’échantillon éprouvées. Le tableau de l’Annexe 1 en donne quelques exemples. Une liste de techniques est publiée

Toutes les eaux sont susceptibles de se modifier plus dans la norme ISO 5667-3 (1994) ; voir aussi OFEFP ou moins rapidement par suite de réactions physiques, (2000a). chimiques ou biologiques qui peuvent avoir lieu dans le flacon dans le laps de temps qui sépare le prélève- Les solutions de stabilisation (acide, base ou agent ment de l’analyse. La nature et la vitesse de ces réac- biocide) peuvent être introduites au préalable dans le tions sont souvent telles que, si les précautions néces- flacon par le laboratoire lui-même ou peuvent être saires ne sont pas prises, les concentrations déter- ajoutées sur le terrain. Dans ce cas, on introduit la sominées par l’analyse différeront sensiblement des lution dans le flacon déjà rempli, juste avant de le ferconcentrations réelles au moment du prélèvement. Les mer, à l’aide d’une pipette graduée en verre ou en maprincipales causes de variations sont les suivantes : tière plastique, munie d’une longue aiguille ou d’un

• Les bactéries, algues et autres micro-organismes embout à usage unique. peuvent consommer certains composés présents dans les échantillons. Ils peuvent aussi en modifier Il est préférable que l’addition des agents de préservala nature ou produire eux-mêmes de nouveaux com- tion se fasse sous forme de solutions assez concentrées posés. Cette activité biologique affecte par exemple de manière à n’utiliser que de petits volumes, ce qui les teneurs en oxygène dissous, en dioxyde de car- permet, de négliger l’effet de dilution. bone, en composés de l’azote, du phosphore, du soufre et parfois du silicium. Les produits de stabilisation doivent être fournis par le

• Certains composés peuvent être oxydés par l’oxy- laboratoire d’analyse dans des flacons ad hoc. gène dissous présent dans les échantillons (p.ex. composés organiques, fer (II), sulfures…). 2.10.3 Acidification

• Certaines substances peuvent précipiter, par exemple le carbonate et le sulfate de calcium, des métaux L’acidification est souvent utilisée pour la conserva- et composés métalliques tels que Fe(OH)3, Al(OH)3, tion de l’échantillon (éviter la précipitation, empêcher

32 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

la croissance de bactéries, empêcher l’adsorption sur 2.10.4 Extraction les parois, etc.), mais aussi pour la stabilisation de certaines espèces chimiques. Pour déterminer la quantité L’extraction de substances organiques par un solvant d’acide nécessaire à une acidification de l’échantillon, est normalement effectuée au laboratoire, car il s’agit procéder comme suit : d’une opération exigeant beaucoup de soin qui souvent 1. prélever dans un récipient une quantité d’eau égale fait partie de la procédure d’analyse. à celle du flacon, 2. déterminer la quantité d’acide nécessaire à atteindre Dans certains cas particuliers (laboratoire éloigné, le pH voulu (habituellement pH = 2) en ajoutant échantillons de grands volumes en flacons de verre difl’acide à l’aide d’une pipette graduée et en contrô- ficiles à transporter, conditions de stockage particulièlant l’évolution du pH à l’aide d’un pH-mètre, res avec températures trop élevées ou trop basses, etc.), 3. jeter cette eau ! l’extraction sur le terrain est recommandée. Le principe est le suivant : un volume précis du solvant fourni Pour acidifier l’échantillon : par le laboratoire (entre un dixième et un centième du 1. prélever l’échantillon et remplir le flacon corres- volume de l’échantillon suivant le solvant) est mélangé pondant jusqu’à ras bord, vigoureusement à l’échantillon. Par partition, les subs- 2. ajouter dans le flacon (à quelques cm sous le ni- tances à extraire se concentrent dans le solvant. Après veau de l’eau) la quantité d'acide déterminée à avoir laissé décanter l’émulsion, on prélève un échanl'aide d'une seringue ou d’une pipette en laissant tillon du solvant à l’aide d’une seringue pour le transdéborder l’eau excédentaire, férer dans un petit flacon en verre muni d’une fermeture avec septum. L’extraction présente entre autres les 3. refermer le flacon. avantages suivants :

• diminution notable du volume de l’échantillon et De manière pragmatique, il est également possible de par conséquent augmentation de la teneur des subscalculer la quantité d’acide à ajouter selon la formule : tances à analyser, VP DC • conditions de stockage optimales du fait que la VS = ⋅ (10 + ) avec substance à analyser est très soluble dans le solvant, 1000 5

• risque très réduit de dégradation des substances à VS = volume en ml d’acide (concentration de analyser. 1M) à ajouter

VP = volume en ml de l’échantillon à prélever

2.11 Etiquetage

DC = Dureté carbonatée en °F Les flacons doivent être clairement identifiés à l’aide Pour obtenir une valeur fiable des concentrations en d’étiquettes adhésives indiquant : solution, il est recommandé de filtrer l’eau avant de • le numéro de l’échantillon (unique pour la campal‘acidifier (§ 2.10.1), surtout si elle présente une turbi- gne d’échantillonnage), dité perceptible à l’œil nu au travers d’une épaisseur de • le nom / N° du point de prélèvement, plus de 20 cm d’eau. • la date et l‘heure du prélèvement, • l’organisme de prélèvement. Pour l’analyse des éléments traces, l’acide à utiliser doit être de qualité suprapure. On utilisera exclusive- Sur des récipients réutilisables, utiliser des étiquettes ment de l’acide nitrique si les analyses de traces sont qui se détachent sans laisser de traces. réalisées par ICP-MS.

Chapitre 2 : Préparation et réalisation de l’échantillonnage 33

2.12 Stockage et transport Lors du suivi temporel des concentrations en éléments

des échantillons traces d’une eau, l’expérience montre que pour de nombreux métaux, les variations dues aux erreurs de Le stockage des échantillons constitue la dernière reproductibilité des analyses peuvent être largement étape de l’échantillonnage. Il s’agit des conditions supérieures à celles induites par le stockage des échand’entreposage de l’échantillon durant son transport tillons sur de longues périodes (plusieurs mois, voire vers le laboratoire et jusqu’au moment de l’analyse. La plusieurs années). Il sera tenu compte de cela lors de lumière, une température élevée, trop basse (congéla- suivis hydrochimiques, en prélevant à chaque campation) ou fluctuante, ainsi que la durée d’entreposage, gne des échantillons destinés au stockage sur de lonsont des paramètres qui influencent négativement la gues périodes et en appliquant des précautions strictes, qualité du stockage. nécessaires à la conservation (§ 2.3 et 2.10). Ces échantillons permettront des analyses en séries par L’application des principes généraux suivants assurent point d’eau à la fin du suivi. une conservation optimale de l’échantillon :

• Sitôt après la mise en flacon et l’étiquetage, l’échan- Lors de la remise des échantillons au laboratoire, un tillon doit être placé dans une mallette de transport bordereau de suivi (intégré à l’Annexe 2) doit être qui permet de le maintenir au frais et qui le préserve transmis. Ce dernier sera retourné avec les résultats totalement de la lumière, des poussières et des salis- d’analyses pour s’assurer que le temps de stockage a sures. bien été respecté.

• Au cours du transport et du stockage, la température de l’échantillon ne doit pas dépasser celle de l’aquifère d’où il provient. 2.13 Rapport d’échantillonnage

• Le transport de l’échantillon au laboratoire se fera dans les plus brefs délais, c.-à-d. moins de 12 heures Comme indiqué au § 2.2, l’échantillonnage doit être pour les échantillons destinés aux analyses de para- documenté de manière précise et complète en indimètres peu stables et moins de 6 heures pour les quant par écrit le déroulement des opérations ainsi que échantillons destinés aux analyses bactériologiques. les autres éléments du contrôle de la qualité. Ceci per-

• Au laboratoire, les échantillons doivent être conser- met, lors de campagnes de prélèvements renouvelées

vés au réfrigérateur entre 3 et 5 °C. sur un même site, d’opérer toujours dans les mêmes • Toutes les conditions de stockage et de transport conditions. Ce rapport d’échantillonnage est un mailjusqu’à la prise en charge de l’échantillon par le la- lon essentiel dans le processus d’assurance de la qualiboratoire doivent être enregistrées dans le protocole té (chap. 5). Un exemple de protocole d’échantillond’échantillonnage servant de document d’assurance nage est donné en Annexe 2. qualité.

34 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

3 Echantillonnage pour l’analyse des

principaux groupes de substances contenues dans les eaux souterraines Les techniques d’échantillonnage doivent être appli- bouchons avec l’eau à prélever avant de les remplir. quées de manière ciblée en fonction des substances à Plutôt que de rincer les flacons à l’acide nitrique 30 %, analyser. Par exemple, un échantillon prélevé en vue il est également possible de les remplir d’une solution d’une analyse des nitrates ne pourra pas être utilisé très diluée de cet acide (env. 0.5 %, sauf en cas de calpour l’analyse des solvants chlorés ou pour l’analyse cifications avérées) et laisser agir durant une nuit. microbiologique. Ce chapitre décrit les problèmes spécifiques qui peuvent survenir ainsi que les précautions Pour l’analyse de moins de 5 paramètres, volume reà prendre au cours de l’échantillonnage des eaux pour commandé : 250 ml. Pour chaque paramètre en plus, l’analyse des divers groupes de substances. Les princi- 50 ml supplémentaires. pales indications sont résumées à l’Annexe 1. Pour les eaux peu minéralisées (conductivité électrique < 100 µS/cm), utiliser des flacons rincés à l’acide ni- 3.1 Paramètres minéraux principaux trique 10 % (qualité analytique), puis à l’eau distillée. Rincer les flacons avec l’eau à prélever avant de les Il s’agit des cations et anions majeurs et mineurs, des remplir. duretés, des substances minérales non dissociées (Annexe 1). Ces paramètres fournissent des informations Conditionnement sur l’origine souterraine de l’eau. Ils permettent également d’évaluer certaines influences anthropiques Les échantillons destinés aux analyses chimiques et (Annexe 5). Une valeur de tolérance ou une valeur li- présentant une certaine turbidité doivent généralement mite de concentration est assortie à plusieurs paramè- être filtrés avant l’analyse, mais aussi avant un stoctres (MSDA et OEaux, Annexes 6 et 7). kage prolongé et avant une acidification éventuelle (§ 2.10.1), sauf si l’on veut doser des éléments totaux Prélèvement (dissous + particulaires).

En général, pour un échantillonnage destiné à détermi- S’il y a risque de précipitation de carbonates dans les ner la qualité de l’eau, seules les indispensables pré- flacons (minéralisation élevée), les échantillons desticautions destinées à éviter une contamination de nés à la mesure des cations et anions majeurs sont gél’échantillon au cours des manipulations sont nécessai- néralement acidifiés à l’aide d'acide nitrique 65 %, de res (§ 2.3.1). qualité analytique, jusqu'à un pH de 2. Un tel conditionnement ne permet plus le dosage de l’alcalinité qui Si les résultats sont utilisés pour le calcul d’équilibres doit alors être déterminée sans délai sur un autre chimiques, il y a lieu d’éviter que l’échantillon perde échantillon. une partie des gaz dissous, particulièrement le CO2. Eviter également qu’un échantillon dépourvu d’oxy- Pour l’analyse différée (> 24 h) des nitrates et des nigène n’entre en contact avec l’air ambiant. Les pré- trites, de l'ammonium, des sulfures et du phosphore, cautions du § 2.3.2 doivent être appliquées. stabiliser chimiquement l'échantillon selon les indications du laboratoire (Annexe 1 et ISO 5667-3, 1994). Flaconnage Transport et stockage Pour l’analyse des cations et des anions, il est recommandé d’utiliser des flacons en verre. Certains labora- De manière générale, il faut apporter les échantillons toires l’exigent. Des flacons en PE peuvent cependant au laboratoire d’analyse dès que possible (délai inféêtre utilisés pour les échantillons destinés à l’analyse rieur à 12 heures). La température de l’échantillon ne des cations et anions majeurs. Si les flacons ont déjà doit jamais dépasser celle de l’eau souterraine préleété utilisés auparavant, il est indispensable de les rincer vée. Les flacons doivent être stockés à l’abri de la luà l'acide nitrique 30 %, puis à l'eau distillée, avant la mière et au frais (glacière ou réfrigérateur). campagne d’échantillonnage. Rincer les flacons et les

Chapitre 3 : Echantillonnage pour l’analyse des principaux groupes de substances contenues dans les souterraines 35

Bicarbonates Dans la mesure du possible, on utilisera du matériel d’échantillonnage inerte tel que le PE, le PTFE ou le Pour les analyses en laboratoire, on prélèvera l’eau PFA. L'acier inoxydable ne devrait pas poser de prodans un flacon de 250 ml (Annexe 1) en respectant les blème de contamination particulier à l’exception des précautions du § 2.3.2 pour éviter les échanges gazeux. traces de Mo, Ni et Cr. Il peut aussi être utilisé pour les préleveurs ou le matériel de pompage mais non pour le Si l’eau est saturée, voire sursaturée par rapport aux flaconnage. Lors de prélèvements dans des captages carbonates, on fera l’analyse de préférence sur le ter- aménagés, la présence de conduites et d’autres équirain à cause d'une possible précipitation de ces derniers pements peut entraîner des contaminations métalliques lors du transport et du stockage de l’échantillon. La (Parriaux et Bensimon, 1990). concentration en bicarbonates dissous est alors déterminée par titrage alcalimétrique comme décrit à l’An- Flaconnage nexe 3. Si l’eau est turbide, une filtration à 0.45 µm est nécessaire. Elle doit se faire sous pression et non sous Les échantillons seront prélevés dans des récipients vide ou par gravité, afin d’éviter un dégazage. neufs en PE, ou s'il s'agit d'ancien conteneurs, il faudra les rincer au préalable à l'acide nitrique HNO3 5N (qualité pour analyse dans les cas habituels, et qualité

3.2 Eléments traces suprapure pour la recherche de traces en concentrations très basses), puis à l'eau suprapure type bidistil-

Dans les eaux naturelles certains éléments minéraux lée. Les récipients en verre sont à proscrire car le verre sont présents en traces, c.-à-d. que leur concentration contient des éléments minéraux qui peuvent contamiest inférieure à 0.1 mg/l. C’est le cas notamment des ner l'échantillon. Il en est de même pour les récipients métaux lourds. L'origine de nombreux éléments traces en métal. Avant d'effectuer le prélèvement, le flacon est due à des processus naturels, mais beaucoup sont sera rincé avec l'eau à prélever. Le bouchon sera aussi liés aux activités humaines. Certains éléments peuvent en PE (pas de capsule d'aluminium ou de liège). Les présenter un risque écotoxicologique comme As, B, échantillons seront tenus au frais (glacière) jusqu'au Ba, Be, Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, U, laboratoire. En général 100 ml suffisent pour une dietc. D'autres d'éléments sont susceptibles d’avoir un zaine de paramètres. effet sur la santé, mais ne font pour l'instant pas l'objet de recommandations. Il s'agit de Co, Li, Te, Tl, Ti, V, Conditionnement W (OMS, 1994). Le fer et le manganèse sont considérés comme éléments traces bien que leurs concentra- Les échantillons doivent subir une filtration et/ou une tions peuvent largement dépasser 0.1 mg/l en milieu acidification, d'une part pour pouvoir les conserver et réducteur. Ce sont de bons indicateurs des conditions d'autre part en vue de l'analyse. L'ordre dans lequel ces d’oxydoréduction prévalant dans l’aquifère. opérations doivent être effectuées va dépendre de l'objectif visé par l'analyse (cf. § 2.10) : Prélèvement • Surveillance de la qualité de l'eau. Pour ces analy- Le prélèvement d’un échantillon pour le dosage du fer ses, les procédures décrites par les normes doivent et du manganèse (susceptibles de s’oxyder et de préci- être respectées. Le MSDA préconise que l'analyse piter) se fera en évitant une modification de la teneur des traces soit effectuée sur les eaux non filtrées, en gaz de l’eau (§ 2.3.2). Pour le dosage des autres tra- acidifiées avec 2 ml HNO3 5N (qualité pour anaces minérales, le prélèvement se fait habituellement de lyse) pour 100 ml d'eau, sauf pour la mesure de Fe

manière directe, avec les indispensables précautions et Mn « dissous » qui nécessite absolument une fildestinées à éviter une contamination au cours des ma- tration (§ 2.10.1) puis une acidification sur le ternipulations (§ 2.3.1). Attention, si dans ce cas, l’échan- rain. Pour les traces dissoutes, les métaux sont anatillon contient du fer et du manganèse, une coprécipita- lysés après filtration sur membrane 0.45 µm et tion avec les hydroxydes de ces métaux peut avoir lieu. acidification.

36 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

• Recherche de l'origine naturelle des eaux et dé- Ces paramètres sont généralement caractéristiques de tection de pollutions. Pour ce type d'analyses, on pollutions du sous-sol et fournissent des informations considère que l'eau est représentative du milieu dans sur la capacité du milieu aquifère à laisser transiter ou lequel elle circule, espèces dissoutes et particulaires à épurer certains groupes de substances. Ils sont mesucomprises. L’hydrogéologue doit décider du condi- rés le plus souvent dans les situations suivantes : tionnement en fonction de l’objectif des analyses et • contrôle de qualité des eaux de boisson, des conditions de prélèvement de l’eau (présence de • suivi de la qualité des eaux souterraines, matières en suspension, contact avec l’air, etc.). • recherche et évaluation de foyers de pollution,

• évaluation et surveillance de sites contaminés, En prévision de l‘analyse des éléments-trace sous • contrôle des travaux d’assainissement de sites forme dissoute, les opérations de filtration et d'acidifi- contaminés. cation sont effectuées de préférence sur le terrain pour diminuer tout risque de modification des concentra- Des valeurs de concentration correspondant à une exitions. Pour l’analyse du fer et manganèse dissous, c’est gence, une limite, une tolérance ou une indication, semême une nécessité (cf. § 2.10.1). Dans une grande lon les textes légaux, sont données pour la plupart de partie des autres cas, compte tenu des difficultés que ces paramètres dans l’eau souterraine (Annexe 6), et ces opérations posent et afin d'éviter des conta- dans les réseaux de distribution d’eau de boisson (Anminations, il est possible d'effectuer ces opérations au nexe 7). laboratoire dans les heures qui suivent le prélèvement.

3.3.1 Propriétés des composés organiques

Transport et stockage Les composés organiques forment un groupe quasi in- Une fois la filtration et/ou l'acidification effectuée, fini de substances. Ils présentent aussi des propriétés l'échantillon reste stable, du point de vue des traces, très variées. Ainsi, les méthodes de prélèvement, de durant plusieurs mois s'il est stocké au frais (<10 °C) conditionnement, de stockage et d’analyse doivent être et à l‘obscurité. adaptées à cette diversité. Les principales propriétés à considérer dans l’optique d’un échantillonnage optimal sont les suivantes :

3.3 Composés organiques

La volatilité Certains composés, les HHV et les BTEX entre autres, Les analyses de composés organiques dans les eaux sont très volatils du fait de leur pression de vapeur resouterraines portent principalement sur : lativement élevée ou de leur point d’ébullition bas. Il

• des paramètres globaux tels que le DOC, le TOC, faut alors prendre des précautions extrêmes lors des les AOX et les hydrocarbures totaux, manipulations d’échantillonnage afin d’éviter de per-

• les hydrocarbures aliphatiques, dre ces composés par volatilisation.

• les hydrocarbures aromatiques monocycliques ou BTEX provenant de l’essence et utilisés comme La réactivité solvants non halogénés, Certains composés organiques peuvent réagir rapide-

• les HHV englobant entre autres les solvants chlorés, ment lorsque les conditions du milieu sont favorables.

• les produits phytosanitaires comprenant les pestici- Par exemple, certains hydrocarbures chlorés comme le des, les produits de conservation du bois et les anti- tétrachloroéthène et le trichloroéthène peuvent être défoulings, truits par catalyse au contact du fer (crépines de puits,

• les PAH ou HAP (hydrocarbures aromatiques poly- tuyauterie, récipients). D’autres substances subiront cycliques), des transformations au contact de l’air (acides organi-

• les amines (anilines), ques par exemple) ou à la lumière (cf. traceurs artifi-

• les composés nitrés, ciels, § 3.7). Pour cela, il faut éviter le contact de

• les phénols. l’échantillon avec l’air et le stocker à l’abri de la lumière.

Chapitre 3 : Echantillonnage pour l’analyse des principaux groupes de substances contenues dans les souterraines 37

La solubilité dans les matières plastiques aux parois du matériel d’échantillonnage et des fla- En raison de leur structure chimique non polaire, un cons. Le matériel doit alors être nettoyé (§ 2.5) ou retrès grand nombre d’hydrocarbures ont tendance à se nouvelé entre la prise de chaque échantillon. solubiliser partiellement dans divers types de plastiques (en particulier les plastiques souples). Les équili- La biodégradabilité bres étant relativement rapides, on observe souvent La plupart des polluants organiques des eaux souterune diminution de concentration de la substance re- raines sont biodégradables sous certaines conditions de cherchée. Parfois même, il peut survenir une pollution température, d’exposition à la lumière et de composides échantillons par un matériel d’échantillonnage ina- tion chimique du milieu. Pour certains, les réactions de déquat, contaminé lors d’échantillonnages précédents. dégradation peuvent être très rapides (disparition en C’est souvent le cas lorsque l’eau doit transiter dans un quelques heures ou quelques jours). C’est le cas de tube. Le PVC et le polyéthylène souples peuvent ad- beaucoup d’hydrocarbures du pétrole, des alcools, césorber des substances organiques lors d’un prélève- tones, esters, phénols, etc. C’est une des raisons pour ment puis les libérer lors du prélèvement suivant. Le lesquelles l’échantillon doit être stocké au frais et PVC souple contient des BTEX comme plastifiants qui acheminé au laboratoire dans des délais très courts. peuvent contaminer l’échantillon. C’est pourquoi, on utilisera de préférence des tubes en PTFE pour le 3.3.2 Echantillonnage pompage et, pour le prélèvement, des flacons en verre ou éventuellement en PTFE. Les prescriptions ci-dessous sont recommandées en général pour tous les groupes de substances organi- La solubilité dans l’eau ques. Les techniques de prélèvement, de conditionne- La plupart des composés organiques ont une solubilité ment et de stockage doivent cependant être détermidans l’eau limitée. Il se peut alors que la substance se nées avant la campagne d'échantillonnage avec le trouve partiellement sous forme de phase plus légère laboratoire d'analyses, en fonction des paramètres à que l’eau, appelée LNAPL, ou plus lourde que l’eau, doser1. appelée DNAPL. Dans ces cas, des gouttelettes de liquide constituant une phase séparée peuvent être en- Prélèvement

traînés dans l’échantillon au moment du prélèvement, sans que l’on s’en rende compte. La mesure sans ex- Compte tenu des propriétés particulières des substantraction dans un solvant donnera alors une valeur plus ces organiques, évoquées au chapitre précédent, les basse que la mesure après extraction de la totalité de précautions suivantes doivent être prises : l’échantillon à l’aide d’un solvant. • Eviter une perte des substances organiques par échanges gazeux en empêchant tout contact de l’eau La solubilité dans un solvant différent de l’eau avec l’air pendant le prélèvement (§ 2.3.2). Les composés organiques étant souvent des substances

• Eviter une perte des substances par absorption sur le non polaires, ils ont une solubilité relativement faible matériel d’échantillonnage, respectivement une condans l’eau, mais bonne dans les solvants organiques tamination de l’échantillon par le matériel de prépeu ou non polaires, eux-mêmes peu solubles dans lèvement (§ 2.3). N’utiliser que du matériel de prél’eau. Ainsi, à l’aide d’un petit volume de solvant orlèvement en verre ou en PTFE propre. ganique, on peut extraire la presque totalité des subs-

• Ne laisser aucune bulle d’air dans le flacon et éviter tances non polaires se trouvant dans l’eau à analyser. que l’eau ne soit soumise à des pressions inférieures Cette procédure permet de concentrer considérableà la pression atmosphérique (§ 2.3.2). ment l’échantillon, de mieux le conserver et d’éviter le stockage ou le transport d’échantillons volumineux (cf. 2.10.4).

La tension superficielle 1 Pour l’analyse des HHV, certains laboratoires préconisent la Certaines eaux contiennent des graisses non solubles même méthode d’échantillonnage que pour les gaz nobles dans l’eau, qui vont adhérer de manière préférentielle (§ 3.5.4).

38 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Flaconnage autre objet, y compris des parties de l’ouvrage (couvercle, échelle, etc.). De préférence, utiliser des flacons en verre ou en PFA (§ 2.1.3). Si le matériel est réutilisé, il doit être dé- Si le prélèvement à lieu à un robinet, il faut le désincontaminé et nettoyé entre chaque échantillonnage, par fecter à la flamme (éventuellement à l'acétone ou à le laboratoire d’analyses. l'alcool). Si le prélèvement a lieu au goulot d'une fontaine ou à la sortie d'un tuyau (eau courante), le préle- Filtration veur ne doit en aucun cas, avant le prélèvement, débarrasser le goulot de ses éventuels dépôts de calcaire ou La filtration des échantillons implique généralement d’algue. Le goulot d’une eau courante ne contamine une perte de certaines substances organiques par vola- pas l’échantillon (effet « autonettoyant » du jet). Si tilisation, oxydation ou adsorption. Il faut donc suivre l’eau a stagné longtemps dans la conduite, des précaules précautions indiquées au § 2.10.1) tions particulières doivent êtres prises pour s’assurer de la représentativité de l’échantillon (§ 2.6.2). Stockage Dans le cas d'un échantillonnage au fil de l'eau ou dans Pour certains composés organiques, un conservateur le plan d’eau d’une source, il sera effectué aussi près sera ajouté à l'échantillon afin de le préserver d’une que possible de l’émergence, l'orifice du récipient biodégradation (ISO, 1994). tourné dans la direction d’où provient le flux. S'il faut utiliser un échantillonneur, utiliser un récipient préalablement aseptisé et hermétiquement emballé au labora-

3.4 Bactériologie toire. Si un tel récipient n’est pas disponible, l’échantillonneur sera soigneusement lavé et totalement

Les analyses bactériologiques servent essentiellement désinfecté à l'alcool ou à l'acétone (à l’aide d’un vapoau contrôle des eaux de boisson, qui ne doivent conte- risateur ou toute autre méthode agréée par le laboranir aucun micro-organisme pathogène. Toutefois, étant toire d’analyse), avant de prélever chaque échantillon. donné la difficulté que représente la recherche et la numération de tous les organismes pathogènes qui Dans le cas de prélèvements dans des puits ou des piépourraient se trouver dans une eau, les normes de qua- zomètres, il est indiqué d’utiliser un système de prélèlité bactériologique des eaux de boisson se fondent sur vement par seringue (§ 2.1.1). La prise de l'échantillon le nombre de germes aérobies mésophiles (appelés en- aura lieu après avoir renouvelé à plusieurs reprises le core parfois « germes totaux ») ainsi que sur la pré- volume d'eau contenu dans le forage. sence de micro-organismes indicateurs d'une contamination fécale, d'origine humaine ou animale, tels que Flaconnage les Escherichia coli (abrégés « E. coli ») et les entérocoques (Streptocoques faecalis et faecium). Les eaux Flacons de 200 à 500 ml, en verre avec bouchon vissé de boisson ne doivent pas contenir plus de 100 germes et capsule intérieure recouverte d’aluminium, stérilisés aérobies mésophiles par ml, aucun Escherichia coli ni au préalable en laboratoire, ou mieux, flacons en maentérocoque par 100 ml (Annexe 7). tière plastique ad hoc, stériles, à usage unique.

Prélèvement La recherche de certains germes pathogènes (salmonelles par exemple) nécessite de grands volumes d'eau Les prélèvements pour les analyses bactériologiques (≥ 5 l). De telles analyses ne s'effectuant pas en rounécessitent de nombreuses précautions de façon à ne tine, une mise au point préalable de l’échantillonnage pas contaminer l'échantillon lors de sa prise. Veiller avec le laboratoire d'analyse est indispensable. dans tous les cas à ce que l’eau prélevée, le goulot de la bouteille et l’intérieur du bouchon n’entrent pas en contact avec les mains du préleveur, ses habits ou tout

Chapitre 3 : Echantillonnage pour l’analyse des principaux groupes de substances contenues dans les souterraines 39

Stockage que l’eau circule, les éventuelles bulles d’air d’origine atmosphérique sont détachées de la paroi et expulsées. La lumière et la température influencent la survie des Il est important que la vanne de sortie soit fermée bactéries. Le transport des échantillons au frais avant celle d'entrée pour assurer une surpression à l'in- (2 à 4 °C), dans des caisses isothermes, favorisera une térieur du cylindre, permettant de réduire le dégazage conservation optimale. Les analyses doivent s'effectuer durant le transport et le stockage. au plus tard 24 heures après le prélèvement.

3.5.3 Hydrogène sulfuré

3.5 Gaz dissous En raison de l’instabilité de l’hydrogène sulfuré (H2S)

et des sulfures (on dose en fait S2-), les échantillons

3.5.1 Oxygène doivent être stabilisés immédiatement lors du prélèvement. Les ions S2- sont précipités sous forme de sul-

La mesure de l'oxygène dissous (O2) à l’aide d’un fure de zinc par adjonction de 2 ml d’une solution oxymètre est décrite au § 4.1.7. d’acétate de zinc 0.1 M par 100 ml d’échantillon (cf. MSDA, méthode 27A/29). On utilise des flacons en Elle peut également s'effectuer en laboratoire (ou sur le verre. terrain) par la méthode de Winkler avec fixation de l'oxygène sous forme d’hydroxydes de manganèse, 3.5.4 Gaz nobles puis dosage par titrimétrie. Les détails sont donnés dans le MSDA (méthode 27A/31). Cette méthode est Les gaz nobles dissous (He, Ne, Ar, Kr, Xe) d'origine recommandée comme méthode de référence pour atmosphérique peuvent être utilisés, entre autres, pour contrôler les mesures faites avec un oxymètre. Elle l’évaluation des paléotempératures. Il s’agit de bons doit être privilégiée lorsque les teneurs en oxygène traceurs naturels parce que leurs concentrations et dissous sont inférieures à 1 mg/l. La fixation de l'oxy- abondances isotopiques dans l'atmosphère (en équiligène doit se faire impérativement sur le terrain. On bre avec l’eau d’infiltration) sont bien connues et prélève l'échantillon dans une bouteille en verre de 200 qu’ils ne participent à aucune réaction chimique ou à 300 ml avec bouchon en verre rodé, sans mélange biologique. Des gaz nobles en provenance du manteau d'air selon les recommandations du § 2.3.2. Les deux ou provenant du squelette rocheux de l’aquifère, réactifs (WINKLER I et II) sont ajoutés directement comme produits de désintégration, peuvent être disceraprès l'échantillonnage, comme indiqué au § 2.10.2, nés des gaz provenant de l’atmosphère par leur coml'un après l'autre en secouant la bouteille fermée entre position isotopique (Mazor 1991 ; Aeschbach-Hertig et les deux ajouts. al. 1999, 2000 ; Stute & Schlosser 2000).

3.5.2 Gaz carbonique, hydrogène, azote et L’analyse des gaz nobles dissous dans l’eau n’est efméthane fectuée que par quelques laboratoires spécialisés qui fournissent toujours le matériel ainsi que la procédure Le prélèvement d’eau pour le dosage de ces quatre gaz de prélèvement. verre de 1 litre avec une fermeture étanche aux gaz. On Les gaz nobles et surtout l’hélium ont une forte tenremplit la bouteille depuis le fond à l’aide d’un tuyau dance à diffuser dans les solides. C’est pourquoi leur flexible ; on laisse déborder plusieurs fois son volume échantillonnage se fait dans des tubes en cuivre, métal d’eau avant de fermer la bouteille. imperméable aux gaz. Le « flacon » d’échantillonnage se compose d’un tube (longueur environ 1 mètre et Pour minimiser un dégazage en cas de prélèvement par diamètre intérieur 5 mm) tenu par deux pinces montées pompage, on fait passer l'eau à travers un cylindre à chaque extrémité d'un rail de support en aluminium. d’échantillonnage en acier de 1 litre muni d’une vanne Les pinces servent de support du tube. Elles servent à chaque extrémité. En frappant le cylindre pendant également à le fermer hermétiquement par écrasement.

40 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Pour la prise d’échantillon, on fait circuler l’eau de bas D'autres méthodes isotopiques fournissent des inforen haut dans le tube. En tapotant sur ce dernier pendant mations additionnelles. Elles se basent sur la variation la circulation, les éventuelles bulles d’air adhérant aux du contenu en isotopes stables dans la molécule d’eau parois sont détachées et expulsées. Il est impératif ou dans certaines substances dissoutes : d’utiliser des connections étanches à l’air et d’éviter • 18O et 2H de la molécule d’eau (H2O), que la moindre bulle d'air d'origine atmosphérique ne • 34S et 18O de l’ion sulfate (SO42-), contamine l'eau échantillonnée. En effet, une bulle • 13C du CO2 et des espèces carbonatées dissoutes d'air de 1/100 du volume de l'échantillon contient au- dans les eaux souterraines (H2CO3, HCO3-, CO32-), tant de gaz nobles que l’échantillon n’en contient sous • He / 4He et 40Ar / 36Ar, espèces gazeuses dissoutes.

forme dissoute ! La pince de sortie doit être fermée avant celle d'entrée pour assurer une surpression à l'in- Les eaux souterraines contiennent aussi des isotopes térieur du tube, permettant de réduire le dégazage du- radioactifs produits par la désintégration de l'uranium rant l'échantillonnage. et du thorium qui se trouvent dans la roche formant la matrice de l'aquifère :

3.6 Isotopes

Par l'application combinée de différentes méthodes L’interprétation de la composition isotopique des eaux isotopiques, plusieurs informations peuvent être acquisouterraines permet d'obtenir des informations sur ses sur : l'origine, les cheminements et le temps de résidence • la distribution des temps de résidence : 3H, 85Kr des eaux en milieu souterrain. (contribution d'eau récente) ; 39Ar, 14C, 36Cl, 81Kr (âge avant 1953, le début des essais thermonucléai- 3.6.1 Isotopes dans les eaux souterraines res dans l’atmosphère), • l’origine et les conditions de recharge des eaux sou- Des isotopes radioactifs sont produits continuellement terraines (18O et 2H), par la radiation cosmique (depuis le milieu des années • les processus de mélange et les possibilités de che- 1950 également par des activités humaines avec une minements souterrains (par ex. proportions isotopiprédominance des essais d'armes nucléaires). La con- ques de 234U / 238U, 34S et 18O dans SO42-, 87Sr / centration des isotopes radioactifs dans l'eau souter- Sr, δ11B, δ37Cl, δ81Br), raine décroît en fonction de leur temps de demi-vie. • l’évolution géochimique (13C et 18O dans SO42-), Ainsi, en déterminant la concentration d'un isotope ra- • l'origine des nitrates (pluie, engrais, purin, déchardioactif dans un échantillon d'eau souterraine et en la ges) dans les eaux souterraines (15N et 18O). comparant avec la concentration initiale, la méthode isotopique peut fournir une information sur les temps L'expérience montre que différentes méthodes isotopide résidence de l’eau en milieu souterrain : ques devraient être appliquées simultanément pour assurer une interprétation optimale, car la confrontation Echelle de datation Méthode isotopique de plusieurs méthodes renforce très souvent la valeur et la crédibilité des interprétations et permet de détecjusqu'à env. 15 jours Rn ter d’éventuelles contradictions. jusqu'à env. 50 ans H, 85Kr 20 ans à env. 1000 ans 39 Ar L'échantillonnage et l'interprétation des isotopes en 14 hydrogéologie sont traités de manière approfondie 1000 ans à 50'000 ans C dans Balderer (1985), Balderer in Pearson et al. 30'000 ans à 1'000'000 ans Cl, 81Kr (1991), Clark et Fritz (1997), Fritz et Fontes (1980), Mazor (1991), Moser et Rauert (1980), IAEA (1992), Surbeck (1995) et Voerkelius (1990).

Chapitre 3 : Echantillonnage pour l’analyse des principaux groupes de substances contenues dans les souterraines 41

3.6.2 Echantillonnage Précipitation

Le prélèvement se fait de manière directe en évitant Il existe en principe quatre méthodes d'échantillonnage toute souillure et en utilisant du matériel et des récipour « séparer » certains isotopes des eaux souterrai- pients en PE-HD. Les précautions du § 2.3.2 (sauf nes : « Flaconnage ») permettant d’éviter une modification

• Echantillonnage direct (2H, 3H, 3He, 4He, 13C, 15N, des teneurs en gaz et composés volatils dissous seront

• Adsorption sur filtre, couche mince ou résine (226Ra, En vue de l’analyse du carbone-14 (14C), on distingue

• Extraction sous vide (39Ar, 85Kr, …). • Méthode Hydroisotop (Moser et al., 1980). On prélève un échantillon de 5 litres dans lequel on porte Les méthodes d'échantillonnage peuvent être appli- le pH à une valeur supérieure à 8 par l’addition de quées non seulement à des eaux souterraines de fora- NaOH décarbonaté, pour fixer le CO2. La précipitages de prospection profonds, mais aussi à des sources tion se fait ensuite au laboratoire à l’aide de BaCl2. minérales et à des puits de captage dans des aquifères L’analyse est effectuée par AMS (spectroscopie de thermaux. L’Annexe 1 présente des indications impor- masse avec accélérateur). tantes concernant l’échantillonnage pour les analyses • Méthode IAEA (Moser et al., 1980 ; Pearson et al., isotopiques. 1991). Cette méthode préconise la précipitation du CO2 dans un échantillon d’au moins 80 litres par En général, le laboratoire d’analyses fournit les fla- l’addition de Ba(OH)2. L’analyse se fait ensuite par cons, récipients et instruments nécessaires. comptage de désintégration.

Echantillonnage direct Selon la méthode d'analyse, l’échantillonnage et la Le prélèvement s’opère de manière directe avec du précipitation de 2 à 20 g de C sont nécessaires. matériel approprié en évitant toute contamination ou souillure au cours des manipulations (§ 2.3). Adsorption sur filtre, couche mince ou résine On distingue trois techniques d’échantillonnage par De manière standard, sauf pour 3He, 4He et 222Rn, des adsorption pour l’analyse de radionucléides dans l’eau. flacons en verre avec bouchons étanches aux gaz sont Il s’agit de méthodes qui se basent sur l’adsorption utilisés afin d'éviter la diffusion. Des flacons en PEHD spécifique d’un élément ou d’un groupe d’éléments sur peuvent convenir en vue de l'analyse des isotopes de filtre (l’échantillon est passé au travers d’un filtre fait l'eau (18O, 2H et 3H), si les analyses sont prévues dans de matière adsorbante), sur couche mince (la pellicule un délai court. de substance adsorbante est trempée durant un certain temps dans l’échantillon) ou sur résine synthétique Pour le 13C, un échantillon équivalent à ≥ 5 mg C, (l’échantillon est passé dans une colonne contenant la conditionné avec du NaOH décarbonaté, est néces- résine adsorbante). Ces méthodes sont en plein dévesaire. loppement. Elles doivent être appliquées sélectivement et souvent de manière complémentaire en fonction de L'échantillonnage destiné à la détermination de 3He, l’isotope recherché et de la méthode d’analyse (Sur- He, 36Ar, 40Ar et 222Rn est décrit au § 3.5.4. beck, 1995, 2000).

Les échantillons destinés aux analyses isotopiques ne sont pas filtrés et ne nécessitent pas de conditionnement spécifique.

42 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Extraction sous vide 3.7.2 Echantillonnage Pour extraire des gaz d'une eau souterraine, on utilise un appareil d'extraction à vide fonctionnant ainsi : l'eau Pour les traçages avec des sels, l‘échantillonnage est pompée d'un forage ou provenant d'un captage (en sui- traité au § 3.1. Les traceurs radioactifs sont normavant les précautions du § 2.3.2) est injectée dans une lement mesurés sur le terrain. S'il faut prendre des chambre sous vide, où elle s'écoule avant d'être éva- échantillons, on applique l'échantillonnage direct selon cuée. Les gaz extraits circulent à travers un système de § 3.6.2. Pour l’échantillonnage de traceurs bactérefroidissement pour dessiccation et sont ensuite com- riens, le § 3.4 donne tous les renseignements nécessaiprimés dans des bouteilles à gaz. Pour s'assurer qu'une res. quantité suffisante de gaz rares a été extraite, entre 1 et 10 m³ d'eau doivent servir à l’extraction, selon le gaz Pour les traceurs fluorescents, la prise d’échantillon recherché. (min 30 ml par traceur analysé) est effectuée de manière directe sans précaution technique particulière. Il est cependant nécessaire d’éviter de contaminer 3.7 Traceurs artificiels l’échantillon ou les flacons par le traceur lui-même. Une telle contamination peut surtout survenir au cours Les essais de traçage à l’aide de traceurs artificiels et après toute manutention ou transport de traceur sous permettent surtout de définir la vitesse de déplacement forme de poudre (uranine, rhodamine, etc.) ou par des et le cheminement des eaux souterraines. salissures diverses suite aux travaux d’injection du traceur. A titre préventif, on rincera donc toujours abon-

3.7.1 Les essais de traçage damment le flacon avec l’eau à prélever avant la prise

d’échantillon. Les traceurs fluorescents sont suscepti- La réalisation et l'interprétation des essais de traçage bles de se dégrader s’ils sont soumis au rayonnement en hydrogéologie sont traités de manière approfondie ultraviolet. Il est donc important que les échantillons dans Behrens (1988), Behrens et al. (1986), Behrens et soient prélevés dans des flacons opaques, de préfé- Teichmann (1982, 1989), Käss (1998), Parriaux et al. rence du PE-HD brun ou du PE-LD gris, ou gardés à (1988) et Schudel et al. (2002). l'abri de la lumière directement après le prélèvement. Des récipients translucides recouverts d’une feuille Pour marquer l’eau au cours des essais de traçage, il d’aluminium peuvent également être utilisés. Il est en existe une gamme toujours plus étendue de substances, outre recommandé de stocker les échantillons dans des dont les plus courantes sont : caisses à l’abri de la lumière. De cette manière, les

• des sels : chlorure de sodium, bromure de potas- échantillons peuvent être stockés pendant quelques sium, iodure de potassium, hydroxyde de lithium jours. Pour éviter toute interférence avec des matières monohydraté et tétraborate de sodium, entre autres, en suspension lors de l’analyse, les échantillons seront

• des colorants fluorescents : uranine, rhodamines, filtrés (0.45 µm) au laboratoire. éosine, naphtionate, pyranine, etc.,

• des traceurs biologiques : plusieurs bactéries et ty- Le prélèvement lors d'un essai de traçage avec des pes de bactériophages (Rossi et al., 1998). bactériophages se fait dans le même type de récipient

• des traceurs radioactifs artificiels, par exemple que pour les traceurs fluorescents. Il est cependant imchrome-51, brome-82, technetium-99, indium-114 pératif que les échantillons soient transportés et stoc- et iode-131. Les traceurs artificiels ne doivent être kés au frais (max. 8 °C) et à l’abri de la lumière. Ils utilisés que par des spécialistes confirmés de la pro- doivent être analysés en laboratoire dans le plus court tection contre les radiations. Leur utilisation est délai possible (max. 60 heures). soumise à de nombreuses autorisations officielles.

Chapitre 3 : Echantillonnage pour l’analyse des principaux groupes de substances contenues dans les souterraines 43

4 Mesures et analyses de terrain

Les mesures et analyses de terrain sont entreprises applications de terrain, faisant intervenir des technipour les raisons suivantes : ques d’analyses traditionnelles avec des appareils qui

• Le paramètre à mesurer n’est pas conservatif. Sa va- peuvent être utilisés à l’extérieur ou des techniques leur peut varier au cours du temps dans l’échan- spécialement développées pour une mise en œuvre ratillon. C’est le cas de la température, du pH, du po- pide et simple (kits d’analyses). tentiel redox (Eh), des substances volatiles, des gaz dissous et des espèces chimiques présentes en sursaturation. 4.1 Mesures et observations

• La mesure est relativement simple, rapide et peu coûteuse. C’est le cas typique de la température, de Les paragraphes qui suivent décrivent les procédures la conductivité électrique, du pH, du potentiel redox de mesure sur le terrain du niveau statique, du débit, de et de l’oxygène dissous. la température, de la conductivité électrique, du pH, du

• Le résultat de la mesure doit être connu rapidement potentiel redox (Eh), de l’oxygène dissous et de la turafin de diriger des travaux en cours. bidité. Un paragraphe est consacré à l’évaluation orga-

• Le résultat des mesures permet de détecter immé- noleptique et un autre aux observations générales du diatement certaines anomalies de la composition de point d’eau et de ses alentours. Enfin le thème des dial’eau (élévation inhabituelle de la minéralisation par graphies à l’aide de sondes à plusieurs paramètres est exemple). Une adaptation des investigations peut abordé. alors intervenir sans délai.

4.1.1 Niveau de l’eau

Les mesures de terrain englobent la mesure du débit ou du niveau de l’eau, les mesures faites sur place, à Le niveau statique de l’aquifère d’où provient l’eau est l’endroit des prélèvements, de paramètres physiques souvent le seul élément directement mesuré permettant comme la température et la turbidité et de paramètres de qualifier l’état hydrologique de l’aquifère au mophysico-chimiques tels que la conductivité électrique, ment de l’échantillonnage. le pH, le potentiel redox et l’oxygène dissous. La mesure d’un niveau d’eau est réalisée habituelle- Les analyses de terrain concernent le dosage des es- ment à l’aide des instruments et techniques énumérées pèces chimiques contenues dans l’eau à l’aide d’équi- dans le tableau ci-dessous : pements analytiques spécialement développés pour les

Techniques de mesure du niveau d’eau Précautions

Echelle graduée fixe ou mobile permettant de lire la cote • Toujours spécifier exactement le repère de mesure du plan d’eau d’une source ou d’un puits peu profond par dans le plan et le protocole d’échantillonnage. rapport à un repère déterminé. Sonde électrique à niveau piézométrique sur ruban • Contrôler le fonctionnement de la sonde avant la cammétrique qui, au contact avec l’eau, donne un signal pagne de mesures (piles, ampoule, ruban, etc.). optique (sonde lumineuse) ou acoustique (sonde • Utiliser une sonde à sifflet ou une sonde pour deux acoustique). phases en cas de présence d’un film d’hydrocarbures sur l’eau qui encrasserait la sonde électrique. Sonde à sifflet sur ruban métrique. Le sifflet se compose • Méthode utilisable seulement lorsque les bruits amd'un tube métallique de 5 à 10 cm de long, ouvert à la biants ne couvrent pas celui de la sonde. base et presque totalement fermé au sommet. Lorsque le • Sur des sites contaminés, utiliser une sonde par point tube atteint le niveau d’eau, l’air piégé dans le tube d’eau pour éviter une contamination par la sonde. s’échappe par la petite ouverture du sommet du tube en faisant un bruit de sifflet.

Chapitre 4 : Mesures et analyses de terrain 45

Les méthodes indiquées sont applicables à la mesure deux phases permettant de déterminer le niveau de la de niveau à des points d’eau non artésiens. Aux puits phase d’hydrocarbures flottant sur l’eau ainsi que celui ou forages artésiens, la mesure du niveau hydrostati- de l’eau. que est réalisée à l’aide de sondes à pression ou de manomètres. 4.1.2 Débit

D’autres systèmes peuvent être mis en œuvre comme Il s'agit d'un paramètre important car il fournit une inun système à ultrasons fixe ou mobile pour la mesure formation sur les caractéristiques du système hydrode profondeurs inférieures à 20 m, une sonde de pres- géologique (débit de la source) ou sur les conditions sion fixe ou mobile pour la mesure de profondeurs d’échantillonnage (en cas de pompage). jusqu’à plus de 300 m, ou une sonde à niveau pour

Techniques de mesure du débit Précautions

Jaugeage au moyen d’un récipient. On mesure • Utiliser un récipient gradué ou de contenance connue et précisément le temps T nécessaire à remplir le volume V de taille suffisante pour minimiser l’erreur sur la mesure du récipient et l’on calcule le débit Q = V/T. Il est possible du temps de remplissage. de ne mesurer qu’une fraction de l’arrivée d’eau et • Dévier si nécessaire l’arrivée d’eau, afin d’améliorer les ensuite de multiplier le débit obtenu par le facteur ad hoc. conditions de mesure. Jaugeage par remplissage de la chambre de captage. • Prendre le matériel nécessaire à la mesure des dimen- Après avoir vidé partiellement la chambre de captage, on sions de la chambre de captage. mesure le temps de remontée de l’eau entre deux cotes. • Choisir un intervalle de hauteur maximal mais sur lequel Le volume d’eau entre ces cotes est défini par mesure aucune perturbation du débit n’intervient. des dimensions de la chambre de captage. Jaugeage chimique. Deux techniques de mesure sont • Répéter chaque mesure au moins une fois pour éviter possibles, le jaugeage à débit d’injection constant, une erreur due à une mauvaise injection du produit. intéressant pour des débits modestes (< 10 l/s), et le • Faire la mesure sur un tronçon de cours d’eau exempt jaugeage par injection chimique instantanée pour une de fuite et d’arrivée d’eau. large gamme de débits jusqu’à plusieurs m³/s. Pour l’injection, on utilise habituellement le NaCl, parfois • Le produit injecté doit être instantanément mélangé à d’autres sels (F- ou Br-) ou encore des colorants. Cette l’eau et emporté par le courant. Eviter d’injecter une technique s'utilise aussi pour quantifier les infiltrations et saumure trop dense qui coulerait au fond du cours exfiltrations de rivières de ou vers un aquifère. On calcule d’eau. le débit sur le terrain pour évaluer si la valeur est • Pour l‘injection à débit constant, la concentration du traplausible. ceur doit devenir homogène sur la largeur totale du flux avant le point de mesure. La canne de Jens. Elle sert au jaugeage de petits cours • L’écoulement d’eau sur la totalité du profil de mesure d’eau. Elle se compose d’une tige verticale, graduée, choisi doit être laminaire. d’environ 1.2 m de haut, munie d’une poignée horizontale • Choisir le profil de mesure sur un segment rectiligne et

montée sur un axe libre à son extrémité supérieure. Pour si possible uniforme du cours d’eau. la mesure, on plonge la canne dans le courant jusqu’à 1 cm du fond en tenant la poignée perpendiculairement • La canne doit être tenue et réglée strictement à la vertiau sens d’écoulement de l’eau. La mesure de la force du cale. courant se fait en ajustant un système de contrepoids • Lors de la mesure, l’extrémité inférieure de la canne doit gradué jusqu’à ce que la canne puisse être maintenue effleurer le fond du profil mais ne pas le toucher ni être verticalement dans le courant. La mesure de la force du retenue par un quelconque objet, pour éviter de souscourant en plusieurs points sur un profil transversal, estimer le débit. permet de déterminer le débit total par intégration.

46 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Techniques de mesure du débit Précautions

Jaugeage au moulinet ou au flow-mètre à ultrasons. • Choisir une section de cours d’eau facilement mesura- Cette technique est utilisée pour la mesure de débits ble et peu susceptible de subir des modifications de proimportants de sources naturelles, de canaux ou de cours fil au cours du temps. d’eau. • Contrôler périodiquement l’étalonnage de l’appareil. Le flow-mètre. Il s’agit d’un système de mesure de la • Cette technique est appliquée par des firmes spécialivitesse des flux en forage, vitesse qui peut être convertie sées pour des applications spécifiques qui sortent du en débit. contexte de ce guide. Estimation visuelle du débit. Pratiquement, on évalue • Cette méthode est très peu fiable, mais sans autre pospour une section d’écoulement donnée la surface de la sibilité, une estimation du débit avec une erreur de section et la vitesse moyenne d’écoulement. Cette l’ordre de 50 % présente toujours plus d'intérêt qu'audernière peut être évaluée à l’aide d’un flotteur dont on cune mesure du tout. Répéter la mesure et indiquer à mesure la vitesse de déplacement à la surface de l’eau. côté du résultat qu’il s’agit d’une estimation visuelle. Autres. D’autres systèmes, tels que les déversoirs, les • Se référer à la littérature spécialisée pour leur utilisation, compteurs d’eau, les débitmètres à induction ou à p.ex. DFI (1983), Landeshydrologie (1982). ultrasons, les flow-mètres à hélice et à impulsion de chaleur, etc., permettent la mesure du débit dans des conduites ou des canalisations.

4.1.3 Température rain, le temps de résidence de l’eau dans l’aquifère, son origine et la présence d’éventuelles pollutions ou La température de l’eau [°C] est un paramètre d’une influences humaines. Habituellement, on mesure égagrande utilité pour le diagnostic hydrogéologique. Elle lement la température de l’air (ou mieux encore, on est nécessaire pour déterminer les équilibres chimiques donne une indication de la température moyenne du entre les diverses espèces en présence (ions, molécules jour de mesure) qui permet de vérifier après coup les non dissociées, gaz, solides). On peut en déduire des conditions climatiques dans lesquelles l’échantilloninformations sur la profondeur de l’écoulement souter- nage s’est déroulé et d’expliquer d’éventuelles anomalies dans les résultats.

Techniques de mesure de la température Précautions

Thermomètre à alcool ou à mercure. Lors de la mesure • Reporter sur le protocole de mesure la valeur lue sur et de la lecture, le bulbe du thermomètre doit rester l’instrument et la valeur corrigée par rapport au therconstamment dans l’eau afin d’éviter une lecture erronée. momètre étalon. La mesure est considérée comme achevée lorsque deux • N’utiliser un thermomètre à mercure que dans une prolectures à 15 secondes d’intervalle indiquent la même tection métallique ad hoc pour éviter le bris accidentel valeur. Le thermomètre utilisé devrait permettre une pré- de l’instrument et une pollution du milieu. cision de lecture de 0.1 °C. Il faut déterminer régulièrement l’écart par rapport à un thermomètre étalon • Eviter l’exposition de l’instrument aux rayons du soleil pour les températures de mesure usuelles. lors de la mesure.

Sonde thermométrique. L’électronique de l’appareil tra- • Contrôler régulièrement l’exactitude de la sonde therduit le signal du thermistor de la sonde et affiche la valeur mométrique à l’aide d’un thermomètre de référence. mesurée. Le câble de la sonde permet une grande liberté • Le capteur de la sonde doit être étanche. L’infiltration de mouvement. Il est recommandé de procéder aux me- d’eau dans les connections électriques du capteur persures à l’aide d’appareils possédant une sonde couplée turbe les mesures. de conductivité électrique et de température, spécialement développés pour la mesure dans les eaux.

Chapitre 4 : Mesures et analyses de terrain 47

4.1.4 Conductivité électrique la plupart des eaux souterraines naturelles (Freeze et

Cherry, 1979 ; Matthess, 1972). La conductivité dé- La mesure de la conductivité électrique [µS/cm à une pend de la température et doit toujours être corrigée température de référence] permet d’évaluer la minéra- par rapport à une température de référence. Le stanlisation globale d'une eau du fait que les ions présents dard international est 25 °C (abrégé en K25) mais rendent celle-ci électriquement conductrice. La miné- beaucoup utilisent encore la correction à 20 °C (abrégé ralisation globale [mg/l] d’une eau est approximative- en K20). C’est le cas notamment du MSDA. Le calcul ment égale à sa conductivité électrique [µS/cm à de la correction de température est indiqué en An- 25 °C] fois A, avec A compris entre 0.55 et 0.75 pour nexe 4.

Techniques de mesure de la conductivité électrique Précautions

Conductimètre avec correction automatique de la • Tester le fonctionnement de l’appareil avant chaque température. Les appareils actuels sont dotés de campagne de mesures ; contrôler la charge de la pile. capteurs de conductivité et de température montés sur • Contrôler que l’électrode de mesure soit bien connectée une électrode de mesure en matière plastique résistante à l’appareil et que les connecteurs ne soient pas oxyaux chocs. Ils fournissent une valeur automatiquement dés. Il s’agit de l’une des sources d’erreur les plus frécorrigée à la température de référence. quentes. Pour la mesure, si la venue d'eau n'est pas accessible, il • Pour une précision de mesure optimale, régler l’appareil faut prendre un échantillon d’au moins 250 ml dans un sur la plus petite gamme de mesure permettant la lecrécipient, rincer une première fois l'électrode, attendre ture de la conductivité de l’eau à mesurer. l'équilibre thermique, jeter l'échantillon et en reprendre un nouveau pour la mesure. Il faut opérer rapidement pour • Lors de la mesure, plonger la totalité de la cellule de éviter d'éventuels processus de précipitation ou de mesure dans l’eau et remuer lentement ; éviter que des changement de la température de l'échantillon. Répéter remous ne provoquent l’apparition de bulles d’air dans la mesure avec un autre échantillon. L’écart entre les la cellule de mesure, ce qui pourrait entraîner des erdeux mesures ne doit pas dépasser 4 %. reurs de mesure.

La mesure est faussée si le courant de l’eau est trop fort • Le temps d'immersion de l'électrode doit être suffisamcar des conditions turbulentes s’installent dans le secteur ment long afin d'atteindre l'équilibre thermique. de mesure de l’électrode. • Si des mesures doivent être faites dans une eau polluée Habituellement, on teste et calibre un conductimètre à sur laquelle flotte un film huileux, prélever l’échantillon à l’aide d’une solution KCl 0.01 mole/l, équivalant à une mesurer par siphonnage ou aspiration à l’aide d’un conductivité de 1413 µS/cm à 25 °C. tuyau flexible plongeant sous le film huileux, afin d’obtenir une eau exempte d’huile et ainsi éviter de souiller l’électrode. Conductimètre sans correction de la température. Les • Mêmes précautions que ci-dessus. appareils de l’ancienne génération et les appareils bon • Mesurer la température de l’eau en même temps. marché fournissent une valeur de conductivité de l’eau non corrigée à la température de référence. • Calculer la correction de la température (Annexe 4).

4.1.5 pH mesurer et sensible à de nombreux phénomènes comme les variations de température, le dégazage, Le pH caractérise l’acidité ou la basicité d'une solution l’oxydation, la précipitation de composés insolubles, aqueuse (pH = -log [H3O+], [H3O+] étant exprimé en etc. Si le pH n’est pas mesuré au moment du prélèvemoles par litre). Il s’agit d’un paramètre capital pour le ment et sur le site même de l’émergence, la valeur obcalcul des équilibres thermodynamiques, mais délicat à tenue ultérieurement en laboratoire risque de perdre en signification.

48 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Techniques de mesure du pH Précautions

pH-mètre. Il existe de nombreux types d’appareils et • Vérifier avant l'étalonnage que les solutions tampon d’électrodes. Les appareils traditionnels sont munis d’une n'ont pas dépassé leur durée de vie (voir notice du fourélectrode avec référence interne contenant le plus sou- nisseur). vent une solution de KCl 3M à remplacer périodiquement. • Pour l’étalonnage, on garde les solutions tampons dans Avant les mesures, il est indispensable d'étalonner le pH- des flacons de 50 ml. Si l’appareil ne dispose pas de mètre avec deux solutions tampons de pH connus et dispositif de correction de la température automatique englobant la plage de pH des eaux à mesurer (p.ex. pH ou manuel, elles doivent être amenées à la température 7.0 et 10 pour des eaux plutôt basiques ou pH 7.0 et 4.0 de l'eau à mesurer (les laisser tremper dans un seau ou pour des eaux plutôt acides). Les procédures d’étalon- dans le captage). Le pH du tampon varie avec la tempénage sont spécifiées dans les notices d’utilisation. Avec rature. Il faut donc mesurer la température du tampon un pH-mètre manuel traditionnel, procéder ainsi : juste avant l’étalonnage, lire la valeur de pH corres-

• placer le bouton de sélection sur « pH », pondante sur la tabelle de variation du pH en fonction de la température (imprimée sur le flacon de tampon) et

• régler le bouton « température » à celle des tampons, l’utiliser comme valeur d’étalonnage.

• rincer l’électrode à l’eau déminéralisée, l’essuyer avec • Entre chaque série de mesure, stocker l’électrode dans un papier absorbant, puis la plonger dans le tampon de son capuchon avec une solution spécifiée dans le mode pH 7 et remuer lentement, d’emploi de l’électrode, habituellement du KCl 3M.

• lorsque la valeur s'est stabilisée, afficher le pH réel avec • Comme le pH est sensible aux phénomènes de dégale bouton « pH » ou « ∆pH », selon l’appareil, zage, d'oxydation, de précipitation ou de variation de

• rincer l’électrode à l’eau déminéralisée, l’essuyer avec température de l'échantillon, la mesure dans un réciun papier absorbant, puis la plonger dans la deuxième pient doit s'effectuer sans délai. solution tampon et remuer lentement, • L'électrode doit être régulièrement entretenue, puis

• lorsque la valeur s'est stabilisée, afficher le pH réel avec changée lorsque le temps de stabilisation devient trop

le bouton « pente » ou « mV/pH », selon l’appareil, élevé. Il est donc important de consulter les instructions • rincer l’électrode à l’eau déminéralisée, régler le bouton du fournisseur pour chaque électrode. « température » de l’appareil à la température de l’eau, • Les électrodes en verre sont très délicates ! le pH-mètre est alors prêt à l’emploi. • Les électrodes courantes sont conçues pour des solu- Si la mesure ne peut pas se faire dans l’eau courante, il tions à haute force ionique ; pour les eaux peu minéralifaut prendre un échantillon dans un récipient d’au moins sées (conductivité < 500 µS/cm), il faut utiliser des élec- 250 ml afin de rincer l'électrode et lui laisser atteindre trodes spécialement conçues pour ce genre de milieu. l’équilibre thermique et chimique. On renouvelle l’eau • Attention, les étalons de pH 4 ont tendance à se pour faire la mesure définitive. Lors de la mesure, on conserver moins bien que les autres. déplace lentement l’électrode dans l’eau. Il faut habituellement 1 à 3 minutes pour que la mesure se stabilise. pH-mètre à microprocesseur. Les appareils modernes • Observer les mêmes précautions que ci-dessus. comportent une correction automatique de la température • Ce type d’appareil rend possibles de nombreuses appli- et sont munis d’électrodes couplées pH-température cations. Il faut suivre le manuel d’utilisation pour procéprotégées par une enveloppe antichoc. Les électrodes der au calibrage et à la mesure. modernes ont un temps de stabilisation d’environ 1 minute. Leur solution interne ne doit plus être changée. • Attention, la durée de vie d’une électrode est limitée. Elle varie selon son utilisation et les fluides mesurés. La mesure se fait comme indiqué ci-dessus. Kits de mesure du pH. Simples à utiliser, ils permettent • Très pratique pour la mesure dans les eaux très peu de déterminer le pH par colorimétrie avec une précision minéralisées (< 100 µS/cm). de 0.2 à 0.5 unité, suivant le type de réactif utilisé. Papier pH. Ne donne qu’une vague indication trop peu • A proscrire. précise dans les eaux naturelles.

Chapitre 4 : Mesures et analyses de terrain 49

4.1.6 Potentiel redox tion. Même semi-quantitativement, cette valeur est intéressante pour évaluer si le milieu est oxydant ou ré-

La valeur du potentiel d'oxydo-réduction (= potentiel ducteur. redox ou Eh) [mV] doit être interprétée avec précau-

Technique de mesure du potentiel redox Précautions

Un pH-mètre/millivoltmètre et une électrode combinée • Les précautions à prendre sont semblables à celles rede platine sont utilisés pour la mesure du potentiel redox. latives à la mesure du pH. Mesure. On procède à la mesure de préférence directe- • Avant la mesure, il faut étalonner l'appareil avec une soment dans la source ou dans un échantillon de grand lution tampon de potentiel redox connu. volume (> 1 l) sitôt après le prélèvement (suivre les • La température de l'eau doit être relevée. Elle intervient recommandation du § 2.3.2). Lors de la mesure, déplacer dans le calcul du potentiel redox. lentement l’électrode dans l’eau. La valeur affichée Ehmes correspond au potentiel redox mesuré entre l'électrode de • La valeur mesurée du potentiel redox doit être intermesure et une électrode de référence. Afin d'obtenir le prétée avec précaution, étant donné qu'elle représente potentiel redox réel corrigé de la solution, il faut ajouter à rarement le potentiel de Nernst correspondant à des la valeur affichée le potentiel de l'électrode de référence réactions d’oxydoréduction. Cependant, même semi- E0. Pour une électrode au calomel : quantitativement, la valeur du Eh présente un intérêt certain pour préciser si le milieu est oxydant ou réduc- T [°C] = température de l'eau • Il existe d’autres électrodes que l’électrode au calomel Eh [mV] = Ehmes + E0 et la formule de correction à utiliser sera toujours celle que donne le fournisseur.

4.1.7 Oxygène dissous tions concernant la dégradation de substances organiques (réactions biochimiques), la provenance de l’eau, La mesure de l'oxygène dissous [mg/l ou % saturation] la mobilisation potentielle de certains métaux, etc. est importante car elle permet de fournir des informa- (voir aussi § 3.5.1).

Technique de mesure de l’oxygène dissous Précautions

L'appareil de mesure est un oxymètre portatif. La méthode • Avant d'effectuer une série de mesures, il faut procéder de mesure est basée sur l'électrolyse qui se produit entre à l'étalonnage de l'oxymètre en suivant le mode une anode en argent et une cathode en or. Les appareils d’emploi de l’appareil. les plus courants permettent la mesure de : • Lors de la mesure, un faible courant d'eau, naturel ou

• la concentration en O2 dissous (mg/l), provoqué, d’environ 10 cm/sec, doit être assuré pour

• la saturation relative en O2 dissous (%), qui est fonction un renouvellement continu de l'oxygène dissous à de la pression et de la température, proximité de la membrane perméable de l'électrode. Si l'eau est immobile, il faut déplacer l’électrode dans

• la température (°C). l’eau à une vitesse équivalente. Mesure. On plonge l'électrode dans la source ou dans un • Attention, éviter tout échange gazeux (§2.3.2). récipient dont l'eau est continuellement renouvelée, sans remous. S'il faut prélever un échantillon, prélever au • En cas de modification de la pression (changement moins 1 litre (cf. § 2.3.2) et faire la mesure sans délai. Le d'altitude ou de la pression barométrique), l'oxymètre temps de stabilisation de la mesure est d'environ 1 min. doit être calibré à nouveau.

50 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

4.1.8 Turbidité de l’importance des pompages. L’unité de mesure est

le NTU (= nephelometric turbidity unit), si l’étalon- La turbidité est liée au contenu en matières solides non nage est fait à l’aide d’étalons secondaires ou le FTU dissoutes dans l’eau (particules organiques, argiles, (= formazin turbidity unit), si l’étalonnage est fait à matières colloïdales, limons, algues, micro-organis- l’aide d’étalons préparés avec de la formazine. L’unité mes, etc.). C’est un paramètre important dans le con- de formazine est également notée TE/F (Trübungseintrôle de la qualité des eaux. Selon les standards actuels, heit / Formazin) dans la littérature allemande avec son elle se mesure par photométrie infrarouge à la lon- équivalent français (romand) UT/F (MSDA). Il existe gueur d’onde λ = 860 nm (norme ISO7027). C’est ce- de nombreuses unités plus anciennes utilisant d’autres pendant la mesure selon les standards de l’US EPA à étalons. Les mesures étant toujours réalisées avec un l’aide de lumière blanche (lampe au tungstène) qui est étalon standardisé mais arbitraire, la turbidité ne consla plus courante. La mesure en continu de ce paramètre titue pas une grandeur physique cohérente. Il n’est dans les eaux souterraines peut révéler une détériora- donc pas possible de convertir exactement les mesures tion temporaire de la qualité de l’eau en fonction de faites avec les différents étalons. phénomènes liés à l'érosion, de l'intensité des crues, ou

Techniques de mesure de la turbidité Précautions

La mesure est effectuée avec un turbidimètre appelé • Veiller à ce qu’il n’y ait pas de différence de température aussi néphélomètre. Il s’agit d’un photomètre particulier entre l’échantillon et l’appareil de mesure car de la buée qui mesure l’intensité de la lumière diffusée par l’échan- pourrait se déposer sur la paroi externe de la cellule de tillon, cette lumière étant mesurée selon un axe orienté mesure. en principe à 90° par rapport à la direction de la lumière • La cellule de mesure doit être soigneusement nettoyée incidente. à l’intérieur et à l’extérieur avant son remplissage. Au- Mesure. Habituellement, l’échantillon est placé dans une cune goutte d’eau ni trace quelconque ne doit souiller cellule de mesure constituée d’une cuve en verre de l’extérieur de cette cellule. section carrée. La mesure peut aussi se faire par écou- • Veiller à ce qu’il n’y ait aucune bulle de gaz dans lement de l’eau au travers d’une cellule. l’échantillon. Selon les appareils et la plage de mesure voulue, l’éta- • Une fois que la cellule de mesure est remplie, la mesure lonnage se fait au moyen de 1, 2 ou 3 étalons de con- doit se faire rapidement avant que les particules en centrations différentes. Les étalons préparés à l’aide de suspension ne sédimentent. formazine ne se conservent pas. C’est pourquoi ne sont commercialisés que des étalons secondaires beaucoup • La fenêtre d’émission lumineuse et la fenêtre de mesure plus stables, mais fabriqués par comparaison avec les de l’appareil doivent être préservées des souillures et étalons de formazine. de la poussière et doivent être régulièrement nettoyées.

4.1.9 Evaluation organoleptique bidité éventuelle ainsi que sur l’aspect et la quantité

d’un sédiment éventuel. L‘examen porte également sur L’examen organoleptique de l’eau porte sur sa couleur, la saveur et l’odeur à la température propre de l’eau. sur sa limpidité ou sur l’aspect et l’intensité d’une tur- Le MSDA propose de répéter la dégustation, en cas de doute, après chauffage de l’eau à 40 °C.

Chapitre 4 : Mesures et analyses de terrain 51

Evaluation des paramètres organoleptiques Précautions

La couleur. Il s’agit d’estimer visuellement le ton, l'inten- • Pour ce faire, il est utile de disposer d’un récipient en sité et l’éventuelle évolution temporelle de la coloration. verre dans lequel l’épaisseur d’eau est d’au moins 10 Une eau potable ne doit pas présenter de couleur par- cm que l’on place devant une surface blanche. ticulière (incolore). L’aspect de la surface. On peut observer un film d’hydrocarbure, des matières flottantes, la formation de mousse, etc. La limpidité. On dit d’une eau qu’elle est limpide lors- • Il arrive que de fines bulles se forment dans l’eau par qu’elle est parfaitement transparente et exempte de parti- dégazage. Laisser alors reposer l’eau quelques minutes cules en suspension. On évalue la limpidité en examinant avant de procéder à nouveau à l’évaluation. l’eau dans un récipient en verre que l’on place devant une source lumineuse. La turbidité. Elle est causée par des matières minérales • Décrire la couleur et l’importance de la turbidité en indi- ou organiques très fines en suspension. On l’évalue quant par exemple l’épaisseur d’eau au travers de lacomme la limpidité (voir ci-dessus). Une eau présentant quelle on distingue encore la forme d’un objet. la moindre turbidité ne peut évidemment pas être quali- • Voir également ci-dessus (présence de bulles d’air). fiée de limpide. Ces deux caractéristiques s’excluent mutuellement. Les éventuels sédiments ou matières en suspension. • Décrire la nature, la couleur et la quantité des suspen- Il s’agit des matières en suspension visibles à l’œil nu, sions et des sédiments. par exemple des particules de matière organique ou des • Décrire également les sédiments déposés au fond d’une limons, ainsi que celles qui sédimentent au fond du chambre de captage par exemple. récipient. L’odeur. On décrira le type et l'intensité de l’odeur, par • Dans un captage ou un forage, des odeurs émises par exemple odeur putride, de terre, odeurs de nature chi- les matériaux des infrastructures peuvent masquer celle mique rappelant le chlore, l’H2S (œufs pourris), les hydro- de l’eau ou fausser la perception de l’odeur de l’eau. carbures, etc. Une eau potable ne doit pas présenter • Evaluer donc l’odeur dans un milieu aéré sans source d’odeur particulière (= inodore). d’odeurs particulières.

• Les sens s’habituent rapidement à une odeur, la première impression doit être retenue ou alors recommencer l’évaluation après un certain temps. La saveur. On évaluera le type et l'intensité du goût • Rester prudent avec une eau potentiellement contamicomme le ferait un dégustateur. Une eau potable ne doit née. pas présenter de goût particulier.

4.1.10 Observations au point d’eau présenter une énumération complète, quelques aspects

principaux à observer sont énumérés ci-dessous : Les observations du point d’eau et de ses alentours • Etat du point d’eau. Propreté, présence de détritus peuvent fournir des indications précieuses qui permet- ou de matériaux indésirables, usure ou corrosion des tront d’affiner l’interprétation des analyses, de mieux pièces et parties métalliques ou en maçonnerie de comprendre les conditions dans lesquelles s’est fait l’installation, changements divers et éventuellement l’échantillonnage et de prendre les mesures nécessaires dégâts survenus depuis la dernière visite du site, dépour assurer la pérennité du point d’eau ou simplement fectuosité de la porte, du couvercle, du cadenas, etc. éviter une détérioration de la qualité de l’eau. Sans • Dépôts et incrustations. Incrustations chimiques dans les conduites ou les installations, tels que des

52 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

matières précipitées (couleur, forme, consistance, ristiques des différentes venues d’eau interceptées par quantité), organismes tels que algues, moisissures, un forage. micro-organismes, animaux (quantité, localisation, effets), produits amenés par l’eau et surnageant sur Les diagraphies de forages, qui consistent à déterminer le plan d’eau ou déposés au fond, sédiments, etc. la composition et la structure du terrain traversé par un

• Mélanges d’eaux. Mélanges de diverses venues forage, ne sont pas abordées ici. d’eau, débordements, intrusions d’eaux de surface, etc.

• Alentours du point d’eau. Changements survenus 4.2 Analyses de terrain depuis la dernière visite, travaux agricoles (labours, épandages d’engrais), travaux souterrains (excava- De nombreuses analyses qualitatives et quantitatives tions diverses, pose de conduites, drainages…), con- peuvent être rapidement réalisées sur place, immédiastructions, dépôts de matériaux ou d’engins, affecta- tement après le prélèvement, grâce à des équipements tion inhabituelle de surfaces, etc. spécifiques miniaturisés et adaptés aux conditions du

• Conditions climatiques lors du prélèvement. terrain. Elles sont utiles pour l’évaluation préliminaire Température moyenne de l’air (§ 4.1.3), conditions d’une contamination ou pour la recherche d'une source de pluviométrie et d’enneigement, ruissellement, de pollution. Elles permettent également de déterminer exposition du point d’eau au soleil, etc. les concentrations de diverses substances non conservatrices. Les analyses de terrain impliquent souvent

4.1.11 Diagraphies l’emploi de méthodes et d’appareils simplifiés ainsi

que des conditions précaires d’analyse. Il faut en con- Une diagraphie (logging en anglais) est une mesure de séquence s’attendre à ce que les résultats de ces analyl’évolution d’un ou plusieurs paramètres de l’eau en ses soient moins précis que ceux des analyses de labofonction de la profondeur dans un forage, un puits ou ratoire. un lac. On la réalise à l’aide de sondes adaptées à de fortes variations de pression que l’on descend à l’aide On distingue deux catégories d’analyses suivant la méd’un câble jusqu’aux profondeurs voulues. Habituel- thode utilisée : lement, des sondes multiparamètres sont utilisées afin • Des analyses quantitatives réalisées selon des d’éviter de multiplier les opérations de descente et de procédures officiellement reconnues, à l’aide remontée qui aboutissent à un mélange de l’eau dans d’appareils autonomes et facilement transportables. un forage par exemple. Les paramètres tels que la tem- Ces méthodes sont appliquées en laboratoire et font pérature, la conductivité électrique, le pH, l’oxygène l’objet de descriptions détaillées dans les recueils dissous, la turbidité et la vitesse de circulation de l’eau méthodologiques officiels tels que le Manuel suisse (flow-mètre) sont le plus souvent mesurés en diagra- des denrées alimentaires (MSDA, 1999), les méthophies. des de l’EPA, les normes européennes, les normes DIN en Allemagne, les normes AFNOR (1997) en Les diagraphies de température et de conductivité élec- France, les directives pour l’analyse des eaux usées trique sont particulièrement adaptées aux investiga- et des eaux de surface du Département fédéral de tions hydrogéologiques courantes. Pour des mesures l’Intérieur (DFI, 1983) ou les méthodes d’analyse jusqu’à 100, voir 200 m de profondeur, l’appareillage pour les échantillons solides et aqueux provenant de reste portable, fiable et peu coûteux. En condition de sites pollués et de matériaux d’excavation (OFEFP, repos de la nappe d’eau souterraine, il est recommandé 2000a). de procéder à la diagraphie en descendant dans le fo- • Des analyses réalisées selon des procédures non rage pour éviter de perdre des informations à cause du agréées officiellement mais très simples à mettre en mélange des eaux provoqué par le passage de la sonde. œuvre et fournissant des résultats quantitatifs à semi-quantitatifs. Il s’agit par exemple des analyses

En condition de pompage, des diagraphies chimiques faites à l’aide de kits d’analyses. donnent des renseignements précieux sur les caracté-

Chapitre 4 : Mesures et analyses de terrain 53

Les principales méthodes d'analyses appliquées sur le gueur d’onde λ, une cuvette en verre ou en quartz qui terrain sont le titrage, la colorimétrie, la photométrie et contient l’échantillon, et un système de détection qui la potentiométrie. Elles nécessitent souvent l’utili- mesure l’intensité de la lumière transmise (au travers sation de réactifs. Ces derniers doivent être fiables et de l’échantillon) par rapport à l’intensité de la lumière ne pas avoir dépassé leur date limite d’utilisation. incidente. La lumière transmise est mesurée dans l’axe de la lumière incidente. Des photomètres de terrain

4.2.1 Le titrage permettent une mesure rapide de la concentration de

nombreuses substances minérales ou organiques. Pour la mesure, on ajoute progressivement des quantités précises d’un réactif qui réagit avec la substance à 4.2.4 La potentiométrie analyser. Au moment où la substance à analyser est complètement consommée, on atteint le point d’équi- La mesure directe de la concentration de cations et valence qui détermine la fin du titrage. Ce point d’anions est possible à l’aide d’un ionomètre et d’équivalence peut correspondre à une valeur donnée d’électrodes spécifiques qui transforment l’activité du de pH ou au changement de couleur d’un indicateur, ion à mesurer en potentiel électrique. Le système de par exemple. La quantité de réactif utilisé permet de mesure comprend une électrode de mesure (ou éleccalculer la concentration de la substance à analyser. trode spécifique) et une électrode de référence. Toute L'emploi d’un titrimètre permettant l’ajout progressif une série de ions et de substances tels que le potas- et précis du réactif est facile. A titre d’exemple, les pa- sium, le sodium, les fluorures, les chlorures, le pH et ramètres suivants peuvent être analysés par titrage sur l’oxygène dissous peuvent être analysés ainsi. Selon la le terrain : dureté totale, dureté temporaire (Annexe 3), catégorie d’ions à mesurer, la membrane spécifique de dureté calcique, CO2 libre, chlorures, chromates et l’électrode de mesure est constituée d’un sel difficileoxygène dissous. ment soluble de l’ion à mesurer (électrode solide), d’un échangeur d’ions polymérisé dans du PVC (élec-

4.2.2 La colorimétrie trode matricielle), de verre (électrode de verre) ou de

matière plastique perméable aux gaz (électrode sensi- En introduisant un réactif ad hoc dans l’échantillon, on ble aux gaz). Rappelons que la réponse des électrodes forme avec la substance à analyser un produit de réac- à membrane ne dépend que de la concentration des tion dont l'intensité de la coloration dépend de la ions solvatés et non de celle de leurs autres formes concentration de cette substance. Cette coloration est chimiques. mesurée à l’aide d’un colorimètre ou évaluée à l’œil nu. Par comparaison avec une échelle de couleur, l’ob- Pour chaque série de mesures, la sonde doit être caliservation est traduite en concentration. Le même prin- brée à l’aide de solutions d’étalonnage de concentracipe est appliqué lorsque quelques gouttes d’échan- tions connues. Les modes d’emploi des diverses électillon sont déposées sur un papier ou une languette qui trodes spécifiques sont très détaillés et indiquent claisupporte le réactif sous forme solide (papier indicateur, rement les diverses procédures d’étalonnage et bâtonnets d’analyse). d’analyse ainsi que les précautions à prendre pour leur manipulation, leur entretien et leur entreposage.

4.2.3 La photométrie

4.2.5 La fluorimétrie

Par un ajout de réactif dans l’échantillon, on convertit la substance à analyser en une substance absorbant la La fluorimétrie est basée sur la propriété qu’ont certailumière à une longueur d’onde λ spécifique. La pho- nes molécules d’absorber la lumière à une longueur tométrie consiste à mesurer l’absorption de cette lu- d’onde dite d’excitation λEX et de réémettre un rayonmière, laquelle est proportionnelle à la concentration nement d’énergie plus faible, à une longueur d’onde de la substance (loi de Lambert-Beer). Le photomètre d’émission λEM plus grande que λEX. Certaines subscomprend une source de lumière, un jeu de filtres ou tances peuvent ainsi émettre de la lumière visible en un monochromateur qui permet de sélectionner la lon- recevant un rayonnement invisible (UV). C’est no-

54 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

tamment le cas de l'uranine, des rhodamines, de l'éo- destes une très large gamme de substances contenues sine et du naphtionate qui sont utilisés pour le traçage dans l’eau. Les résultats obtenus par ces méthodes sont des eaux souterraines. La mesure de leur concentration plus ou moins précis selon les méthodes et appareils se fait à l'aide d'un fluorimètre ou d'un spectrofluori- utilisés. Ils ne remplacent pas un résultat d’analyse de mètre. L’appareil comprend deux jeux de filtres (fluo- laboratoire lorsqu’il s’agit de prendre des décisions rimétrie) ou deux monochromateurs (spectrofluorimè- importantes sur la base des analyses. tre) pour sélectionner les longueurs d’onde d’excitation et d’émission. L’échantillon est placé dans une L’application de ces techniques s’avère très utile dans cuvette en quartz de section carrée. L’intensité du les cas suivants : rayonnement émis par la substance fluorescente est • lorsque le résultat de l’analyse doit être connu rapimesurée par un détecteur photoélectrique situé dans un dement sans avoir la possibilité d’avoir recours à axe perpendiculaire à l’axe du rayonnement d’excita- des analyses de laboratoire, tion. La concentration de la substance fluorescente est • lorsque la plage de mesures et la précision de la déterminée en comparant son intensité d'émission à technique sont satisfaisantes par rapport à la qualité celle d'un standard de calibration. du résultat attendu,

• lorsque l’échantillon mesuré satisfait aux limites Pour l'analyse de terrain de quelques-uns des traceurs techniques de la méthode (température, pH, autres fluorescents, deux méthodes existent actuellement : substances en solution pouvant interférer, etc.),

• le fluorimètre en continu où l'échantillon traverse la • lorsque l’analyse ne doit pas nécessairement être récellule de mesure (Schnegg et Doerflinger, 2000), alisée à l’aide d’une méthode officiellement recon-

• le fluorimètre à fibre optique qui permet la mesure nue et/ou par un laboratoire accrédité. in situ dans des puits, des piézomètres ou des forages (Braczewski et al. [1992]). Ces techniques sont en constant et rapide développement. Leur application bute cependant sur diverses li-

Lorsque l’échantillon contient plusieurs traceurs diffi- mites en regard desquelles il faut prendre des précauciles à différencier ou lorsqu’il contient des acides tions élémentaires et suivre strictement les indications humiques qui interfèrent avec les traceurs fluorescents données dans les notices d’utilisation. Ce sont surtout lors de l’analyse, une technique d’analyse plus sophis- les interférences avec d'autres substances présentes tiquée appliquée en laboratoire, la chromatographie li- dans l'échantillon qui diminuent la fiabilité des résulquide couplée à un fluorimètre (LCF) surmonte ces tats. Un point important à prendre en considération est problèmes (Lutz et Parriaux, 1988). la durée limitée de stabilité des réactifs, qu’il faut toujours contrôler avant l’utilisation d’un kit.

4.2.6 Kits d’analyses

On distingue divers types de kits qui contiennent un Les très nombreux kits d’analyses rapide que l’on seul ou une combinaison des tests (Tableau 3) selon trouve sur le marché appliquent d’une manière ou les buts pour lesquels ils ont été développés (par ex. d’une autre les méthodes décrites ci-dessus. Ils permet- analyses d'eaux de boisson, d‘eaux usées, d‘eaux de tent d’analyser simplement, rapidement et à coûts mo- piscines, etc.).

Chapitre 4 : Mesures et analyses de terrain 55

Tableau 3 : Kits d’analyses – Quelques types de tests

Test P/L T C PM IM Test P/L T C PM IM

Acidité X Dureté totale X X 2+ 3+ Alcalinité X Fer (Fe / Fe ) X X X Fluorure (F-) 3+ Aluminium (Al ) X X X X Ammonium (NH4+) 2+ X X X Magnésium (Mg ) X 3+ Arsenic (As ) X Manganèse (Mn) X X Azote total X Nitrate (NO3-) X X X BTEX X Nitrite (NO2-) X X X 2+ Cadmium (Cd ) X Oxygène dissous X X 2+ Calcium (Ca ) X X X X PAH X Chlorure (Cl-) X X X X pH X X Chrome (Cr) X X X Phénol X Cuivre (Cu ) 2+ X X X Phosphate (PO4 ) - X X X Cyanure (CN-) + X X X Potassium (K ) X X X DCO X Sulfate (SO42 ) - X X Dureté carbonatée X X Sulfite (SO2) X X

P/L = test avec papiers ou languettes indicateurs (qualitatif à semi-quantitatif) T = test par titrage (test quantitatif) C = test par colorimétrie (semi-quantitatif à quantitatif) PM = test par photométrie (test quantitatif) IM = test par réaction immunologique (qualitatif à semi-quantitatif)

56 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

5 Assurance qualité et contrôle de la qualité

L’assurance qualité (AQ) est une suite de principes cumentation doit permettre un contrôle efficace de opératoires qui, s’ils sont appliqués correctement, chaque point cité. L’Annexe 2 présente un protocole permettent de fournir un travail et des données de qua- d’échantillonnage permettant de suivre les étapes lité connue et défendable. Ces principes comprennent principales de la préparation du point d’eau, de la la gestion des travaux, le respect des procédures d’ap- prise d’échantillon, du conditionnement et du stocplication des diverses techniques ainsi que la bonne kage jusqu’à la transmission de l’échantillon au lamarche des mesures visant au contrôle de la qualité des boratoire. travaux. L’objectif de l’assurance qualité est de s’assurer que les données acquises sont représentati- Dans le cadre de l’échantillonnage des eaux souterraives, complètes, précises et obtenues selon les règles de nes, le contrôle de la qualité peut être exercé en metl’art. tant en œuvre des procédures de contrôle telles que :

• l’échantillonnage répété de certains points d’eau Le contrôle de la qualité (CQ) est constitué d’un en- afin de tester la reproductibilité de l’ensemble des semble de procédures techniques visant à contrôler la manipulations d’échantillonnage, qualité et la reproductibilité des travaux techniques tels • l’utilisation d’échantillons de concentrations con que l’échantillonnage, le stockage des échantillons, • nues (blancs de terrain) et subissant les mêmes maainsi que les mesures et analyses. nipulations que les échantillons d’eau souterraine prélevés afin de tester l’impact des diverses manipu- Concernant l’échantillonnage des eaux souterraines, lations (contact avec le matériel de prélèvement tel les principaux points ci-après doivent être gérés selon que pompe, tuyaux, récipients, filtration, acidificale principe de l’assurance qualité : tion etc.) sur la concentration des substances à ana-

• la planification de la campagne d’échantillonnage lyser, (§ 2.2), • l’utilisation de « blancs de transport » destinés à tes-

• le suivi des recommandations et procédures prati- ter l’impact des conditions de stockage et de transques pour le choix des méthodes, des appareils et du port sur la concentration des substances à analyser.

matériel nécessaires au prélèvement, au conditionnement, au flaconnage, au stockage et au transport Un plan CQ peut également être prévu avec le laborades échantillons (chap. 2), toire afin de tester la précision des analyses (par exem-

• le suivi des recommandations et procédures prati- ple en glissant des standards de concentrations inconques lors de la réalisation de l’échantillonnage et nues du laboratoire dans la série d’échantillons), ou la des mesures de terrain (chap. 2, 3 et 4), reproductibilité des analyses (par exemple à l’aide

• la documentation des travaux, consignant par écrit d‘échantillons prélevés à double et glissés dans la série chaque mesure de terrain et chaque étape des tra- d’échantillons sous un numéro différent). vaux dans un protocole d’échantillonnage. Cette do-

Chapitre 5 : Assurance qualité et contrôle de la qualité 57

Annexes

Annexe 1 : Flaconnage, volume, conditionnement et stockage des échantillons

Flaconnage, volume, conditionnement et stockage des échantillons Paramètres Précautions durant Flacon- Volume [ml] Type de condi- Stockage (4) Méthodes Remarques l’échantillonnage (1) nage (2) tionnement (3) d'analyse (5) Paramètres physico-chimiques pH A, B+ V ou P 1000 (7) - < 12 h pH-mètre Conductivité électrique A V ou P 100 - 7 j (2–5 °C) * * Conductimétrie Turbidité A, D, E(+) V ou P 100 - 2 j (2–5 °C) Turbidimétrie Couleur A, D, F V ou P 500 - 1 j (2–5 °C) Résidu sec A, B, D ; E+ V ou P 100 - 1–2 j (2–5 °C) Evaporation

Composants minéraux Cations min. 250 (6) Lithium (Li+) A, C c V ou P 50 (F), A : HNO3 7 j (2–5 °C) (SAA), ICP Sodium (Na+) A V ou P 50 A : HNO3 7 j (2–5 °C) CI Potassium (K+) A V ou P 50 A : HNO3 7 j (2–5 °C) CI Magnésium (Mg2+) A, D, E (c) V ou P 50 (FP), A : HNO3 1–7 j (2–5 °C) CI Conditionner eaux sursaturées par rapport aux Calcium (Ca2+) A, B(+), D, E(c) V ou P 50 (FP), A : HNO3 1 j (2–5 °C) CI minéraux carbonatés Strontium (Sr2+) A, C c V ou P 50 (F), A : HNO3 7 j (2–5 °C) (SAA), ICP Baryum (Ba2+) A, C c V ou P 50 (F), A : HNO3 7 j (2–5 °C) (SAA), ICP Ammonium (NH +) 4 NH3 (volatil) prédominant + ammoniac (NH3) à pH > 9 Anions min. 250 (6) Hydrogénocarbonates (HCO3-) A, B(+), D, E(c) V ou P 100 (FP) 1 j (2–5 °C) Titr. cf. duretés Nitrates (NO -) 3 A, D+(c) V ou P 50 A : H2SO4, Fo 1 j (2–5 °C) CI Stabiliser si stockage > 1 j Nitrites (NO2-) A, B, D+ V ou P 50 < 1 j (2–5 °C) Col., CI Filtrer pour espèces dis- Orthophosphates (PO43-) A, C, D+(c) V ou P 50 (F) 1 j (2–5 °C) Col., CI soutes Phosphates totaux A, C, D+(c) V ou P 50 A : HNO3 1 j (2–5 °C) Col. Sulfates (SO 2-)4 A, B(+),E(+) V ou P 50 - 7 j (2–5 °C) CI Sulfites (SO32-) A, B, D, E V ou P 50 Fixation EDTA * [2 j (2–5 °C)] Col. * 0.025 % EDTA FP, C4H6O4Zn, Si pH < 7, ajuster à pH 8 Sulfures (S2-) A, B+(f)c V min. 250 [7 j (2–5 °C)] Col. B (pH = 9) puis filtrer et fixer Fluorures (F-) A V ou P 100 - 7 j (2–5 °C) ES (CI, Col) Pas de PTFE Chlorures (Cl-) A V ou P 50 - 30 j (2–5 °C) CI Bromures (Br-) A, F+ V ou P 50 - 1–7 j (2–5 °C)* ES, CI * à l’abri de la lumière Iodures (I-) A, F+ V 50 B (pH = 11) 1 j (2–5 °C)* ES, CI * à l’abri de la lumière Duretés min. 250 (6) Dureté carbonatée A, B(+), D, E(c) V ou P 100 (FP), A : HNO3 1 j (2–5 °C) Titr. (calcul) Conditionner eaux sursaturées par rapport aux Dureté totale A, B(+), D, E(c) V ou P 100 (FP), A : HNO3 1 j (2–5 °C) Titr. (calcul) minéraux carbonatés

Annexe 1 : Flaconnage, volume, conditionnement et stockage des échantillons 59

Flaconnage, volume, conditionnement et stockage des échantillons Paramètres Précautions durant Flacon- Volume Type de condi- Stockage (4) Méthodes Remarques l’échantillonnage (1) nage (2) [ml] tionnement (3) d'analyse (5) Métaux-traces et oxoanions min. 50 (6) Fe, Mn A,B+, C, E+(c)(f) ou (f)(c) P 50 (F), A : HNO3 [>30 j (2–5 °C)] SAA, ICP Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Cd, Sn, Pb A, C+(c)(f) ou (f)(c) P 10/param. (F), A : HNO3 [>30 j (2–5 °C)] SAA, ICP Hg A, C+(f)c P 10 (F), A : HNO3 [>30 j (2–5 °C)] SAA, ICP Contrôle récipient (8) Al, Cr, As, Se A, C+(c)(f) ou (f)(c) P 10/param. (F), A : HNO3 [>30 j (2–5 °C)] SAA, ICP Cr(VI), Sb A, C+(c)(f) ou (f)(c) P, V 10 Stabilisation * 2j Col. * cf. laboratoire Bore (B) A, E(+) P 50 A : HNO3 7 j (2–5 °C) ICP, CI, SAA Substances non dissociées min. 250 (6) Silice (SiO2) A, E(+) V ou P 50 - 7 j (2–5 °C) Col.

Paramètres organiques globaux min. 250 (6) Carbone organique total (TOC) A, B, C+, D+(c) V 100 A ou C 1 j (2–5 °C) CO2 Carbone organique dissous (DOC) A, B, C+, D+(f,c) V 100 F + A ou C 1 j (2–5 °C) CO2 DCO A, C, F+ V ou (P) 100 A : H2SO4 ou C 1 j (2–5 °C); [5 j] O2 DBO5 A, F V ou (P) 100 - 1 j (2–5 °C) Resp. Oxydabilité (KMnO4) A, B(+), D V ou P 100 A* : H2SO4 ou C 1 j (2–5 °C) Col. * à pH ≤ 1 Hydrocarbures totaux A+, B+, F+ Vls 1000 A* : HCl 1 j (2–5 °C) IR * à pH = 2 + 4 g/l NaCl AOX A+, B+(c), C+, D+, F+ V 100 A : HNO3 3 j (2–5 °C) Coulométrie Phénols totaux A, B, C+, D+(c), F+ V 500 CuSO4 et A * 1 j (2–5 °C) Col. * à pH ≤ 3 ou B à pH > 11

Composés organiques min. 500 (6) Hydrocarbures aliphatiques A+, B+, C+, D+, F+ Vls 1000 E 1 j (2–5 °C) GC COV A+, B+, D+, F+ Vls 100 - 1 j (2–5 °C) GC BTEX A+, B+(c), C+, D+, F+ Vls 100 E 2 j (2–5 °C) GC, HPLC MTBE A+, B+, D+, F+ V 100 - 1 j (2–5 °C) GC HAP, huiles et graisses A+, B+, C+, D+, F+ Vls 1000 E 1–2 j (2–5 °C) GC, HPLC HH A+, B+(c), C+, D+, F+ Vls 1000 E 1 j (2–5 °C) GC HHV A+, B+(c), C+, D+, F+ Vls 100 E 1 j (2–5 °C) GC Composés aromatiques halogénés A+, B+(c), C+, D+, F+ Vls 100 E 1 j (2–5 °C) GC, HPLC PCB A, C+, D, F+ V 1000 E 7 j (2–5 °C) GC, HPLC Pesticides A, C+, D, F+ V 2000 - 7 j (2–5 °C) HPLC, GC Composés aromatiques nitrés A, B, C+, D+, F+ V 1000 E 2 j (2–5 °C) GC, HPLC EDTA, NTA A+, C+, D+ P* 500 A : HCl 1 j (2–5 °C) GC, HPLC * lavé sans détergent ! Phénols et phénols chlorés A, B+, C+, D+(c), F+ V 500 A : H3PO4 à pH 3* 1 j (2–5 °C) HPLC, GC * et stabilisation au CUSO4 Phtalates A, C+, D V (8) 1000 E 7 j (2–5 °C) GC, HPLC Amines aromatiques A, B+, C+, D+, F+ V 1000 E 2 j (2–5 °C) GC, HPLC Triazoles benzénés A, C+, D V 1000 (E) 2 j (2–5 °C) GC, (HPLC) Acides halogénés A, C+, D+ V 1000 (E) 2 j (2–5 °C) Col., (HPLC) Cyanures A, B, C+, E+(c), F+ P ou V 500 B (pH ≥ 9)* [7 j (2–5 °C)] Col., (CI) * voir méthode avec labo.

60 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Flaconnage, volume, conditionnement et stockage des échantillons Paramètres Précautions durant Flacon- Volume Type de condi- Stockage (4) Méthodes Remarques l’échantillonnage (1) nage (2) [ml] tionnement (3) d'analyse (5) Gaz dissous O2, N2, CO2, CH4, H2 A+, B+, C+, D+ AV / CA 1000 - >7j GC O2 (selon la méthode de Winkler) A+, B+c V 200–300 RW 1+2 [> 30 j] Titr. H2S A, B+(f)c V ≥ 250 * [7 j (2–5 °C)] Col. * cf. sulfures He, Ne, Ar, Kr, Xe (gaz rares) A+, B+, C+ TC 10–50 - > 7 j (≤ 20 °C) GC

Germes min. 250 Germes aérobies mésophiles * A+, D+ P ou V 1 FS < 1 j (2–5 °C) MF * ou « germes totaux » Escherichia coli (E. coli) A+, D+ P ou V 100 FS < 1 j (2–5 °C) MF Entérocoques A+, D+ P ou V 100 FS < 1 j (2–5 °C) MF Salmonelles A+, D+ P ou V 5000 FS < 1 j (2–5 °C) MF

Isotopes Isotopes de la molécule d’eau Oxygène-18 (18O) A, C+ V (P) 100 - > 30 j SM/CS Deutérium (2H) A, C+ V (P) 100 - > 30 j SM/CS Tritium (3H) A, C+ V (P) 100–1000 - > 30 j SM/CS Isotopes d’espèces minérales 18O [NO -] A, C+, D+(c) V 10 mg N (A, Fo) SM/CS 34S [SO 2-] A, C+ P 5000 > 30 j SM/CS 18O [SO 2-] A, C+ P 5000 > 30 j SM/CS 13C [CO ] A+, B+c, C V 5 mg C NaOH / BaCl2 [> 30 j] SM/CS 14C [CO ] A+, B+c, C P 5000 NaOH / Ba(OH) 2 [> 30 j] AMS/LLC 15N [NO -, NH +] A, B+, C+, D+ V 10 mg N SM/CS 3 4 36Cl [Cl-] A P 5000 > 30 j AMS 87Sr / 86Sr [Sr+] A, C P 500 > 30 j SM/CS Isotopes des gaz rares 3 /4He A+, B+, C+ TC 10–50 >7j SM/CS 39Ar / 85Kr A+, B+, C+ CA ≥ 5000 l sous vide > 30 j LLC Etanchéité du système Isotopes de chaînes radioactives 222Rn A+, B+, C+ V 20 CS Septum PTFE + silicone 234 / 236U / 232 / 234Th A P 5–20 l HNO3 conc. <7j CS 16 ml HNO3 /l échantillon

Traceurs artificiels Bactériophages A+, D+ P 30–50 <3 j (2–5 °C) MF Sels de Li, Na, K, F, Cl, Br, I… * V ou P 50 - 7 j (2–5 °C) Cl * cf. Matières minérales

Colorants fluorescents A+, C+, F+ P 30–50 F <7j Fl Protéger de la lumière

Annexe 1 : Flaconnage, volume, conditionnement et stockage des échantillons 61

Légende du tableau de l’annexe 1

(1) Précautions durant l’échantillonnage :

Lettres : A : Prévenir une contamination de l’échantillon au cours des manipulations (§ 2.3.1) B : Prévenir une modification des teneurs en gaz et composés volatils dissous (§ 2.3.2) C : Prévenir les phénomènes d’adsorption et les réactions chimiques sur les surfaces (§ 2.3.3) D : Prévenir une modification de l’eau due à l’activité biologique (§ 2.3.4) E : Prévenir la précipitation de composés en sursaturation (§ 2.3.5) F : Prévenir une modification des concentrations due à la lumière (prélèvement et stockage, § 2.3.6) Indices : Sans indice : Précaution recommandée durant les travaux d’échantillonnage et le stockage + : Précaution toujours indispensable ; (+) : indispensable dans certains cas c : Conditionnement chimique toujours indispensable ; (c) : indispensable dans certains cas f : Filtration toujours indispensable ; (f) : indispensable dans certains cas (2) Flaconnage : AV = ampoule en verre, tube, bouteille ou trappe de verre ; CA = cylindre en acier inoxydable ; P = polyéthylène haute densité (PE-HD) et également PET pour les matières minérales ; TC = tube de cuivre ; V = verre ; Vls = verre lavé aux solvants (3) Conditionnement : A = acidification à pH ≤ 2 à l’aide de HCl (acide chlorhydrique), HNO3 (acide nitrique), H3PO4 (acide phosphorique) ou H2SO4 (acide sulfurique) ; B = alcalinisation ; C = congélation ; E = extraction au solvant ou sur cartouche ; F = filtration ; Fo = inactivation biologique au formol ; FP = filtration sous pression (sans échanges gazeux) ; FS = flacon stérile ; RW 1+2 = réactifs de Winkler 1 + 2 ; C4H6O4Zn = fixation à l’acétate de zinc; CuSO4 = stabilisation au sulfate de cuivre ; NaOH = stabilisation à l’hydroxyde de sodium (4) Stockage : Durée habituelle de conservation du paramètre dans l’échantillon, sans ajout d’une solution de conditionnement, ni extraction, mais en respectant la température de stockage. Valeurs entre [ ] = durée de conservation du paramètre dans l’échantillon stabilisé (conditionnement indispensable) (5) Méthodes d’analyse : AMS = spectrométrie de masse avec accélérateur de particules ; CI = chromatographie ionique ; CO2 = mesure du CO2 produit par oxydation ou combustion des substances organiques ; Col. = colorimétrie ;

CS = compteur à scintillation ; ES = electrode spécifique ; Fl = fluorimétrie ; GC = chromatographie en phase gazeuse ; HPLC = chromatographie liquide à haute performance ; ICP = spectrométrie d’émission plasma à couplage inductif ; IR = spectroscopie par infra-rouges ; LLC = comptage de désintégration radioactive à bas niveau ; MF = mise en culture des germes ; Resp. : respirométrie ; SAA : spectrométrie d’absorption atomique ; SM = spectrométrie de masse ; Titr. = titrage. (6) Chiffre indicatif : Le volume exact sera précisé par le laboratoire. (7) Volume : Ce volume est en principe suffisant pour l’ensemble des paramètres physico-chimiques et des analyses minérales à l’exception des métaux-traces qui sont généralement prélevés dans des flacons spécialement conditionnés. (8) Contrôler à l’aide de blancs que la matière des récipients ne contamine pas l’échantillon.

Le responsable des prélèvements devra toujours prendre contact au préalable avec le laboratoire qui exécutera les analyses pour régler les questions relatives au mode de prélèvement, au volume d’échantillon, au flaconnage, au conditionnement, au stockage (délai de remise au laboratoire), etc. Une liste très complète des techniques de conditionnement et des conditions de stockage des échantillons est donnée dans la norme ISO 5667-3 (1994).

62 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Annexe 2 : Protocole d’échantillonnage des eaux souterraines

Données générales sur le point d’eau : Contexte de l‘échantillonnage : Nom / N° du point d’eau : ................................................................................................. Date et heure de l‘échantillonnage : ...................................................................... F source F piézomètre, forage F puits de captage Effectué par (personnes, bureau…) : ................................................................... F réseau d’eau F autre : ....................................................................................... ................................................................................................................................................................... Nom de l’aquifère : ................................................................................................................. Projet : ............................................................................................................................................... Lieu / commune : ..................................................................................................................... Maître d‘ouvrage : .................................................................................................................. Coordonnées : ........................................................................................................................... Conditions météorologiques : Cote du terrain : .................................................................................................. m s/mer F beau F nuageux F pluie F neige F tempête Cote du point de prélèvement : ........................................................... m s/mer Température de l’air………°C Remarque : .....................................................

Données sur le puits, forage ou piézomètre : Données sur la pompe : Diamètre int. tubage et de la crépine : ...................................................... mm Type de pompe : ...................................................................................................................... Pt de référence : ....................................................................................................................... Tube pompe : F acier F Inox. F PE F PVC F PTFE Tube aveugle : de .................................... à ............................................m s\ pt réf. F autre : .................................................................................................... Tube crépiné : de ..................................... à ............................................m s\ pt réf. Diamètre int. : ........................ mm, ext. : ................... mm Niveau statique : .......................................................................................... m s\ pt réf. Données sur le matériel de prélèvement : Volume d’eau dans le tubage : ....................................................................... litres Type de matériel utilisé : .................................................................................................. Tuyau de prélèvement : .................................................................................................... Purge préalable du point d’eau effectuée : F oui F non Nettoyage entre échantillons : .................................................................................... Si oui : date, heure et volume : .................................................................................... F Remarques et croquis au verso

Mesures durant l’échantillonnage : Début du pompage : Date : ................................................................... Heure : ..................................................... Niveau eau : ............................................................ m s\ pt réf.

Heure Niveau Débit Volume T° K (……...°C) pH O2 Remarques s\pt réf. [m] [l/min] pompé [l] [°C] [µS/cm] [mg/l] (turbidité, couleur, odeur, etc.)

Prélèvement

Prélèvement : Provenance des flacons : …………………………..…………..……………………………………….…. Flacons nettoyés par : ……...……………………………………….

N° Ech. Volume Type flacon Filtration Conditionnement Absence de bulles Paramètres à mesurer

Mesures après échantillonnage : Durée totale de pompage : ……………………. h. Niveau d‘eau relatif au pt de référence : …………..….…. m Transport des échantillons : (conditions, T°) .................................................................................................................................................................................................................................... Stockage des échantillons : (lieu, durée, T°…) ............................................................................................................................................................................................................................... Livraison des échantillons : Laboratoire : .............................................................. Date : ................................... Heure : …………………..…… Visa : .............................

Annexe 2 : Protocole d’échantillonnage des eaux souterraines 63

Annexe 3 : Dosage de l’alcalinité et des duretés par titrimétrie

Définitions

La dureté totale d’une eau indique globalement sa teneur en ions alcalino-terreux, en particulier les ions calcium (Ca2+) et magnésium (Mg2+), mais aussi les ions strontium (Sr2+) et baryum (Ba2+). On la détermine par complexométrie à l’aide d’une solution d’EDTA sodique ou par calcul à partir des teneurs en ions alcalino-terreux.

La dureté carbonatée correspond à la quantité d’ions alcalino-terreux qui peuvent être associés aux ions bicarbonates (HCO3-), dits aussi ions « hydrogénocarbonates ». Elle est aussi appelée parfois dureté temporaire parce que les bicarbonates présents dans l’eau précipitent lors de la cuisson sous forme de carbonates alcalino-terreux insolubles, ce qui atténue la dureté de l’eau.

La dureté non carbonatée ou dureté permanente représente la proportion d’ions alcalino-terreux équivalant à la teneur de l’eau en ions autres que les bicarbonates, soit en particulier les chlorures (Cl-), nitrates (NO3-) et sulfates (SO4--). Elle se calcule à partir de la différence entre la dureté totale et la dureté carbonatée.

L’alcalinité totale ou titre alcalimétrique complet (TAC) correspond à la teneur en ions bicarbonates HCO3-. L’alcalinité est aussi appelée « consommation en acide » (« Säureverbrauch » ou « m-Wert » dans les pays germanophones). Elle est déterminée par titrage alcalimétrique (cf. ci-dessous).

Dans les eaux carbonatées calciques et/ou magnésiennes, la dureté carbonatée, exprimée par exemple en méq/l, est égale à la teneur en ions HCO3-, exprimée dans la même unité. Il existe cependant des eaux qui présentent une alcalinité totale élevée et une dureté carbonatée faible. C’est en particulier le cas des eaux bicarbonatées sodiques.

Unités

Les modes d’expression des unités de dureté sont nombreux :

• degrés français (°F, noté parfois fH dans la littérature allemande),

• degrés allemands (°D, noté souvent dH dans la littérature allemande),

• milliéquivalents par litre (méq/l, noté mval/l dans la littérature allemande),

• millimoles par litre (mmole/l),

• équivalents exprimés en milligrammes de CaCO3 par litre (mg/l CaCO3, noté aussi mg CaCO3/l), etc.

Relations entre les unités de dureté : Sachant que le °F correspond, par définition, à 10 mg/l CaCO3, le °D à 10 mg/l CaO, que le poids moléculaire du CaCO3 est de 100, celui du CaO de 56 et celui de HCO3- de 61, on peut établir les relations suivantes entre les unités de duretés : Pour les ions hydrogénocarbonates (HCO3-), on a : En Allemagne et en Suisse, l’unité officielle est la mmole/l. Le °F est utilisé en France et dans la pratique courante en Suisse également. Les mg/l CaCO3 sont utilisés aux USA.

Les °F, les °D et les mg/l CaCO3 ne sont utilisables que pour exprimer les duretés et comparer les valeurs entre elles. Si l'on doit calculer la balance ionique ou des équilibres chimiques, il faut exprimer les duretés et les teneurs en bicarbonates, comme d’ailleurs les concentrations des autres ions, en méq/l ou mmole/l.

64 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Le MSDA classifie les eaux en fonction de la dureté totale de la manière suivante :

Dureté totale [mmole/l] Dureté totale [°F] Désignation 0–0.7 0–7 très douce 0.7–1.5 7–15 douce 1.5–2.5 15–25 moyennement dure 2.5–3.2 25–32 assez dure 3.2–4.2 32–42 dure

Ce type de classification varie de pays en pays.

Détermination de l'alcalinité totale d'une eau par titrage

Le dosage des ions bicarbonates (HCO3-) est réalisé par un titrage alcalimétrique, fondé sur la réaction de neutralisation de HCO3- (base faible) par un acide fort. Cette réaction est accompagnée d’une variation continuelle de pH, qui atteint son intensité maximale au moment où l’acide et le bicarbonate se trouvent en équilibre stoechiométrique, c'est-à-dire au point d'équivalence. Ce point d'équivalence correspond à un pH de 4.3.

Procédure d'analyse selon le MSDA (méthode 27A/35)

1. Etalonner le pH-mètre avec les solutions tampons de pH 7 et 4. 2. Pipeter 100 ml d’échantillon dans un bécher et introduire l’électrode du pH-mètre. 3. Titrer l’échantillon, en agitant, au moyen de HCl 0.1 N. 4. Arrêter le titrage à pH 4.3. Si on emploie moins de 2 ml d‘acide, répéter l’opération en utilisant HCl 0.02 N. 5. Considérer que le pH 4.3 est atteint lorsqu’il reste stable plus de 2 minutes, l’agitateur étant arrêté.

A la place du pH-mètre, on peut utiliser un indicateur qui vire à pH 4.3 (par exemple le méthylorange).

Calcul de l’alcalinité et de la concentration en ion hydrogénocarbonate

1000 ⋅ a ⋅ c V où : m = alcalinité totale [mmole/l] [HCO3-] = concentration en ions hydrogénocarbonates [mmole/l]. N.B. : La formule ci-dessus n’est valable que pour des eaux de pH ≤ 8.2 ! a = volume d’acide chlorhydrique utilisé pour le titrage [ml] c = concentration de l’acide chlorhydrique utilisé pour le titrage (0.1, respectivement 0.02 N) V = volume d’eau de l‘échantillon (100 ml) 0.05 = alcalinité de l’eau déminéralisée, correspondant à son titrage jusqu’au pH de 4.3 (« blanc » exprimé en mmole/l)

Annexe 3 : Dosage de l’alcalinité et des duretés par titrimétrie 65

Détermination de la dureté totale d'une eau par titrage

Procédure d’analyse selon le MSDA (méthode 27A/34)

1 Après la détermination de l’alcalinité (voir ci-dessus), ajouter à l’échantillon 10 ml de tampon au borate et 2

gouttes de solution d’indicateur (noir ériochrome T).

2 Titrer immédiatement au moyen d’une solution d’EDTA sodique 0.02 M jusqu’au virage du violet au bleu

pur. A l‘approche du virage, titrer lentement. 3. Le virage est marqué dans la mesure où l’échantillon soumis à l’analyse contient également des ions de magnésium, ce qui est le cas en règle générale pour les eaux naturelles. Si l’échantillon ne contient pas de magnésium, on y ajoute une pointe de spatule de complexe de Mg-EDTA.

Calcul de la dureté totale

20 ⋅ a ⋅ f Dureté totale = [mmole/l] V où : a = volume d’EDTA sodique 0.02 M utilisé pour le titrage [ml] f = facteur de la solution d’EDTA sodique V = volume d’eau utilisé pour le titrage (100 ml)

Détermination de paramètres complémentaires par titrage

L’appareillage utilisé pour le titrage de l’alcalinité totale et de la dureté totale permet également de doser le calcium (MSDA, méthode 27A/14). Par la suite, la teneur en magnésium (sous réserve de la présence de strontium et de baryum) peut se calculer (MSDA, méthode 27A/15) à partir de la différence entre la dureté totale et la teneur en calcium.

66 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Annexe 4 : Correction de la conductivité électrique en fonction de la température

Formule de Rommel (1980)

La correction de la conductivité électrique en fonction de la température est calculée comme suit : 1 ∆χ αR ∆θ ⋅ χ R 1+ ⋅ (θ − θ R ) où : χ R = conductivité électrique à la température de référence χ = conductivité électrique à la température de mesure α = coefficient de température défini comme la variation de conductivité électrique de la solution pour une variation de 1° K à la température de référence, exprimé en % par °K (cf. tableau ci-dessous) θ = température de mesure θ R = température de référence Le tableau ci-dessous indique l’évolution de la conductivité électrique normée et du coefficient de température dans les eaux naturelles, valable pour des conductivités électriques comprises entre 50 et 1000 µS/cm

χ α 20 χ α 25 Température χ 20 [% par °K] χ 25 [% par °K] 0 °C 0.582 2.09 0.522 1.91 5 °C 0.679 2.14 0.608 1.96 10 °C 0.781 2.19 0.700 2.00 15 °C 0.888 2.24 0.796 2.04 20 °C 1.000 2.28 0.896 2.08 25 °C 1.116 2.32 1.000 2.10 30 °C 1.235 2.35 1.107 2.14 35 °C 1.357 2.38 1.217 2.17

Formule de Bührer (1975)

La correction de la conductivité électrique à la température de 20 °C est effectuée à l’aide de l’équation suivante, reprise du MSDA (chap. 27A, § 4) :

où : χ ( 20°C ) = conductivité électrique spécifique à 20 °C χ (t ) = conductivité électrique spécifique mesurée à la température t f = facteur de correction de la température f est calculé comme suit : f = 1.721183 – t ⋅ 0.05413696 + t 2 ⋅ 0.0011484224 – t 3 ⋅ 0.00001226563

Annexe 4 : Correction de la conductivité électrique en fonction de la température 67

Annexe 5 : Paramètres indicateurs de pollution possibles

Modifié d’après DVWK, 1992 et 1994 Types de pollution Paramètres indicateurs possibles (voir note de bas de page) Tous les types de de pollutions pH, température, conductivité électrique, oxygène dissous, alcalinité totale Agriculture Zones agricoles Cl, NO3, SO4, Ca, K, NH4, pesticides, bactéries Pépinières NO3, DOC, pesticides Zones d'élevage NH4, NO2, NO3, sulfures, Fe, DOC, DBO, bactéries Pâturages NO3, DOC, DBO, bactéries Trafic Routes Cl, Ca, Mg, Na, NH4, B, Ba, Br, Cd, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, U, V, Zn, DOC, MTBE, pesticides Aéroports (pistes) NO3, NH4, DOC, urée, diethylène-glycol, propylène-glycol Gares et voies ferrées Principaux hydrocarbures (C5-C10), BTEX, hydrocarbures chlorés, SAK 254, pesticides Zones urbaines Activités urbaines en général Cl, SO4, NH4, NO3, B, DOC, DCO, principaux hydrocarbures, hydrocarbures chlorés Cimetières NO3, K, Hg, DOC, DBO, pesticides, produits désinfectants STEP Cl, NO2, NO3, SO4, K, NH4, B, DOC, DBO, hydrocarbures chlorés Eaux de surface polluées Cl, B, DOC, hydrocarbures chlorés Décharges BTEX, HAP, AOX, HHV, phénols, cyanures Activités militaires Zones militaires As, Cu, Pb, DOC, principaux hydrocarbures, hydrocarbures chlorés, PAH Stands de tir Pb, Sb, As, Ba, Cu, Mn, Ni Exploitations industrielles et artisanales Centrales nucléaires Activité totale, tritium Anciennes usines à gaz Principaux hydrocarbures, BTEX, PAH, métaux lourds, DOC, AOX, phénols, cyanures Raffineries et stations d'essence BTEX, hydrocarbures, Cl, DOC, phénols, PAH, AOX, MTBE Nettoyages chimiques Hydrocarbures chlorés, B Usines métallurgiques NO2, Al, As, Cd, Cr(III), Cr(VI), Cu, F, Fe, Ni, Pb, Zn, hydrocarbures chlorés, cyanures Usine d'incinération de bétail DOC, DBO, hydrocarbures chlorés Industries alimentaires :

• sucreries DOC, DBO, hydrocarbures chlorés

• production de graisses et d'huiles DOC, hydrocarbures chlorés

• productions fourragères DOC, hydrocarbures chlorés Industries :

• production de solvants, peintures, colo- Hydrocarbures chlorés, BTEX, DOC, AOX, phénols, SAK 254 rants organiques...

• production de cellulose et papier Cl, SO4, Hg, DOC, DBO, AOX, phénols

• production de bois aggloméré NH4, DOC, DCO, phénols

• production d'objets en céramique Cd, Pb, autres métaux lourds, DOC, DCO

• production de matériaux synthétiques SAK 254

• production de détergents B, PO4, NTA, EDTA

• produits pharmaceutiques DOC, AOX, SAK 254

La colonne de droite est une liste d’indicateurs possibles sans caractère légal. En Suisse, les investigations ayant force juridique sont à faire selon les textes légaux en vigueur, par exemple les listes des substances selon l’OSites, en ce qui concerne les sites pollués ou contaminés. Abréviations : cf. liste des abréviations.

68 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Annexe 6 : Exigences et valeurs de concentration dans les eaux souterraines

Selon l’OEaux, la directive sur la protection des eaux souterraines, ainsi que l’OSites

Exigences et valeurs de concentration dans les eaux souterraines OEaux Directive sur la protection OSites : Paramètre Exigences pour les des eaux souterraines Valeurs de concentration eaux souterraines (1) Valeurs indicatives (2) pour les eaux (3) Paramètres physico-chimiques Température [°C] ∆ (4) < 3 pH ∆ (4) < 0.5 Turbidité [FTU] 1 Composants minéraux Sodium (Na+) [mg/l] ∆ (4) < 25 Potassium (K+) [mg/l] ∆ (4) < 5 Ammonium (NH4+ + NH3) [mg NH4+/l] 0,1 (5) 0,5 (6) 0,1 (5) 0,5 (6) 0.5 Magnésium (Mg2+) [mg/l] ∆ (4) < 10 Calcium (Ca2+) [mg/l] ∆ (4) < 40 Baryum (Ba2+) [mg/l] ∆ (4) < 0,5 Cyanures (CN-) [mg CN-/l] 0,025 0.05 Nitrates (NO3-) [mg NO3-/l] 25 25 Nitrites (NO2-) [mg NO2-/l] ∆ (4) < 0,05 0.1 Orthophosphates (o-PO4) [mg P/l] ∆ (4) < 0,05 Sulfates (SO42-) [mg SO42-/l] 40 40 Fluorures (F-) [mg/l] ∆ < 0,5 (4) 1.5 Chlorures (Cl-) [mg/l] 40 40 Bromures (Br-) [mg/l] ∆ (4) < 0,05 Bore (B) [mg/l] ∆ (4) < 0,05 Oxygène dissous (O2) (7) [% saturation] > 20 % Silice (H4SiO4) [mg H4SiO4/l] ∆ (4) < 10 Métaux traces Manganèse dissous (Mn) [mg/l] ∆ (4) < 0,05 (8) Fer dissous (Fe2+) [mg/l] ∆ (4) < 0,3 (8) Cobalt (Co) [µg/l] 2000 (total) Nickel (Ni) [µg/l] 5 (dissous) (8) 700 (total) Cuivre (Cu) [µg/l] 2 (dissous) (8) 1500 (total) Zinc (Zn) [µg/l] 5 (dissous) (8) 5000 (total) Argent (Ag) [µg/l] 100 (total) Cadmium (Cd) [µg/l] 0,05 (dissous) (8) 5 (total) Etain (Sn) [µg/l] 20'000 (total) Mercure (Hg) [µg/l] 0,01 (dissous) (8) 1 (total) Plomb (Pb) [µg/l] 1 (dissous) (8) 50 (total) Oxoanions Chrome (Cr) [µg/l] 2 Chrome VI (Cr VI) [µg/l] 20 (total) Arsenic (As) [µg/l] 5 50 (total) Sélénium (Se) [µg/l] 5 Antimoine (Sb) [µg/l] 10 (total)

Annexe 6 : Exigences et valeurs limites de concentration dans les eaux souterraines 69

Exigences et valeurs de concentration dans les eaux souterraines OEaux Directive sur la protection OSites : Paramètre Exigences pour les des eaux souterraines Valeurs de concentration eaux souterraines (1) Valeurs indicatives (2) pour les eaux (3) Paramètres organiques globaux Carbone organique dissous (DOC) [mg C/l] 2 2 AOX y compris HHV [µg X/l] (9) 10 Phénols entraînables à la vapeur d’eau [µg /l] 5 Composés organiques Hydrocarbures aliphatiques [µg/l] 1 (par substance) 1 (par substance) 2000 (somme C5-C10) Hydrocarbures aromatiques monocycliques (BTEX) [µg/l] 1 (par substance) 1 (par substance) Benzène [µg/l] 1 1 10 Toluène [µg/l] 1 1 7000 Ethylbenzène [µg/l] 1 1 3000 Xylènes [µg/l] 1 1 10'000 Autres BTEX [µg/l] 1 (par substance) 1 (par substance) Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) [µg/l] 0.1 (par substance) 0.1 (par substance) Acénaphtène [µg/l] 0.1 0.1 2000 Anthracène [µg/l] 0.1 0.1 10'000 Benz(a)anthracène [µg/l] 0.1 0.1 0.5 Benzo(b)fluoranthène [µg/l] 0.1 0.1 0.5 Benzo(k)fluoranthène [µg/l] 0.1 0.1 5 Benzo(a)pyrène [µg/l] 0.1 0.01 0.05 Chrysène [µg/l] 0.1 0.1 50 Dibenz(a)anthracène [µg/l] 0.1 0.1 0.05 Fluoranthène [µg/l] 0.1 0.1 1000 Fluorène [µg/l] 0.1 0.1 1000 Indéno(1.2.3-cd)pyrène 0.1 0.1 0.5 Naphtalène [µg/l] 0.1 0.1 1000 Pyrène [µg/l] 0.1 0.1 1000 Autres HAP [µg/l] 0.1 (par substance) 0.1 (par substance) Hydrocarbures halogénés volatils (HHV) [µg/l] 1 (par substance) 1 (par substance) Dichlorométhane (DCM) [µg/l] 1 1 20 Trichlorométhane (chloroforme) [µg/l] 1 1 40 Tétrachlorométhane (CT) [µg/l] 1 1 2 1,1-dichloréthane [µg/l] 1 1 3000 1,2-dichloréthane (EDC) [µg/l] 1 1 3 1,1,1-trichloréthane [µg/l] 1 1 2000 1,1,2,2-tétrachloréthane [µg/l] 1 1 1 1,2-dibrométhane (EDB) [µg/l] 1 1 0.05 1,2-dichloropropane [µg/l] 1 1 5 Chlorure de vinyle [µg/l] 1 0.1 0.1 1,1-dichloréthène [µg/l] 1 1 30 1,2-dichloréthènes [µg/l] 1 1 50 Trichloréthène (Tri ou TCE) 1 1 70 Tétrachloréthène (Per ou PCE) [µg/l] 1 1 40 Autres HHV [µg/l] 1 (par substance) 1 (par substance)

70 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Exigences et valeurs de concentration dans les eaux souterraines OEaux Directive sur la protection OSites : Paramètre Exigences pour les des eaux souterraines Valeurs de concentration eaux souterraines (1) Valeurs indicatives (2) pour les eaux (3) Composés aromatiques halogénés Chlorobenzène [µg/l] 1 700 1,2-dichlorobenzène [µg/l] 1 3000 1,3-dichlorobenzène [µg/l] 1 3000 1,4-dichlorobenzène [µg/l] 1 10 1,2,4-trichlorobenzène [µg/l] 1 400 Autres chlorobenzènes 1 (par substance) Diphényles polychlorés (PCB) [µg/l] Σ isomères (10) : 0.1 0.1 (par substance) Pesticides organiques [µg/l] 0.1 0.5 (somme) Composés aromatiques nitrés [µg/l] 0,5 (somme) Nitrobenzène [µg/l] 10 Dinitrotoluènes [µg/l] 0.5 4-nitrophénol [µg/l] 2000 2,4-dinitrophénol [µg/l] 50 Divers EDTA et complexants à structures analogues [µg/l] 5 (par substance) Acide nitrilotriacétique (NTA) [µg/l] 3 Tert-butylméthyléther (MTBE) [µg/l] 2 200 Phénols et phénols chlorés sans odeur Phénol [µg/l] 10'000 2-chlorophénol [µg/l] sans odeur 200 2,4-dichlorophénol [µg/l] sans odeur 100 Pentachlorophénol (PCP) [µg/l] 0.1 1 2-méthylphénol (o-crésol) [µg/l] 2000 3-méthylphénol (m-crésol) [µg/l] 2000 4-méthylphénol (p-crésol) [µg/l] 200 Phtalates Di-(2-ethylhexyl)-phtalate (DEHP) [µg/l] 1 0.1 (par substance) Amines aromatiques [µg/l] 0.5 (somme) Aniline [µg/l] 0.1 50 4-chloraniline [µg/l] 0.1 100 Triazoles benzénés [µg/l] 1 (par substance) Acides organiques halogénés [µg/l] 0.5 (par substance) (1) Exigences pour les eaux du sous-sol utilisées comme eaux potable ou destinées à l’être : Annexe 2 de l’OEaux, § 22. (2) Directive fédérale sur la protection des eaux souterraines (en préparation) (3) Valeurs de concentration pour l’évaluation des atteintes portées aux eaux par les sites pollués. Annexe 1 de l’OSites (4) ∆ = déviation positive par rapport à l’état naturel (5) Dans des conditions oxydantes (6) Dans des conditions anoxiques (7) Technique d’échantillonnage évitant l’apport d’O2 dans l’échantillon exigée (8) Pour les métaux lourds dissous, échantillonnage sans contamination, filtration à 0,45 µm et acidification (9) X = somme des halogènes (Cl + Br + F) habituellement exprimée en équivalent-chlore (10) PCB = somme des 6 isomères 28, 52, 101, 138, 153 et 180 multipliée par 4.3

Annexe 6 : Exigences et valeurs limites de concentration dans les eaux souterraines 71

Annexe 7 : Exigences de qualité pour l’eau de boisson en Suisse et dans l’UE

A : Microbiologie

Exigences de qualité pour l’eau de boisson. A : Microbiologie Suisse Union européenne Valeur communément Valeur de tolérance Valeur limite Paramètre indica- Valeur paramé- Micro-organisme Unité (1) admise (MSDA) (OHyg) (2) (OHyg) (2) teur (3) trique (3) Germes aérobies mésophiles 100 / ml à la source ; UFC (eau de boisson non traitée) 300 / ml dans le réseau Germes aérobies mésophiles 20 / ml après le traitement ; UFC (eau de boisson traitée) 300 / ml dans le réseau Germes aérobies mésophiles UFC 100 / ml à la source (eau minérale) Teneur en colonies à 22 °C Aucun changement nombre (eau livrée au consommateur) anormal Teneur en colonies à 22 °C nombre 100 / ml (eau minérale en récipients) Teneur en colonies à 36 °C nombre 20 / ml (eau minérale en récipients) Escherichia coli UFC nd / 100 ml (4) Escherichia coli nombre 0 / 100 ml (5) (eau livrée au consommateur) Escherichia coli nombre 0 / 250 ml (5) (eau minérale en récipients) Bactéries coliformes nombre 0 / 100 ml (5) (eau livrée au consommateur) Entérocoques UFC nd / 100 ml (4) Entérocoques nombre 0 / 100 ml (5) (eau livrée au consommateur) Clostridium perfringens nombre 0 / 100 ml (5) (eau livrée au consommateur) Pseudomonas aeruginosa UFC / nd / 100 ml à la source ; 0 / 250 ml (eau minérale) nombre nd / 100 ml dans les récipients Pseudomonas aeruginosa UFC / nd / 100 ml dans les récipients (eau potable en récipients) Salmonella ssp UFC nd / 5 litres (eau de boisson)

(1) En Suisse, l’unité est [UFC] = unités formant colonie ; concernant l’Union européenne, on utilisera le terme de « nombre », l’unité dépendant de la méthode d‘analyse. (2) OHyg : Ordonnance sur les exigences en matière d’hygiène et de microbiologie relatives aux denrées alimentaires, aux objets usuels, aux locaux, aux installations et au personnel (ordonnance sur l’hygiène) du 26.06.95 (Etat au 11 juillet 2000). (3) Directive 98/83/CE du Conseil de l’Union européenne du 3 novembre 1998 relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine. (4) nd = non décelable dans 100 ml d’eau, à la source ainsi que dans le réseau pour les eaux de boisson non traitée, dans le réseau pour les eaux de boisson traitée, dans les récipients pour les eaux potables vendues en récipients, ainsi qu‘à la source et dans les récipients pour les eaux minérales. (5) la directive européenne ne distingue pas entre eau traitée et eau non traitée.

72 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

B : Paramètres chimiques

Exigences de qualité pour l’eau de boisson. B : Paramètres chimiques et physico-chimiques Suisse Union européenne Paramètre, Valeur communément Valeur de tolérance Valeur limite Paramètre indica- Valeur paramétri- Unité Substance admise (MSDA) (1) (OSEC) (2) (OSEC) (2) teur (3) que (3) Param. organoleptiques Couleur sans Acceptable pour les Odeur sans consommateurs Saveur sans et aucun change- < 0.5 (eau non traitée) ment anormal < 1 (après traite- Turbidité UT/F 1 < 0.2 (eau filtrée) ment des eaux)

Paramètres physico-chimiques Conductivité électrique µS/cm 200–800 µS/cm (25 °C) 2500 µS/cm (20 °C) pH > 6.8 et < 8.2 ≥ 6.5 et ≤ 9.5 Température °C 8–15

Composants minéraux Aluminium mg/l < 0.05 0.2 0.2 0.1 (cond. oxiques) Ammonium (NH4+ + NH3) mg NH4/l < 0.05 (4) 0.5 0.5 (cond. anoxiques) Antimoine mg/l 0.005 Argent mg/l 0.1 Arsenic mg/l < 0.002 (4) 0.05 0.01 Bore mg/l 1 Cadmium mg/l < 0.0005 0.005 0.005 Bromate mg/l 0.01 0.01 Chlorate mg/l 0.2 Chlorite mg/l 0.2 Chlore libre mg/l 0.1 Chlorure mg/l < 20 (4) 250 Chrome mg/l 0.05 (au robinet) < 0.005 (à la source) Cuivre mg/l 1.5 2 (au robinet) < 0.02 (au robinet) Cyanure mg/l 0.05 0.05 Dioxyde de chlore mg/l 0.05 Fer mg/l < 0.05 (dissous) (4) 0.3 (total) 0.2 Fluorure mg/l < 0.5 1.5 1.5 Hydrazine mg/l 0.005 Manganèse mg/l < 0.02 (dissous) (4) 0.05 (total) 0.05 Mercure mg/l < 0.0001 0.001 0.001 Nickel mg/l 0.02 (au robinet)

Annexe 7 : Exigences de qualité pour l’eau de boisson en Suisse et dans l’UE 73

Exigences de qualité pour l’eau de boisson. B : Paramètres chimiques Suisse Union européenne Paramètre, Valeur communément Valeur de tolérance Valeur limite Paramètre indica- Valeur paramétri- Unité Substance admise (MSDA) (1) (OSEC) (2) (OSEC) (2) teur (3) que (3) Nitrate mg NO3/l < 25 40 50

Nitrite mg NO2/l < 0.01 0.1 0.5

Ozone mg/l 0.05 1 (si ajoutés à l’eau chaude) Plomb mg/l < 0.001 0.01 0.01 (au robinet) Sélénium mg/l < 0.001 0.01 0.01 Silicates mg Si/l 5 (si ajoutés) Sodium mg/l < 20(4) 200 Sulfates mg/l < 50(4) 250 Non décelable par Sulfures Non décelable par l’odeur l’odeur < 0.01 (à la source) < 0.1 (au robinet)

Paramètres globaux Carbone organique dissous (COD) Carbone organique total Aucun changement (COT) anormal Oxydabilité mg/l < 3 (mg KMnO4/l) 5 (mg O2/l)

Composés organiques Acide éthylène-diaminetétracétique (EDTA) Acide nitrilotriacétique (NTA) µg/l 3 200 Acrylamide µg/l 0.1 Agents tensioactifs µg/l 100 (total) Benzène µg/l 1 1 Benzo(a)pyrène µg/l < 0.01 0.01 Bromodichlorométhane µg/l 15 Chlorure de vinyle µg/l 0.5 Dibromochlorométhane µg/l 100 Dichloro-1,2-éthane µg/l 3 3.0 Dichloro-1,1-éthène µg/l 30 Dichloro-1,2-éthène µg/l 50 Dichlorométhane µg/l 20 Epichlorhydrine µg/l 0.1 Hexane µg/l 1000 Hydrocarbures aromatiques 0.2 (Σ de 6 substances 0.1 (Σ de 4 subs. polycycliques (PAH) spécifiées) spécifiées)

74 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Exigences de qualité pour l’eau de boisson. B : Paramètres chimiques Suisse Union européenne Paramètre, Valeur communément Valeur de tolérance Valeur limite Paramètre indica- Valeur paramétri- Unité Substance admise (MSDA) (1) (OSEC) (2) (OSEC) (2) teur (3) que (3) Hydrocarbures halogénés adsorbables (AOX) 20 (si l’eau a été chlorée) Hydrocarbures halogénés vo- < 1 (somme) µg Cl/l 8 (provenant de latils (HHV) < 0.1 (par substance) l’environnement) Hydrocarbures solubles µg/l < 0.1 (par substance) 1 Pesticides et substances ana- 0.5 (somme) 0.5 (somme) logues 0.1 (par substance) 0.1 (par substance) Phénols µg/l < 0.5 (par substance) 5 (par substance) Phénols entraînables à la vapeur d’eau Tétrachloroéthène µg/l 40 10 (6) Tétrachlorométhane µg/l 2 Tribromométhane µg/l 100 Trichloro-1,1,1-éthane µg/l 2000 Trichloroéthène µg/l 70 10 (6) Trichlorométhane µg/l 40 100 (Σ de 4 subs. Trihalométhanes µg/l spécifiées)

Radionucléides Césium Bq/l 10 (5) 1000 (5) Carbone 14 Bq/l 200 (5) 10'000 (5) Iode Bq/l 10 (5) 500 (5) Plutonium et transplutoniums Bq/l 0.1 (5) 20 (5) Strontium Bq/l 1 (5) 125 (5) Séries de l’uranium et du tho- 1 (dépend du rium nucléide) (5) Tritium Bq/l 1000 (5) 10'000 (5) 100 Dose totale mSv/an 0.1

(1) MSDA : Manuel suisse des denrées alimentaires, chap. 27A : Eau de boisson, 1999 (état janvier 2001). (2) OSEC : Ordonnance sur les substances étrangères et les composants dans les denrées alimentaires (ordonnance sur les substances étrangères et les composants) du 26 juin 1995, état au 22 février 2000. (3) Directive 98/83/CE du Conseil de l’Union européenne du 3 novembre 1998 relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine. (4) La géologie peut justifier des valeurs plus élevées. (5) Concernant les radionucléides, l’OSEC ne fixe pas explicitement de valeurs pour l’eau de boisson. Les valeurs reproduites ici concernent les denrées alimentaires en général. (6) Somme des concentrations en tétrachloréthène et trichloréthène.

Annexe 7 : Exigences de qualité pour l’eau de boisson en Suisse et dans l’UE 75

Index

1 Liste des abréviations

AAS Atomic absorption spectrometry (cf. SAA) AES Atomic emission spectrometry AFNOR Association française de normalisation AMS Accelerator mass spectrometry = spectrométrie de masse avec accélérateur AOX Somme des composés halogénés adsorbables (exprimée en [µg Cl/l]) ASTM American society for testing and materials BTEX Benzène, toluène, ethylbenzène et xylènes CI Chromatographie ionique (cf. IC) CID Carbone inorganique dissous (cf. DIC) CIT Carbone inorganique total (cf. TIC) COD Carbone organique dissous (cf. DOC) COT Carbone organique total (cf. TOC) COV Composés organiques volatils (cf. VOC) CT Tétrachlorométhane (Tétrachlorure de carbone, angl. Carbon tetrachloride) DBO Demande biologique en oxygène DCM Dichlorométhane ou chlorure de méthylène DCO Demande chimique en oxygène DIC Dissolved inorganic carbon (cf. CID) DEHP Di-(2-ethylhexyl)-phtalate DIN Deutsche Industrie Normen DNAPL Dense non aqueous phase liquid = liquide en phase non aqueuse, plus lourd que l’eau DOC Dissolved organic carbon (cf. COD) EDB 1,2-dibrométhane EDC 1,2-dichloréthane EDTA Acide éthylènediaminetétracétique EPA cf. US EPA GC Chromatographie en phase gazeuse GCMS Chromatographie en phase gazeuse avec spectrométrie de masse HAP Hydrocarbures aromatiques polycycliques (cf. PAH) HDPE High density polyethylene (cf. PE-HD) HHV Hydrocarbures halogénés volatils HH Hydrocarbures halogénés HPLC High pressure liquid chromatography = chromatographie liquide à haute performance IC Ion chromatography (cf. CI) ICP Inductively coupled plasma spectrometry = spectrométrie d’émission plasma à couplage inductif ISO International standard organisation LCF Chromatographie liquide couplée à un fluorimètre LEaux Loi sur la protection des eaux du 24.01.91 LLC Low level counting = comptage de désintégration radioactive à bas niveau LNAPL Light non aqueous phase liquid = liquide en phase non aqueuse, plus léger que l’eau MDA cf. MSDA MSDA Manuel suisse des denrées alimentaires

Index 77

MS Mass spectrometry (cf. SM) MTBE Tert-butylméthyléther NAPL Non aqueous phase liquid = liquide en phase non aqueuse NTA Acide nitrilotriacétique NTU Nephelometric turbidity unit OEaux Ordonnance sur la protection des eaux du 20.10.98 OFEFP Office fédéral de l’environnement, des forêts et du paysage OHyg Ordonnance sur l'hygiène du 26.06.95 OMS Organisation mondiale de la santé (cf. WHO) OPEL Ordonnance sur la protection des eaux contre les liquides pouvant les polluer du 01.07.98 OSEC Ordonnance sur les substances étrangères et les composants dans les denrées alimentaires du 26.06.95 OSites Ordonnance sur l’assainissement des sites pollués du 26.08.98 PAH Polycyclic aromatic hydrocarbons (cf. HAP) PCB Diphényles polychlorés et PCE Perchloréthylène ou tétrachloréthène (cf. TeCE et PER) PCP Pentachlorophénol PE Polyéthylène PE-HD Polyéthylène haute densité (dur), (cf. HDPE) PE-LD Polyéthylène basse densité (mou) Per Tétrachloréthène (cf. PCE et TeCE) PET Téréphtalate de polyéthylène PFA Perfluoralcoxy-copolymère PP Polypropylène PTFE Polytétrafluoroéthylène = téflon PVC Polychlorure de vinyle (dur = non plastifié ; mou = plastifié) SAA Spectrométrie d’absorption atomique SAK 254 Coefficient d'absorption spectrale UV à 254 nm SM Spectrométrie de masse (cf. MS) SSH Société suisse d’hydrogéologie TCE Trichloréthène (cf. Tri) TeCE Tétrachloréthène ou perchloréthylène (cf. PCE et Per) TIC Total inorganic carbon (cf. CIT) TOC Total organic carbon (cf. COT) Tri Trichloréthène (cf. TCE) US EPA United States environment protection agency = Agence de protection de l’environnement des Etats Unis UT/F Unité de turbidité par référence à la formazine (cf. FTU et TE/F) VOC Volatile organic compound (cf. COV) WHO World health organisation (cf. OMS)

78 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

2 Liste des figures

Figure 1 : Schémas de divers tubes échantillonneurs 14

Figure 2 : Pompes particulières 17

Figure 3 : Cellules d’échantillonnage à dialyse et à diffusion 19

Figure 4 : Diamètre des divers types de particules et techniques de filtration 29

Figure 5 : Systèmes de filtration de terrain 63

3 Liste des tableaux

Tableau 1 : Check-list du matériel d’échantillonnage habituel 21

Tableau 2 : Effets possibles des matières composant le matériel d’échantillonnage 24

Tableau 3 : Types de tests par kits d’analyses 56

Index 79

4 Références bibliographiques

Aeschbach-Hertig, W., Peeters, F., Beyerle, U. & Kip- Behrens, H. & Teichmann, G. (1982) : Neue Ergebnisfer, R. (1999) : Interpretation of dissolved at- se über den Lichteinfluss auf Fluoreszenztracer. mospheric noble gases in natural waters. Water Beitr. Geologie Schweiz – Hydrol., 28 (I), Resour. Res. 35, 2779–2792. Kümmerly + Frey, Bern, 64–77. Aeschbach-Hertig, W., Imboden, D.M., Baur, H., Graf, Behrens, H. & Teichmann, G. (1989) : Lichtempfind- T. & Kipfer, R. (2000) : A mass spectrometric lichkeit von Pyranin, Uranin und Eosin in Absystem for the analysis of noble gases and trit- hängigkeit vom pH-Wert. – Jahresber. 1988, ium from water samples. Env. Sci. Technol. 34, Inst. Hydrol. Neuherberg, GSF-HY, 38/88, 2042–2050. 235–242. AFNOR, Association française de normalisation Bührer, H. (1975) : Z. Hydrol. 37, 332–346 (1997) : Qualité de l’eau. – Tome 1 : Termino- Clark, P. & Fritz, P. (1997) : Environmental isotopes logie, échantillonnage et évaluation des métho- in hydrogeology. – Lewis Publishers, New des, 2ème édition. AFNOR, Paris, 376 pp. York. APHA (1992) : Standard methods for the examination Davis, G.B., Barber, C., Briegel, D., Power, T.R. & of water and wastewater. 18th ed., American Patterson, B.M. (1992) : Sampling groundwater Public Health Ass., Washington D.C. quality for inorganics and organics – Some old ASTM (1986) : Standard guide for sampling ground- and new ideas. Proc. International Drill’92 water monitoring wells, D4448-85a. American Conf., Perth W.A., oct. 1992, 24.1–24.9. society for testing and materials, Philadelphia. Dehnert, J., Kuhn, K., Freyer, K. & Treutler, H.C. Balderer W. (1985) : Sondierbohrung Böttstein. Er- (2000) : Überwachung des hydraulischen Kritegebnise der Isotopenuntersuchungen zur hydro- riums bei der Grundwasserprobenahme. Wasser geologischen Charakterisierung der Tiefen- und Abfall 1–2, 2000, 24–30. grundwässer. Bericht NTB 85-06, Nagra, DFI (1983) : Directives fédérales concernant l’analyse Baden. des eaux usées et des eaux de surface. Départe- Barber, C. & Briegel, D. (1987) : A method for the in- ment fédéral de l’intérieur, Berne. situ determination of dissolved methane in DVWK, Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und groundwater in shallow aquifers. Journal of Kulturbau (1990) : Einflüsse von Messstellen- Contaminant Hydrology 2, 51–60. ausbau und Pumpenmaterialien auf die Beschaf-

Barcelona, M.J., Helfrich, J.A. & Garske, E.E. (1985) : fenheit einer Wasserprobe – Mitteilungen 20, Sampling tubing effects on groundwater sam- 141 S. ples. Analytical Chemistry, 57 (2), 460 et 57 DVWK, Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und (13), 2752. Kulturbau (1991) : Grundwasser Redox- Barczewski, B. & Marschall, P. (1992) : Development potentialmessung und Probenahmegeräte – I. and application of a lightfibre fluorometer for Redoxpotential Messungen im Grundwasser. II. tracer tests. In : Hötzl, H. & Werner, A. (ed.) : Grundwasser-Entnahmegeräte. Schriften 84. Tracer Hydrology. Balkema, Rotterdam / Verlag P. Parey, Hamburg, 182 S. Brookfield, 33–39. DVWK, Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Behrens, H. (1988) : Quantitative Bestimmung von Kulturbau (1992) : Entnahme und Untersu- Uranin, Eosin und Pyranin in Gemischen mittels chungsumfang von Grundwasserproben. DK Fluoreszenzmessung bei definierten pH-Werten. 556.32.001.5, DK 543.3.053. Regeln zur Was- Steir. Beitr. Hydrogeol., 39, 117–129. serwirtschaft 128. Verlag P. Parey, Hamburg, Behrens, H., Leibundgut, Ch., Theodoratos, P. & Vito- 36 S. riu-Georgouli, A. (1986) : Tracing with fluores- DVWK, Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und cent tracers. Steir. Beitr. Hydrogeol., 37, 235– Kulturbau (1994) : Grundwasser-meβgeräte.

247 Schriften 107. Verlagsgesellschaft Gas und

Wasser mbH, Bonn, 241 S.

80 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines

Freeze, R.A. & Cherry, J.A. (1979) : Groundwater. MSDA, Manuel suisse des denrées alimentaires Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 604 pp. (1999) : Chap. 27A. Eau de boisson (état janvier Fritz, P. & Fontes, J.Ch. (eds.) (1980) : Handbook of 2001). Environmental Isotope Geochemistry vol. 1 – Moser, H. & Rauert, W. (1980) : Isotopenmethoden in The Terrestrial Environment. Elsevier, Amster- der Hydrogeologie, Lehrbuch der Hydrogeolodam. gie, Band 8. Gebr. Borntraeger, Berlin / Stutt- Gillham, R.W. & O’Hannesin, S.F. (1994) : Enhanced gart. degradation of halogenated aliphatics by zero- OFEFP, Office fédéral de l’environnement, des forêts valent iron. Ground Water 32(6), 958–967. et du paysage (2003) : Prélèvements d'eau sou- Herzog, B., Pennino, J. & Nielsen, G. (1991) : Practi- terraine en relation avec les sites pollués. Sites cal handbook of ground-water monitoring. In contaminés, estimation de la mise en danger. David M. Nielsen, Ed., Lewis Publishers, Chel- L'environnement pratique, Berne, 28 pp. sea. OFEFP, Office fédéral de l’environnement, des forêts IAEA (ed.) (1992) : Isotopes of Noble Gases as Trac- et du paysage (2000a) : Méthodes d’analyse ers in Environmental Studies, Proceedings of a pour échantillons solides et aqueux provenant consultants meeting, Vienna. de sites pollués et de matériaux d’excavation. ISO 5667-2 (1991) : Qualité de l’eau – Echantillon- L’environnement pratique, OFEFP, Berne, nage – Partie 2 : Guide général sur les techni- 53 pp. ques d’échantillonnage. Org. Internat. de nor- OFEFP, Office fédéral de l’environnement, des forêts malisation, Genève, 10 pp. et du paysage (2000b) : Cahier des charges pour ISO 5667-3 (1994) : Qualité de l’eau – Echantillon- l’investigation technique des sites pollués. nage – Partie 3 : Guide général pour la conser- L’environnement pratique, OFEFP, Berne, 25 vation et la manipulation des échantillons. Org. pp. internat. de normalisation, Genève, 29 pp. OFEFP, Office fédéral de l’environnement, des forêts ISO 5667-11 (1993) : Qualité de l’eau – Echantillon- et du paysage (1996) : NTA dans les eaux. – nage – Partie 11 : Guide général pour l’échan- Cahier de l’environnement N°264, OFEFP, tillonnage des eaux souterraines. Org. Internat. Berne, 65 pp. de normalisation, Genève, 10 pp. OMS/WHO, Organisation Mondiale de la Santé

Käss, W. (1998) Tracing technique in geohydrology. (1994) : Directives de qualité pour l'eau de bois- A.A. Balkema, Rotterdam, xvi + 581 p., 276 son, Vol. 1 – Recommandations. OMS, Genève, fig., 40 tabl., CD-ROM, 17,5 x 25 cm. ISBN 129 pp. 90-5410-444-9. OMS/WHO, Organisation Mondiale de la Santé Kemmer, F.N. (1979) : Manuel de l'eau. Tech. & Doc., (1998) : Directives de qualité pour l'eau de bois- Lavoisier, Paris. son, Vol. 3 – Contrôle de la qualité de l'eau de Landeshydrologie (1982) : Handbuch für die Abfluss- boisson destinée à l'approvisionnement des petimengenmessung. – Schweizerischer Bundesamt tes collectivités. OMS, Genève, 238 pp. für Umweltschutz, Mitteilung Nr 4, Bern. Parriaux, A. & Bensimon, M. (1990) : Some rules for Lutz, Th. & Parriaux, A. (1988) : The Identification of the design and the management of observation Uranine in Natural Water by High Performance networks for groundwater resources. Memoires Liquid Chromatography (HPLC). – Steir. Beitr. of the 22nd Congress of IAH, Lausanne Vol. z. Hydrogeologie, 39, 141–147 pp., Graz. XXII, 719–727. Mazor, E. (1991) : Applied chemical and isotopic Parriaux, A., Liszkay, M., Müller, I. & della Valle, G. groundwater hydrology. – Open University (1988) : Guide pratique pour l'usage des tra- Press, Buckingham, UK, 275 pp. ceurs artificiels en hydrogéologie. Soc. Géol. Matthess, G. (1972) : Die Beschaffenheit des Grund- Suisse, Groupe des Hydrogéologues. 51 pp. wassers. Lehrbuch der Hydrogeologie, Bd 2. Gebr. Borntraeger, Berlin / Stuttgart.

Index 81

Patterson, B.M., Power, T.R. & Barber, C. (1993) : Steinmann, P. & Shotyk, W. (1996) : Sampling anoxic Comparison of two integrated methods for the pore waters in peatlands using « peepers » for collection and analysis of volatile compounds in in-situ filtration. Fresenius J. Anal. Chem. 354, ground water. GWMR 1993, 118–123. 709–713. Pearson, F.J., Balderer, W., Loosli, H.H., Lehmann, Stute, M. & Schlosser, P. (2000) : Atmospheric noble B.E., Matter, A., Peters, T.J., Schmassmann, H. gases. In : Cook, P. & Herczeg, A.L. (ed.) : En- & Gautschi, A. (1991) : Applied Isotope Hy- vironmental tracers in subsurface hydrology. drogeology – A Case Study in Northern Swit- Kluwer Academic Publishers, Boston, 349–377. zerland, Studies in Environmental Science 43, Surbeck, H. (1996) : A Radon-in-water monitor based Elsevier, Amsterdam. on fast gas transfer membranes. Int. conf. Tech- Rodier, J. (1984) : L’analyse de l’eau – Eaux naturel- nologically enhanced natural radioactivity les, eaux résiduaires, eau de mer. Bordas, Paris. (TENR) caused by non-uranium mining. Octo- Rommel, K. (1980) : Die kleine Leitfähigkeits-Fibel – ber 16–19 1996, Szczyrk, Poland. Einführung in die Konduktometrie für Prakti- Surbeck, H., (1995) : Determination of natural raker. WTW GmbH, Weilheim, Deutschland. dionuclides in drinking water ; a tentative pro- Ronen, D., Magaritz, M. & Levy, I. (1986) : A multi- tocol. The Science of the Total Environment layer sampler for the study of detailed hydro- 173/174, 91–99. chemical profiles in groundwater. Wat. Res. 20 Surbeck, H., (2000) : Alpha spectrometry sample (3), 311–315. preparation using selectively adsorbing thin Rossi, P., Doerfliger, N., Kennedy, K., Müller, I. & films. Applied Radiation and Isotopes 53, 97– Aragno, M. (1998) : Bacteriophages as surface 100. and groundwater tracers. – Hydrology and Earth Thierrin, J., Davis, G.B. & Barber, C. (1995) : A System Sciences, 2(1), 101–110. ground water tracer test with deuterated com- Scalf, M.R., McNabb, J.F., Dunlap, W.J., Cosby, R.C. pounds for monitoring in-situ biodegradation & Freyberger, J. (1981) : Manual of ground- and retardation of aromatic hydrocarbons. water sampling procedures. NWWA/EPA se- Ground Water 33 (3), 469–475. ries, National Water Well Association, Dublin. US EPA (1991) : Ground Water Monitoring, chapter

Schnegg, P. & Doerfliger, N. (2000) : An inexpensive 11 of SW-846 U.S. Environmental Protection flow-through field fluorometer – Description de Agency, Washington, D.C. la méthode. http ://www- Vuataz F.D. & Bianchetti G. (1992) : Protocole geol.unine.ch/geomagnetisme/tract.html. d'échantillonnage et de mesures des eaux, 2e éd. Schudel, B., Biaggi, D., Dervey, T., Kozel, R., Müller, Rapport CRSFA 92.21, 17 pp., non publié. I., Henning Ross, Y & Schindler, U. (2002) : Wilson, N. (1995) : Soil and ground water sampling. – Praxishilfe. Einsatz künstlicher Tracer in der CRC Lewis Publishers, Boca Raton / London / Hydrogeologie. – Schweizerische Gesellschaft Tokyo, 188 p. für Hydrogeologie, 80 S. Wittwer, C. (1986) : Sondierbohrungen Böttstein, Selent, K.D. & Grupe, A. (1998) : Die Probenahme Weiach, Riniken, Schafisheim, Kaisten, Leugvon Wasser, ein Handbuch für die Praxis. R. gern – Probenahmen und chemische Analysen Oldenbourg Verlag, München, Wien, 242 S. von Grundwässern aus den Sondierbohrungen. Sherwood Lollar, B., Frape, S.K. & Weise, S.M. Bericht NTB 85-49, Nagra, Baden. (1994) : New sampling devices for environmental characterisation of groundwater and dissolved gas chemistry (CH4, N2, He). Environ. Sci. Technol. 28 (13), 2423–2427.

82 Guide pratique de l'échantillonnage des eaux souterraines