Une option plus simple, plus rapide et plus rentable pour mesurer l'azote total

Taylor Reynolds

Le test en kit dédié à l'analyse de l'azote total a été développé dans le but de proposer aux utilisateurs une méthode de test unique pour le dosage du taux d'azote total dans les eaux de procédés et les eaux usées. Traditionnellement, les utilisateurs devaient analyser l'azote total Kjeldahl (TKN), les nitrates et les nitrites, puis les additionner pour obtenir la valeur de l'azote total.  Ce nouveau test de l'azote total en kit est plus rapide, plus sûr, plus précis et moins cher que la méthode traditionnelle.

La concentration en azote total (TN) est devenue un sujet de préoccupation en raison de son impact sur l'eutrophisation des sources d'eau. Et comme de plus en plus d'États américains fixent des limites pour l'azote total, il est désormais primordial de pouvoir le doser de manière exacte. Malheureusement, la multitude des laboratoires effectuant ces analyses et la variabilité des méthodes utilisées peuvent donner des résultats finaux disparates. Par ailleurs, bon nombre des méthodes de dosage actuelles sont chronophages, coûteuses, voire dangereuses à utiliser pour les techniciens de laboratoire.

"Les méthodes existantes introduisent de la variabilité et des erreurs humaines dans le mélange, elles sont donc évidemment perfectibles", indique Taylor Reynolds, responsable marketing de l'analyse environnementale et agricole.

Les méthodes d'analyse traditionnelles de l'azote total sont sensibles à la variabilité

La méthode de mesure de l'azote total probablement la plus répandue consiste à additionner l'azote total Kjeldahl (TKN), les nitrites et les nitrates, ce qui nécessite trois tests distincts. L'azote total n'est pas défini comme un analyte en tant que tel dans le règlement 40 CFR Part 136 de l'U.S. EPA. Chaque État américain a donc la charge de définir les méthodes et le matériel à utiliser ainsi que la façon de procéder pour tester l'azote total sur son territoire. La plupart des États ont choisi de le définir comme la somme de TKN + nitrites + nitrates (dosage par addition). Même s'il s'agit d'une méthodologie robuste et si les laboratoires possèdent déjà le matériel requis pour le test, cette solution présente quelques inconvénients évidents :

• Longueur du processus : l'analyse complète dure au moins 2,5 h.
• Technique dangereuse : le test doit être effectué sous une hotte, en raison du risque d'éclaboussures et d'exposition à des acides.
• Production de déchets : du fait des acides et des liquides.
• Erreurs de précision : chaque test présente sa propre précision. Lorsque les résultats d'analyse sont additionnés entre eux, la précision du total dépend de la somme de toutes les marges d'erreur des tests.
• Étapes complémentaires éventuellement nécessaires : les niveaux élevés de nitrates dans les effluents font chuter le résultat de l'azote total Kjeldahl. Il est alors nécessaire d'ajouter des étapes supplémentaires pour réduire ces nitrates en ammoniac.

De plus, le dosage par addition comporte une certaine marge de manœuvre, car il existe de nombreuses méthodes différentes pour mesurer les nitrites et les nitrates. Dans l'Iowa, par exemple, on a découvert que les opérateurs de certaines usines confiaient leurs échantillons à plusieurs laboratoires utilisant des méthodes différentes. Les opérateurs épluchaient ensuite les données, choisissaient les valeurs les plus basses, puis les additionnaient pour obtenir une valeur d'azote total conforme à la réglementation. "Cette façon de procéder n'est pas idéale pour surveiller la santé des plans d'eau et engage sur une pente glissante, car elle introduit dans les usines de la variabilité et des erreurs", affirme M. Reynolds. "Même lorsque le contexte est moins ambigu, je n'ai pas encore trouvé de technicien de laboratoire à l'aise avec le test du TKN".

Un test plus récent repose sur la chimiluminescence. Il consiste à injecter une petite quantité d'échantillon dans un module d'ionisation. L'ioniseur fonctionne à 720 °C. La couleur de la flamme, qui change lors de l'injection de l'échantillon, est corrélée au taux d'azote total. Cette méthode présente quelques inconvénients :

• Absence de validité réglementaire : cette méthode est loin d'être idéale pour la conformité réglementaire, car, à 720 °C, tout l'azote de l'échantillon est converti, y compris les espèces minérales de l'azote qui ne sont pas considérées comme biodisponibles (sable, gravier, sédiments) et qui n'influent pas sur la santé des cours d'eau. Et comme les espèces minérales sont prises en compte, on obtient des valeurs d'azote total artificiellement hautes. Cette méthode ne peut donc être utilisée qu'en tant que référence interne.
• Requiert un équipement spécial : la chimiluminescence nécessite un équipement sophistiqué qui n'est pas disponible dans tous les laboratoires, comme un catalyseur au platine, cher à remplacer et complexe à utiliser. En fin de compte, le laboratoire s'engage à acheter un instrument qui ne servira qu'à un seul type d'analyse.

"Beaucoup de problèmes peuvent survenir avec ces tests, en particulier concernant la répétabilité des résultats et la fiabilité, mais il n'existe aucune alternative pour l'instant", déclare M. Reynolds.

Un test standardisé de l'azote total donne des résultats fiables

Dans l'Iowa, des laboratoires sont actuellement en train de tester une nouvelle méthodologie de dosage de l'azote total qui donne des résultats prometteurs en termes de fiabilité, de répétabilité et de facilité d'utilisation. Ce test repose sur une réaction chimique connue sous le nom de digestion Koroleff. L'opérateur dépose simplement un échantillon dans un tube de digestion et ajoute de l'hydroxyde de sodium et du persulfate de potassium, qui oxyde tous les dérivés azotés et les convertit en nitrates. Une fois le processus de digestion terminé, une plus petite quantité de l'échantillon est transférée dans un autre flacon et des réactifs chromogènes sont ajoutés, créant une coloration rose clair ou rose foncé en fonction de la concentration. Une analyse d'absorption réalisée avec un spectrophotomètre permet de déterminer le taux d'azote total de l'échantillon.

Test spectrophotométrique de l'azote total en kit

Ce nouveau test permet de disposer d'un test standardisé pour l'azote total. Il offre aussi plusieurs autres avantages indéniables :

• Simplicité d'utilisation : un test unique donnant un résultat de TN unique, et des étapes simplifiées par rapport aux autres options.
• Sécurité : le test ne nécessite pas de hotte, car tout se fait dans des récipients clos.
• Aucun équipement spécial requis : le test peut être réalisé sur n'importe quel spectrophotomètre de laboratoire.
• Vitesse : un test de TN dure environ une heure. "L'objectif d'un laboratoire commercial est de lancer le plus grand nombre de tests possible dans la journée pour maximiser les rentrées d'argent", déclare M. Reynolds. "Ce nouveau test permettra d'accélérer la cadence d'analyse".
• Réduction de l'incertitude : plutôt que d'effectuer trois tests différents pour le TKN, les nitrites et les nitrates et d'ajouter les résultats, utiliser un seul et même test maximise le degré de confiance que l'on peut avoir dans les résultats.
• Coûts réduits : comme le test du TN utilise des équipements de laboratoire existants, son utilisation coûte autour de 3,75 $, comparé aux 15 $ d'un test complet de dosage par addition.

Ce test est utilisé en Europe et dans le monde entier depuis plusieurs dizaines d'années et est actuellement en cours de lancement sur le marché de l'Amérique du Nord. La dernière mise à jour de l'EPA concernant les méthodes d'analyse date de 2017, mais les acteurs industriels espèrent que l'EPA promulguera cette nouvelle méthode de dosage du TN pour unifier les tests dans le pays.

"Les méthodes par agrégation, courantes dans l'industrie, introduisent de la variabilité et des possibilités d'erreur", affirme M. Reynolds. "Si un opérateur observe une variabilité dans ses résultats d'analyse, ce n'est certainement pas à cause de la qualité du test. Ce nouveau test peut faire disparaître cette variabilité".