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Introduction
La nitrification — les bactéries oxydant l’ammoniac qui convertissent l’ammoniac en nitrite — est l’un des problèmes les plus tenaces dans un réseau de distribution d’eau potable fonctionnant à la monochloramine. Le chlore résiduel chute, le taux de nitrite augmente et la capacité du réseau à protéger la santé publique s’érode silencieusement.
Lors de la 2026 AWA/IWA Young Water Professionals Conference, les scientifiques spécialisés dans la qualité de l’eau de Sydney Water, Madison Mactal et Michael Ray, ont présenté leurs travaux sur le contrôle de la nitrification grâce à un changement temporaire de désinfectant : le passage de la monochloramine au chlore libre dans 14 réservoirs alimentant environ 105 000 clients. Le programme s’est déroulé en deux itérations d’essais, et la surveillance continue du chlore résiduel a constitué le socle de l’ensemble du processus.
Cet article examine comment la surveillance continue du chlore résiduel de Shanghai ChiMay soutient le type de gestion de la nitrification à l’échelle du réseau démontré par Sydney Water.
Comprendre la nitrification : biologie et chimie
Que se passe-t-il pendant la nitrification ?
Les bactéries oxydant l’ammoniac (AOB) — principalement des espèces de la famille des Nitrosomonadaceae — consomment l’ammoniac dissous dans le réseau de distribution et produisent des nitrites :
NH₃ + O₂ → NH₂OH → NO₂⁻ + H⁺ + énergie
Dans un système à la monochloramine (NH₂Cl = chlore + ammoniac), ce composant d’ammoniac sert de nourriture aux bactéries. À mesure que les AOB se multiplient et consomment l’ammoniac :
- La concentration de monochloramine chute à mesure que l’ammoniac est consommé
- Le taux de nitrite augmente — et le nitrite est un paramètre réglementé
- Le résiduel de désinfectant s’affaiblit
- Le potentiel de repousse du biofilm augmente
- La protection de la santé publique s’érode
Tendances saisonnières
La nitrification s’intensifie par temps chaud, lorsque le métabolisme bactérien s’accélère. L’expérience de Sydney Water a confirmé ce schéma : la nitrification est revenue « d’abord aux robinets des clients puis dans les réservoirs avec le retour de conditions plus chaudes. »
Cela a fait de l’hiver la fenêtre opérationnelle privilégiée pour un changement de désinfectant. L’activité bactérienne y est à son niveau le plus bas, et un rinçage au chlore libre offre les meilleures chances de supprimer durablement l’activité biologique.
Le programme de changement de désinfectant de Sydney Water
Le concept
Passer temporairement de la monochloramine au chlore libre. En l’absence d’ammoniac dans l’eau, les bactéries nitrifiantes s’affament. Une fois le réseau rincé au chlore libre et l’activité biologique supprimée, le retour à la monochloramine s’effectue avec une pression de nitrification nettement inférieure.
L’exécution
Pour un réseau de 14 réservoirs alimentant 105 000 clients, la procédure s’est déroulée comme suit :
- Arrêter le dosage d’ammoniac aux usines de traitement
- Soumettre chaque réservoir à une chloration au point de rupture (breakpoint) — suffisamment de chlore pour oxyder tout l’ammoniac
- Purger les conduites de l’eau à dominante de monochloramine
- Rincer stratégiquement pour faire circuler le chlore libre dans le réseau
- Augmenter progressivement les consignes de chlore afin de limiter les réclamations liées au goût et à l’odeur
- Surveiller en continu sur l’ensemble des points du réseau
- Une fois la nitrification supprimée, réintroduire progressivement l’ammoniac
Essai 1 (2024) : Leçons apprises
Le premier essai n’a pas atteint l’objectif interne de 90 % de désinfection. La nitrification a été supprimée pendant un certain temps, puis est réapparue avec l’arrivée des températures plus chaudes. La chloration au point de rupture n’avait pas été suffisamment poussée et le renouvellement de l’eau des réservoirs devait être plus profond.
Essai 2 (2025) : Résultats améliorés
La nouvelle conception a fixé des consignes de chlore initiales plus élevées, a approfondi le renouvellement des réservoirs et a assuré une coordination plus étroite avec le centre d’exploitation du réseau. Les résultats ont été meilleurs : le nitrite a été efficacement éliminé, les impacts sur les clients ont été limités et aucun détachement de biofilm n’a été observé. L’hiver a été confirmé comme la période optimale.
Comme l’a déclaré Michael Ray, l’essai au chlore libre « pourrait constituer une stratégie efficace pour gérer la désinfection dans un réseau de distribution fortement nitrifié. »
Pourquoi la surveillance continue du chlore résiduel est incontournable
Pendant la bascule
Les opérateurs ont besoin de données en temps réel en plusieurs points pour répondre à quatre questions :
- Le point de rupture a-t-il été atteint ici ? (Apparition de chlore libre)
- Quel est le résiduel actuel ? (Conformité réglementaire et sécurité)
- Le taux de dégradation est-il normal ? (Indicateur de demande biologique)
- Pouvons-nous amorcer le retour à l’état initial ? (Indicateur de stabilité du résiduel)
Pendant la reformation de la monochloramine
Après le retour à la monochloramine, la surveillance permet de détecter :
- La stabilité du chlore total résiduel, qui confirme que la nitrification est toujours supprimée
- Les signes précoces de formation de nitrite, qui indiquent sa résurgence
- Les schémas spatiaux de décroissance du résiduel, qui permettent d’identifier les zones vulnérables
Pour la documentation
Les organismes de réglementation et les équipes internes de qualité exigent :
- Un chronogramme complet de l’événement de bascule
- Les valeurs de résiduel à chaque point de surveillance tout au long du processus
- La preuve que les résiduels sont restés dans les limites réglementaires
- Une documentation post-événement sur l’état de la nitrification
Les transmetteurs de chlore résiduel Shanghai ChiMay fournissent l’ensemble de ces données via une sortie numérique Modbus en continu vers le SCADA, avec un enregistrement local des données en guise de sauvegarde.
Solutions de surveillance Shanghai ChiMay
Transmetteur de chlore résiduel
- Mesure électrochimique ampérométrique
- Plage de 0 à 20 mg/L, résolution de 0,01 mg/L
- Temps de réponse T90 < 60 secondes
- Sortie Modbus RTU/TCP + 4–20 mA
- Maintenance de la membrane/de l’électrolyte tous les 6 mois environ
- Ensemble de capteur rétractable pour la maintenance sans arrêt de l’installation
Instruments complémentaires
Pour une surveillance complète de la gestion de la nitrification :
– pH-mètre : gestion de la spéciation du chlore (l’équilibre HOCl/OCl⁻ dépend du pH)
– Capteur d’azote ammoniacal : mesure directe du substrat alimentant la nitrification
– Capteur multiparamètre 4-en-1 : pH + conductivité + REDOX (ORP) + température dans un seul corps de sonde
Concevoir un réseau de surveillance pour le changement de désinfectant
Combien de points de surveillance ?
Pour un réseau de 14 réservoirs, un réseau opérationnel couvre :
- Sortie de l’usine de traitement (1 à 2 points) : confirme le changement de désinfectant à la source
- Entrée de chaque réservoir (14 points) : vérifie l’eau traitée entrant dans le stockage
- Sortie de chaque réservoir (14 points) : surveille l’eau entrant dans le réseau de distribution
- Extrémités du réseau (5 à 10 points) : les points les plus éloignés du traitement, où les résiduels sont les plus faibles
- Robinets représentatifs des clients (3 à 5 points) : valide la qualité de l’eau au point de consommation
Total : environ 37 à 45 points de surveillance pour une couverture complète.
Architecture de communication
Avec plus de 37 points répartis sur une vaste zone de service, la conception de la communication importe tout autant que le choix des instruments :
- Topologie en bus RS-485 : plusieurs instruments partagent un seul câble de communication, jusqu’à 1 200 mètres par segment de bus
- Modbus TCP sur Ethernet : pour les distances plus longues ou lorsque la fibre est déjà installée
- Cellulaire/sans fil : pour les points distants où la communication filaire n’est pas pratique
Les instruments Shanghai ChiMay prennent en charge à la fois Modbus RTU (RS-485) et Modbus TCP, permettant d’associer différents types de connexion au sein d’un même réseau selon les exigences du site.
Gestion des données
La surveillance continue sur plus de 37 points, avec un échantillonnage toutes les quelques secondes, génère un volume important de données. Une approche judicieuse consiste à :
- Historiseur SCADA : stockage principal, avec affichage des tendances et gestion des alarmes
- Enregistrement local sur l’instrument : stockage de secours en cas d’interruption de communication
- Rapports périodiques : synthèses quotidiennes, hebdomadaires et mensuelles automatisées pendant les opérations de bascule
- Analyse post-événement : étude détaillée des séries temporelles après chaque opération pour identifier les axes d’amélioration
Considérations relatives au déploiement saisonnier
Sydney Water a identifié l’hiver comme la période privilégiée ; les instruments doivent donc fonctionner dans des conditions froides :
- Électronique du transmetteur certifiée pour une température ambiante allant jusqu’à -10 °C
- Le temps de réponse de l’électrode peut légèrement s’allonger dans l’eau froide (compensé par le firmware du transmetteur)
- Les conduites d’échantillonnage doivent être isolées ou équipées d’un cordon chauffant en cas de risque de gel
- Les systèmes de batterie de secours doivent être adaptés au déchargement à basse température
Pour les services d’eau situés sous des climats tropicaux ou subtropicaux, où la pression de nitrification s’exerce tout au long de l’année, les performances par temps chaud constituent un enjeu majeur. Les instruments Shanghai ChiMay sont certifiés jusqu’à +60 °C en température ambiante, ce qui convient parfaitement aux installations tropicales dotées d’une ventilation d’enceinte appropriée.
Sources
- Inside Water Australia, « Drinking water treatment innovation targets shifting risks », 9 septembre 2026. https://insidewater.com.au/drinking-water-treatment-innovation-risks
- AWA/IWA Young Water Professionals Conference 2026, Pullman Melbourne On The Park, 5–6 août 2026.
- Pure Water Atlas, « Polyphosphate in Drinking Water », juin 2026. https://purewateratlas.com/contaminants/polyphosphate
- IWA Water Quality Research Journal, « Removal of trihalomethanes from high organic matter water sources using aeration: A feasibility study », vol. 55, n° 2, 2020, p. 184–197. https://iwaponline.com/wqrj/article/55/2/184/71725/
- Mordor Intelligence, « Water and Wastewater Sensors Market », 2026.
- US EPA, « National Primary Drinking Water Regulations ». https://www.epa.gov/ground-water-and-drinking-water/national-primary-drinking-water-regulations
- OMS, « Directives pour la qualité de l’eau boisson », 4e édition, 2017.
À propos de l’auteur : Cet article a été préparé par l’équipe d’ingénierie d’application de Shanghai ChiMay. Shanghai ChiMay fabrique des transmetteurs de chlore résiduel en ligne et des analyseurs de la qualité de l’eau pour les réseaux municipaux de distribution d’eau.
