Brevet FR2445523A1 — publié le 19800725

La présente invention concerne un procédé pour mesurer le volume des matières en suspension dans un liquide. On met en oeuvre dans de nombreuses industries, par exemple métallurgique, chimique, pharmaceutique, agro-alimentaire, ou encore dans le contrôle de la pollution, un grand nombre d'opérations ayant trait à la dissolution, à la précipitation ou à la floculation & particules solides. Ces opérations nécessitent souvent la mesure du volume des matières en suspension dans un liquide. La floculation, en particulier, est une opération qui est de plus en plus souvent réalisée du fait de son utilisation croissante dans le processus d'alimentation des agglomérations en eau potable à partir d'eau de surface, ou dans le traitement d'eaux usées par des procédés dits physico -chimiques. Or, il est souhaita ble que la quantité de floculants ajoutés aux liquides â traiter soit optimale, d'une part en vue d'économiser le réactif utilisé, et d'autre part pour optimiser le traitement en floculant le maximum de polluant. La mesure du volume des matières en suspension dans un liquide permet également d'apprécier la qualité d'une eau, que ce soit dans le milieu naturel (lacs, rivières océans), ou que ce soit lors du captage ou du rejet par l'utilisateur. Cette dernière mesure du volume des matières en suspension dans le rejet de l'utilisateur doit en particulier être effectuée avec la plus grande précision, cet utilisateur devant très souvent payer une redevance dont le montant dépend de la teneur en matières en suspension. Les matières en suspension dans un fluide sont couramment mesurées par des méthodes optiques fondées sur l'absorption d'un faisceau lumineux par les particules(opacimétrie) ou la réflexion d'un faisceau sur les particules (turbidimétrie). Ces méthodes sont d'une utilisation facile mais ont l'inconvénient d'être sensibles à la granularité des matières en suspension, c'est-à-dire qu'une même quantité de matières en suspension produit des signaux opacimétriques ou tzbimétriques très différents suivant que la matière est finement divisée sous forme de petits grains, ou au contraire se trouve sous forme de grains très gros. On a par ailleurs montré qu'il était possible de pallier partiellement cet inconvénient en se fondant non pas sur 1'absorptio ou sur la réflexion d'un faisceau lumineux1 mais sur la diffraction. I1 est notamment possible, à l'aide de la diffraction, de déterminer la courbe granulométrique d'un ensemble de grains. par ailleurs, on a remarqué que l'impact écologique du rejet d'un effluent donné dans un milieu naturel tel qu'une rivière dépend non seulement de la teneur en matières en suspension du rejet1 mais également de la répartition granulométrique des particules contenues dans ce rejet. C'est ainsi que deux rejets peuvent avoir une meme teneur en matières en suspension mais que leur impact écologique soit très différent, l'un étant riche en fines particules, l'autre en particules grossières. On a en effet montré que l'impact d'un rejet à granulométrie fine était beaucoup plus sérieux. Or, aucun des procédés mentionnés ci-dessus ne permet de mesurer le volume des matières en suspension dans un liquide, dont la granulométrie est inférieure à une valeur prédéterminée. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, le procédé qu'elle concerne est caractérisé en ce qu'on éclaire un échantillon du liquide à l'aide d'un faisceau laser, ce faisceau étant diffracté à la traversée de l'échantillon, en ce qu'on mesure le flux lumineux diffracté dans au moins deux fenêtres de diffraction, à l'aide de cellules photoélectriques, et en ce qu'on additionne électriquement les signaux pondérés fournis par lesdites cellules phdwélectriques. Les coefficients de la pondération peuvent être déterminés par le calcul. Cependant, de manière préférée, ils sont déterminés par l'expérience en utilisant des suspensions de granulométrie aussi diverses que possible. Pour chaque échantillon, on mesure les signaux fournis par les cellules photoélectriques, ainsi que le volume de matières en suspension. Il est alors possible de calculer les coefficients de pondération par une régression linéaire. L'analyse de la variance des coefficients et du volume permet de vérifier si les fenêtres sont bien choisies. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention ledit liquide est amené en continu entre deux lames transparentes et la diffraction propre des lames est mesurée périodiquement et utilisée pour corriger la valeur obtenue. De préférence, un flux d'un liquide de protection est amené en continu au contact desdites lames. Ce flux permet d'éviter que les matières en suspension ne se déposent sur les lames et faussent ainsi la mesure. Avantageusement, un filtre monochromatique perméable uniquement à la lumière du laser est disposé devant lesdites cellules photoélectriques et le faisceau laser est modulé, le signal électrique retenu étant celui de la fréquence de modulation. Avantageusement également on focalise ledit faisceau préalablement à sa traversée dudit échantillon. Il est ainsi possible d'augmenter la précision de la mesure, et en particulier d'atteindre des diamètres de coupure plus importants. Le-procédé peut notamment être appliqué à la mesure de la floculation desdites matières en suspension, cette floculation étant par exemple réalisée en-continu à l'aide d'un dispositif comprenant un mélangeur pour nn liquide à traiter et au moins un réactif et un décanteur. On peut ainsi déterminer de façon simple le dosage optimal en floculant. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit d'une de ses formes de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif. Le dessin représente schématiquement un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé. Sur ce dessin, ltéchantillon présenté sous forme d'une lame liquide 1 comprise entre deux lames transparentes 2 et 3 est éclairé à l'aide d'un faisceau laser 4. Afin de protéger les lames 2 et 3 des matières en suspension contenues dans le jet 1, on prévoit en outre un balayage 5 d'eau propre entre le liquide 1 porteur de matières en suspension et les lames transparentes 2 et 3. A la traversée de l'échantillon1 le faisceau 4 est diffracté en un faisceau 6 dont le flux est mesure dans deux fenêtres de diffraction, à l'aide de cellules photoélectriques 7 et 8. Les signaux électriques E et E' issus de ces deux cellules sont alors, de façon connue en soi, pondérés et additionnés pour donner un signal proportionnel au volume des matières en suspension d'une granulométrie inférieure à une valeur prédéter minée d c'est-à-dire Vd aE + a'E'. d A titre d'exemple, on peut mesurer le volume de matières en suspension inférieur à 20 microns quelle que soit la granularité de l'ensemble des matières en suspension, en utilisant deux fenêtres de diffraction limitées par des angles solides de S1 = 0,3 s2 = 0,1 I et s3 = 0,04. La précision avec laquelle le volume est obtenu s'accroit lorsque le nombre de fenêtres augmente et elle décroit lorsque les variations relatives des différentes populations granulométriques sont importantes. Ces variations sont cependant faibles si les limites angulaires des fenêtres de diffraction sont choisies en relation avec les populations granulométriques. Cette relation peut s'écrire, si l'on utilise par exemple un laser hélium-néon, s = o8 où d est le diametre de la parti d cule en micron et s la limite angulaire. Sur la Figure, l'échantillon est représenté sous la forme d'un flux compris entre deux lames transparentes. Dans ces conditions, il faut tenir compte de la diffraction des interfaces et mesurer périodiquement cette diffraction en absence d'échantillon pour corriger la valeur obtenue. Cependant, l'échantillon peut également se présenter sous la forme d'un jet. L'appareil peut être rendu insensible aux parasites par une modulation du faisceau laser obtenue par un disque tournant à vitesse constante et percé de trous. Par ailleurs, des filtres optiques placés devant les cellules peuvent ne laisser passer que la lumière ayant la longueur d'onde du laser. Cet agencement permet d'utiliser l'appareil à l'air libre. Comme il va de soi l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus mais en embrasse au contraire toutes les variantes d'exécution. - REVENDICATIONS i - Procédé pour mesurer.le.volume des matières en suspension dans un liquide d'une granulométrie inférieure à une valeur prédéterminée, du type consistant à éclairer un échantillon dudit liquide à l'aide d'un faisceau laser, ce faisceau étant diffracté à la sortie de l'échantillon, caractérisé en ce que l'on mesure, à l'aide de cellules photoélectriques, le flux lumineux diffracté dans au moins deux fenêtres, le rayon inférieur de la fenêtre la plus proche du centre étant tel que la limite angulaire s soit égale à ç , d étant le diamètre d en-dessous duquel les particules sont prises en compte dans le volume, cette formule étant valable pour la longueur d'onde utile d1un laser hélium-néon, et en ce que l'on additionne électriquement les signaux pondérés fournis par lesdites cellules photoélectriques. 2 - Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que ledit liquide est amené en continu entre deux lames transparentes, et en ce que la diffraction propre des lames est mesuree périodiquement et utilisée pour corriger la valeur obtenue. 3 - Procédé selon les revendications i et 2, caractérisé en ce qu'un filtre monochromatique perméable uniquement à la lumière du laser est disposé devant lesdites cellules photoélectriques. 4 - Procédé selon les revendications i à 3 , caractérisé en ce que l'on focalise ledit faisceau préalablement à sa traversée dudit échantillon. 5 - Application du procédé selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisée en ce qu'il est utilisé pour la mesure de la floculation des dites matières en suspension. 6 - Application selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite floculation est réalisée en continu à l'aide d'un dispositif comprenant un mélangeur pour un liquide à traiter et au moins un réactif et un décanteur.