Oxygène dissous
| Tableau 1 : Exigence minimale en matière d'OD | |
Corps | Oxygène dissous minimum (mg/L) |
| Truite | 6.5 |
| Poubelle à petite bouche | 6.5 |
| Larves de tricoptère | 4.0 |
| Larves d'éphémère | 4.0 |
| barbotte | 2.5 |
| Grande tente | 2.0 |
| Larves de moustiques | 1.0 |
L'oxygène gazeux dissous dans l'eau est vital pour l'existence de la plupart des organismes aquatiques. L'oxygène est un élément clé
dans la respiration cellulaire pour la vie aquatique et la vie terrestre. La concentration d'oxygène dissous (FAIRE) en milieu aquatique est un indicateur important de la qualité de l’eau ambiante.
Certains organismes, comme le saumon, les éphémères et la truite, nécessitent de fortes concentrations d'oxygène dissous. D'autres organismes, tels que le poisson-chat, les larves de moustiques et la carpe, peuvent survivre dans des environnements à faibles concentrations d'oxygène dissous. La diversité des organismes est bien plus grande à des concentrations élevées d'OD. Le tableau 1 indique les concentrations minimales d'oxygène dissous nécessaires pour nourrir différents animaux.
- diffusion de l'atmosphère
- Oxygénation due au mouvement de l'eau sur des roches ou des débris
- Oxygénation par le vent ou les vagues
- Photosynthèse des plantes aquatiques
FAIRE Sources
L'oxygène gazeux se dissout dans l'eau par divers processus tels que la diffusion entre l'atmosphère et l'eau, l'oxygénation par l'écoulement de l'eau sur les roches et autres débris, l'agitation de l'eau par les vagues et le vent et la photosynthèse des plantes aquatiques. De nombreux facteurs affectent la concentration d’oxygène dissous dans un environnement aquatique. Ces facteurs comprennent : la température, le débit des cours d’eau, la pression atmosphérique, les plantes aquatiques, la matière organique en décomposition et l’activité humaine.
- Température
- Populations de plantes aquatiques
- Décomposition des matières organiques dans l'eau
- Flux de courant
- Pression atmosphérique et hauteur
- Activité humaine
Facteurs affectant les niveaux d'OD
En raison de l’activité des plantes, les niveaux d’OD peuvent fluctuer au cours de la journée, augmentant tout au long de la matinée et atteignant un maximum l’après-midi. La nuit, la photosynthèse cesse, mais les plantes et les animaux continuent de respirer, provoquant une diminution des niveaux d'OD. Comme des fluctuations quotidiennes sont possibles, les tests de DO doivent être effectués à la même heure chaque jour. De grandes fluctuations des niveaux d’oxygène dissous sur de courtes périodes peuvent entraîner une multiplication des algues. À mesure que la population d’algues augmente rapidement, les niveaux d’oxygène dissous augmentent. Bientôt les algues commencent
mourir et sont décomposés par des bactéries aérobies, qui utilisent l'oxygène. À mesure que davantage d’algues meurent, les besoins en oxygène dus à la décomposition aérobie augmentent, ce qui
entraîne une forte baisse des niveaux d’oxygène. À la suite d’une prolifération d’algues, les niveaux d’oxygène peuvent être si bas que les poissons et autres organismes aquatiques s’étouffent et meurent.
| Tableau 2 | |
| Niveau FAIRE | Pourcentage de saturation de l'OD |
| Sursaturation1 | 101% |
| Excellent | 90 – 100% |
| Approprié | 80 – 89% |
| Acceptable | 60-79% |
| Pauvre | 60% |
La température est un facteur important dans la capacité de dissolution de l’oxygène, car l’oxygène, comme tous les gaz, a des solubilités différentes selon les températures. Les eaux plus froides ont une plus grande capacité en oxygène
dissous que les eaux plus chaudes. L'activité humaine, comme l'enlèvement du feuillage le long d'un cours d'eau ou le rejet d'eau chaude utilisée dans les processus industriels, peut provoquer une augmentation de la température de l'eau le long d'un rétrécissement donné du cours d'eau. Cela se traduit par une moindre capacité du flux à dissoudre l’oxygène.
Niveaux attendus
L'unité mg/L2 est la quantité d'oxygène gazeux
dissous dans un litre d'eau. Lorsqu’on relie les mesures d’OD aux niveaux minimaux requis par les organismes aquatiques, l’unité mg/L est utilisée. La procédure décrite dans ce document couvre l'utilisation d'un capteur d'oxygène dissous pour mesurer la concentration d'OD en mg/L. La concentration d'oxygène dissous peut varier de 0 à 15 mg/L. Les ruisseaux de montagne froids auront probablement des concentrations d'OD allant de 7 à 15 mg/L, selon la température de l'eau et la pression atmosphérique. À leur plus bas niveau, les rivières et les ruisseaux peuvent présenter une concentration d'OD comprise entre 2 et 11 mg/L.
Lors de l’analyse de la qualité de l’eau d’un ruisseau ou d’une rivière, il est pratique d’utiliser une unité autre que le mg/L. Le terme pourcentage de saturation est souvent utilisé pour comparer la qualité de l’eau. Le pourcentage de saturation est la lecture d'oxygène dissous en mg/L divisée par le 100% de la valeur d'oxygène dissous pour l'eau (à la même température et pression de l'air). Le rapport entre le pourcentage de saturation et la qualité de l'eau est indiqué dans le tableau 2. Dans certains cas, l'eau peut dépasser 1 001 TP3T de saturation et devenir sursaturée pendant de courtes périodes.
Résumé des méthodes
L'oxygène dissous peut être mesuré directement sur place ou dans des échantillons d'eau transportés depuis le site. Les mesures peuvent être effectuées sur site, soit en plaçant le capteur d'oxygène dissous directement dans le cours d'eau, loin du rivage, soit en collectant un échantillon d'eau avec un récipient ou une fiole, puis en effectuant des mesures avec le capteur d'oxygène dissous à nouveau sur le rivage. Les échantillons d'eau collectés sur place et transportés au laboratoire dans des bouteilles fermées doivent être conservés dans des récipients contenant de la glace ou au réfrigérateur jusqu'à ce que les mesures soient prises. Le transport des échantillons n'est pas recommandé, car la précision des résultats des tests est réduite.¨C9C
- La sursaturation peut être nocive pour les organismes aquatiques. Cela peut conduire à la maladie appelée maladie des bulles de gaz.
- L'unité mg/L est numériquement égale à ce qu'on appelle les parties par million ou ppm.
Oxygène dissous¨C10C
¨C11C
Comment fonctionne le capteur d'oxygène dissous
membrane¨C12C
membrane
platine (cathode)
¨C13C
Ag/AgCl (anode)
KCl (aq)
Capuchon à membrane
| ¨C14C |
Le capteur d'oxygène dissous est une électrode polarographique de type Clark qui mesure la concentration d'oxygène dissous dans l'eau et les solutions aqueuses. Une cathode en platine et une anode de référence argent/chlorure d'argent dans un électrolyte KCl sont séparées de l'échantillon par une membrane en plastique perméable aux gaz.
¨C15C
capuchon à membrane¨C16C
L’électrode de platine est soumise à une tension fixe. L'oxygène est réduit lorsqu'il diffuse à travers la membrane vers la cathode :
½ O2 + H2O + 2e- 2 OH-
L'oxydation qui a lieu au niveau de l'électrode de référence (anode) est :
Ag + Cl- AgCl + e-
En conséquence, un courant circule proportionnel au taux de diffusion de l’oxygène, et donc à la concentration d’oxygène dissous dans l’échantillon. Ce courant est converti en une tension proportionnelle, qui est amplifiée et lue par l'une des interfaces Vernier.
¨C17C
Stockage du capteur d'oxygène dissous
Suivez ces étapes lors du stockage de l'électrode :
- Stockage à long terme (plus de 24 heures) : Retirez le capuchon de la membrane et lavez l'intérieur et l'extérieur de la membrane avec de l'eau distillée. Secouez le capuchon à membrane pour le sécher. Lavez et séchez également les éléments intérieurs de l'anode et de la cathode exposées (séchez-les avec du papier absorbant de laboratoire). Réinstallez soigneusement le capuchon de la membrane sur le corps de l'électrode pour le stockage. Ne le vissez pas trop fort.
- Stockage à court terme (moins de 24 heures) : stockez le capteur d'oxygène dissous avec l'extrémité de la membrane immergée dans environ 1 pouce d'eau distillée.
Compensation automatique de la température
Le capteur d'oxygène dissous Vernier dispose d'une compensation automatique de la température car il utilise une thermistance incluse dans le corps du capteur. La sortie de température de ce capteur est utilisée pour compenser automatiquement les changements de perméabilité de la membrane dus aux changements de température. Si le capteur n'était pas compensé en température, vous remarqueriez un changement dans la lecture de l'oxygène dissous à mesure que la température changeait, même si la concentration réelle d'oxygène dissous dans la solution ne changeait pas.
Voici deux exemples de fonctionnement de la compensation automatique de température :
- Si vous étalonnez le capteur d'oxygène dissous en laboratoire à 25 °C et à une pression barométrique de 760 mm Hg (en supposant une salinité négligeable), la valeur que vous devez saisir pour le point d'étalonnage de l'oxygène saturé doit être de 8,36 mg/L (voir Tableau 3). Si vous deviez prendre une lecture sur de l'eau distillée saturée en oxygène en remuant avec une agitation rapide et vigoureuse, vous obtiendriez une lecture de 8,36 mg/L. Si l'échantillon d'eau est ensuite refroidi à 10 °C sans agitation supplémentaire, le résultat est de 8,36 mg/L. l'eau, elle ne resterait pas saturée (l'eau froide peut supporter plus d'oxygène dissous que l'eau chaude). Par conséquent, la lecture du capteur d'oxygène dissous compensé en température doit être de 8,36 mg/L.¨C18C
- Cependant, si la solution est refroidie à 10° C et est constamment agité afin qu'il reste saturé par la solution d'oxygène supplémentaire, la compensation de température du capteur devrait produire une lecture de 11,35 mg/L, qui est la valeur indiquée dans le tableau 3. Note: Compensation de température ne veut pas dire que la lecture d'une solution saturée sera la même à deux températures différentes, puisque les deux solutions ont des valeurs différentes
concentrations d'oxygène Oxygène dissous saturé vs. Température
dissous et les lectures du capteur devraient refléter cette différence.
¨C19C
Prélèvement d'échantillons dans l'eau salée océanique ou dans les estuaires
(à des niveaux de salinité supérieurs à 1000 mg/L)
La concentration en oxygène dissous pour l'eau saturée d'air à différents niveaux de salinité, DO(sel), peut être calculée à l'aide de la formule :
FAIRE(sal) = FAIRE – (k•S)
- DO(sel) est la concentration d’oxygène dissous (en mg/L) dans les solutions d’eau salée.
- DO est la concentration en oxygène dissous pour l’eau distillée saturée d’air, déterminée à partir du tableau 3.
- S est la valeur de salinité (en ppt). Les valeurs de salinité peuvent être déterminées à l'aide de l'électrode sélective d'ions chlorure Vernier ou du capteur de conductivité comme décrit dans l'activité 40. Oxygène dissous¨C20C
- k est une constante. La valeur de k varie en fonction de la température et peut être déterminée à partir du tableau 5.
| Tableau 5 : Valeurs de la constante de correction de salinité | |||||||
| Temp. (°C) | Constante, k | Temp. (°C) | Constante, k | Temp. (°C) | Constante, k | Temp. (°C) | Constante, k |
| 1 | 0.08796 | 8 | 0.06916 | 15 | 0.05602 | 22 | 0.04754 |
| 2 | 0.08485 | 9 | 0.06697 | 16 | 0.05456 | 23 | 0.04662 |
| 3 | 0.08184 | 10 | 0.06478 | 17 | 0.05328 | 24 | 0.04580 |
| 4 | 0.07911 | 11 | 0.06286 | 18 | 0.05201 | 25 | 0.04498 |
| 5 | 0.07646 | 12 | 0.06104 | 19 | 0.05073 | 26 | 0.04425 |
| 6 | 0.07391 | 13 | 0.05931 | 20 | 0.04964 | 27 | 0.04361 |
| 7 | 0.07135 | 14 | 0.05757 | 21 | 0.04854 | 28 | 0.04296 |
Exemple : Déterminez la valeur d'étalonnage de l'oxygène saturé DO à une température de 23 °C et à une pression de 750 mm Hg, lorsque le capteur d'oxygène dissous est utilisé dans de l'eau de mer avec une valeur de salinité de 35,0 ppt.
Vous devez d’abord trouver la valeur d’oxygène dissous dans le tableau 3 (OD = 8,55 mg/L). Il faut alors trouver la valeur de k dans le tableau 5 à 23°C (k = 0,04662). Ensuite, vous devez substituer ces valeurs, ainsi que la valeur de salinité, dans l'équation précédente :
OD(sal) = OD – (k•S) = 8,55 – (0,04662 • 35,0) = 8,55 – 1,63 = 6,92 mg/L
Utilisez la valeur de 8,46 mg/L lors de l'étalonnage du point de saturation de l'OD (eau saturée d'air), comme décrit à l'étape 6. Le capteur d'oxygène dissous sera maintenant calibré pour donner les lectures correctes de l'OD dans les échantillons d'eau salée avec une salinité de. 35,0 points.
Important: Pour la plupart des tests d'oxygène dissous, Non il faut compenser la salinité ; Par exemple, si la valeur de salinité est de 0,5 ppt, à 25 °C et 760 mm Hg, le calcul des OD doit être :
OD(sal) = OD – (k•S) = 8,36 – (0,04498 • 0,5) = 8,36 – 0,023 = 8,34 mg/L
À des niveaux de salinité inférieurs à 1,0 ppt, négliger cette correction signifie une erreur inférieure à 0,2%.
