ANALYSE DES EAUX LACUSTRES PAR DES TECHNIQUES SPECTROMETRIQUES

Prélèvements et conservation des échantillons

Nous avons fait nos prélèvements d’échantillons au mois de Février 2017 en commençant par le lac Mantasoa, puis Ampefy et enfin à Mandroseza. Nous avons choisi de faire deux prélèvements pour chaque échantillonnage : un au bord et un plus au milieu du lac. Pour le transport des échantillons nous avons nettoyé préalablement et rincer à l’acide des bidons de 5 litres. Pour préserver nos échantillons, nous n’avons pas ajouté de l’acide pour ne pas influencer la concentration des éléments minéraux présents. Nous avons placé les échantillons au frais à 4°C dans une glacière contenant des glaçons, pour la conservation, selon les consignes du laboratoire Bureau de la Sécurité des Laboratoire (BSL)1 . Une géolocalisation par GPS permet de déterminer le lieu de prélèvement comme l’indique la figure 4) Figure 4: Géolocalisation du prélèvement au lac Mantasoa (Long 47°55’Est , Lat 19°00’ Sud) II. Méthodologie d’analyse Nous avons bénéficié de trois (03) méthodes d’analyse différentes : la spectrométrie d’absorption atomique (AAS) qui est disponible dans le laboratoire de la CNRE (Centre National de Recherche sur l’Environnement), la spectrophotométrie utilisée dans le laboratoire de la JIRAMA (Jiro sy Rano Malagasy) et l’analyse volumétrique, également employée par cette société. 1 http 1 : www.labobsl.com consulté le 07/02/2017 15 II.1. Spectrométrie d’absorption atomique(AAS) Nous nous sommes servis de l’absorption atomique à flamme du CNRE pour effectuer nos analyses. La spectrométrie d’absorption atomique (AAS) est une technique décrite pour la première fois par Walsh (1955). Elle permet d’étudier l’absorption de la lumière par des atomes libres. C’est une des principales techniques mettant en jeu la spectroscopie atomique dans le domaine UVvisible utilisée en analyse chimique. Elle permet de doser une soixantaine d’éléments chimiques (métaux et non-métaux). Les applications sont nombreuses étant donné qu’on atteint couramment des concentrations inférieures au mg.l-1 (%o). (El hajji, 2010) 

Principe

L’absorption atomique de flamme est une méthode qui permet de doser essentiellement les métaux en solution. Cette méthode est très efficace. L’absorption est utilisée généralement pour faire un dosage d’un élément d’intérêt en déterminant sa concentration. L’analyse se base sur l’absorption de photons par des atomes à l’état fondamental, et on utilise à cet effet en général des solutions sous forme d’aérosol sauf dans le cas des hydrures. (El hajji, 2010) 

Appareillage

L’appareil est constitué d’une source lumineuse émettant un rayonnement spécifique de l’élément à doser, d’un brûleur et un nébuliseur, d’un monochromateur et d’un détecteur relié à un amplificateur et un dispositif d’acquisition (figure 5). 16 Figure 5: Dispositif expérimental de l’AAS La source lumineuse est une lampe à cathode creuse telle qu’indiquée à la figure 6. Cette source doit émettre le spectre de l’élément dosé. Elle est constituée par une enveloppe de verre scellée et pourvue d’une fenêtre en verre ou en quartz contenant une cathode creuse cylindrique et une anode. La cathode est constituée de l’élément que l’on veut doser. Un vide poussé est réalisé à l’intérieur de l’ampoule qui est ensuite remplie d’un gaz rare (argon ou néon) sous une pression de quelques mm de Hg. Lorsqu’on applique une différence de potentiel de quelques centaines de volts entre les deux électrodes, une décharge s’établit. Le gaz rare est alors ionisé et ces ions bombardent alors la cathode, arrachant des atomes à celle-ci. Ces atomes sont donc libres et sont excités par chocs : il y a émission atomique de l’élément constituant la cathode creuse. La particularité du rayonnement ainsi émis est qu’il est constitué de raies très intenses et très fines. Figure 6: Lampe à cathode creuse .L’échantillon à analyser étant en solution. On doit le transformer en gaz. Ainsi, la solution est aspirée au moyen d’un capillaire par le nébuliseur. A l’orifice du nébuliseur, du fait de l’éjection d’un gaz à grande vitesse, il se crée une dépression (effet Venturi). La solution d’analyse est alors aspirée dans le capillaire et à la sortie, elle est pulvérisée en un aérosol constitué de fines gouttelettes. Cet aérosol pénètre alors dans la chambre de nébulisation dont le rôle est de faire éclater les gouttelettes et d’éliminer les plus grosses. Ce brouillard homogène pénètre alors dans le brûleur. L’aérosol pénètre dans le brûleur puis dans la flamme. Au bout d’un certain parcours au seuil de la flamme, le solvant de la gouttelette est éliminé, il reste les sels ou particules solides qui sont alors, vaporisés puis atomisés. La flamme air/acétylène est la plus répandue et permet de réaliser le dosage de nombreux éléments. Sa température est de 2500°C environ. Nous tenons à signaler que les flammes acétylène/air sont faciles d’emploi mais ne permettent pas de grandes limites de détection (environ 100μg.l -1 ). Pour atteindre une meilleure limite de détection, on peut également utiliser un four cylindrique en graphite pour atomiser l’échantillon à la place d’une flamme. La lumière qui quitte la source n’est pas monochromatique. On obtient un spectre de raies contenant : les raies de l’élément à doser, les raies du gaz de remplissage dans la source, les raies d’éventuelles impuretés, les raies de l’atomiseur (flamme). Le rôle du monochromateur consiste à éliminer toute la lumière, quelle que soit son origine, ayant une longueur d’onde différente de celle à laquelle on travaille. Le faisceau arrive ensuite sur le détecteur. Ce dernier mesure les intensités lumineuses nécessaires au calcul des absorbances. Il est relié à un amplificateur et un dispositif d’acquisition. On détermine : Absorbance spécifique = Absorbance totale – Absorbance non spécifique L’absorption spécifique est due à l’élément à doser (sur une raie). L’absorption non spécifique est due à l’absorption continue de la matrice. (El hajji, 2010). La figure 7 représente le spectrophotomètre d’absorption atomique des laboratoires CNRE. 18 Figure 7: Spectromètre d’absorption atomique (CNRE)

Manipulation

Nous avons choisi la lampe à fente utilisée selon l’élément à déterminer. Lorsqu’on place la lampe, il faut l’ajuster de façon à ce qu’elle soit alignée à la fente. Le réglage de la longueur d’onde se fait manuellement, d’abord par ajustement de la valeur selon des données préétabli pour chaque élément contenu dans un cahier de charge. Puis, cette valeur est corrigée par une première mesure sur de l’eau distillée. Cette valeur doit augmenter puis atteindre un maximum et commencer à redescendre de façon à avoir une courbe gaussienne. La valeur maximale du photomultiplicateur correspond à sa valeur optimale. On doit noter cette valeur et la date de l’analyse dans le cahier de charge. Puis nous procédons à l’étalonnage de l’appareil. Dans les paramètres d’étalonnage, nous avons sélectionné comme méthode de traitement le mode « Normal » qui correspond à un ajustement linéaire moindres carrés. On introduit le nombre de solutions étalons (04 solutions étalons préalablement préparées pour chaque élément analysé) et leur concentration théorique pour le tracé de la courbe d’étalonnage. Toutes ces étapes doivent être sauvegardées puis chargées chaque fois que nous voulons analyser un échantillon.. L’analyse se fait toujours sur un prélèvement de 100ml de chaque solution dans un erlenmeyer marqué. Nous présentons à la figure 8 les échantillons d’eaux lacustres que nous avons analysés.