Dosage du dioxygène dissous

  
Dernière mise à jour : 21 janvier 2000
 

• Introduction

La concentration en oxygène d'un milieu aquatique peut constituer un indicateur de pollution car les matières oxydables rejetées dans l'environnement sont à l'origine d'une diminution de la concentration du dioxygène dissous dans l'eau. Il s'agit de matières organiques (excréments animaux et humains, rejets des industries agroalimentaires) et de matières minérales réduites (rejets industriels). En effet, parvenus dans les eaux de surface, ces rejets sont oxydés biologiquement et chimiquement, oxydation nécessitant du dioxygène. Il en résulte un appauvrissement du stock de dioxygène disponible et la mort d'organismes aquatiques aérobies. L'accumulation des cadavres aggrave encore le phénomène puisqu'il s'agit de matières organiques oxydables.
Le dosage du dioxygène dissous peut être réalisé soit en utilisant un kit colorimétrique soit par une mesure électrochimique utilisant une électrode de Clark ("sonde à oxygène"). Seul le protocole d'utilisation de cette dernière est présenté ici. A partir de la concentration en dioxygène dissous, on pourra calculer le pourcentage de saturation.
 

• Principes

L'électrode de Clark comporte une cathode en platine et une anode en argent plongeant dans un électrolyte. L'ensemble électrodes - électrolyte est séparé du milieu étudié par une membrane perméable au dioxygène mais imperméable à l'eau et aux ions. Une tension de polarisation d'environ 0.7 V est appliquée entre les deux électrodes. Le dioxygène diffusant à travers la membrane est réduit en eau par les électrons libérés à la cathode et le courant qui s'établit entre les deux électrodes est proportionnel à la concentration en dioxygène dans l'électrolyte et donc dans le milieu. Le très faible courant produit est amplifié et converti en une tension proportionnelle à la concentration en dioxygène.

Toutefois, la concentration de l'électrolyte en dioxygène dépendant non seulement de la concentration du milieu mais aussi de sa vitesse de diffusion à travers la membrane, elle est influencée par les facteurs externes tels que la température, la pression et la concentration en sels. Ceci rend nécessaire une correction des mesures, effectuée automatiquement par certains appareils.

• Matériel
  • Oxymètre autonome pour mesures sur le terrain ou oxymètre de laboratoire.
  • Thermomètre si la sonde utilisée n'est pas compensée en température.
  • Solution zéro (solution saturée de dithionite de sodium).
  • Eau distillée saturée en oxygène moléculaire dissous (par agitation violente).
  • Flacon à bouchon étanche  de 250 mL (mesures en laboratoire).
• Entretien de l'électrode de Clark

Les principaux problèmes rencontrés dans l'utilisation de l'électrode de Clark sont liés aux défauts d'entretien.
• Rincer soigneusement la sonde avec de l'eau distillée après chaque séance.
• Maintenir la sonde dans l'eau distillée entre les séances.
• Régulièrement, en fonction de la fréquence d'utilisation, nettoyer les électrodes avec un chiffon doux et changer l'électrolyte.
• Mettre la sonde sous tension pendant une quinzaine de minutes (polarisation) avant l'étalonnage.
• Etalonner l'électrode avant chaque séance et noter la température d'étalonnage.

• Protocole
  • Etalonnage
  
  L'étalonnage est une opération indispensable qui doit être répétée avant chaque série de mesures.
  Le réglage du zéro se fait en trempant l'électrode dans la solution de dithionite, celle du 100 % de saturation dans de l'eau distillée saturée en dioxygène dissous après un rinçage soigneux de l'électrode. Se reporter à la fiche technique de l'appareil pour le réglage de l'amplification et du décalage.
   
  • Mesures
    • Sur le terrain
    
    Placer la sonde dans l'eau jusqu'à stabilisation de la valeur lue. Si la vitesse du courant est insuffisante pour donner des valeurs stables, décrire lentement des ronds dans l'eau avec la sonde. Noter la valeur affichée par l'oxymètre. Refaire quelques mesures dans la même zone et prendre la moyenne des mesures. Mesurer et noter la température de l'eau de la même façon.
    Si l'on ne dispose pas d'un oxymètre portable, remplir à ras bord un flacon de 250 mL de façon à ne pas emprisonner d'air et fermer le bouchon.
    • Au laboratoire
    
    Enlever le bouchon du flacon et placer la sonde dans l'eau. Attendre la stabilisation de l'affichage et noter la valeur affichée. Mesurer et noter la température de l'eau.

• Correction des valeurs
  • Pour la température
  
  La plupart des oxymètres portables ou de paillasse sont munis d'un système de compensation automatique de la température mais les instruments à bon marché en sont dépourvus. Dans ce cas, il faut calculer la valeur corrigée selon l'exemple et le tableau ci-dessous.
  • Pour la salinité
  
  La plupart des eaux douces ont une concentration en sels suffisamment faible pour ne pas nécessiter de correction. Pour les eaux saumâtres et salées, si la sonde n'est pas compensée automatiquement, il faut appliquer un coefficient correcteur aux valeurs obtenues. Il faut pour cela connaître la salinité de l'eau et sa température. Se reporter à l'exemple et au tableau ci-dessous.
  • Exemple de correction de température :
  
   

  Température	Solubilité de l'O2 à cette température  (lue dans le tableau ci-dessous)
  d'étalonnage du capteur : 20°C	9.1 mg/L
  de l'échantillon d'eau : 15°C	10.1 mg/L

  Valeur lue sur l'appareil : 6 mg/L
  Valeur réelle corrigée : 6 x 10.1 / 9.1 = 6.6 mg/L

  • Exemple de correction pour la salinité.
  La correction utilise le facteur correctif présenté dans la troisième colonne du tableau ci-dessous. Le facteur correctif correspondant à la température de l'eau est à multiplier par le nombre de g/L de sels totaux dans l'eau. Le produit est à retrancher de la concentration mesurée. Cette correction est linéaire jusqu'à 35 g/L de sels totaux dans l'eau.
  Exemple pour une eau salée à 30 g/L analysée à 18°C et saturée en dioxygène :
   

  Température de l'eau en °C :	18
  Concentration théorique  en dioxygène en mg/L	9.5
  Salinité de l'eau  en g/L	30
  Facteur correctif à 18°C	0.05

  Valeur à retrancher : 0.05 x 30 = 1.5
  Concentration théorique en O₂ : 9.5 -1.5 = 8 mg/L

• Calcul du pourcentage de saturation


Le pourcentage de saturation en dioxygène est égal au rapport entre la concentration mesurée dans des conditions données et la concentration d'une eau saturée en dioxygène dans des conditions identiques.
Si Cr est la concentration mesurée (et corrigée le cas échéant) et Cs la concentration saturante à la même température, le pourcentage de saturation est égal à : Cr / Cs.

Tableau de correction pour la température et la salinité
 

Température en °C	Concentration en dioxygène (en mg/L) dans une eau en équilibre avec l'atmosphère .	Facteur correctif pour les eaux salines
0	14,6	0,0875
1	14,2	0,0843
2	13,8	0,0818
3	13,5	0,0789
4	13,1	0,076
5	12,8	0,0739
6	12,5	0,0714
7	12,1	0,0693
8	11,8	0,0671
9	11,6	0,065
10	11,3	0,0632
11	11,0	0,0614
12	10,8	0,0593
13	10,5	0,0582
14	10,3	0,0561
15	10,1	0,0545
16	9,9	0,0532
17	9,7	0,0514
18	9,5	0,05
19	9,3	0,0489
20	9,1	0,0475
21	8,9	0,0464
22	8,7	0,0453
23	8,6	0,0443
24	8,4	0,0432
25	8,3	0,0421
26	8,1	0,0407
27	8,0	0,0403
28	7,8	0,0389
29	7,7	0,0382
30	7,6	0,0371