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Origine de l’eau sur la Terre
La Terre s’est formée il y a 4,5 milliards d’années, par accrétion, c’est-à-dire par agglomération de roches et poussières rocheuses. Aujourd’hui encore, les scientifiques (principalement les géologues et les cosmo-chimistes) ne sont pas unanimes quant à l’origine de l’eau sur la Terre :
certains pensent que cette eau provient de météorites, des chondrites carbonées précisément. Ces météorites peuvent renfermer jusqu’à 10% d’eau. Tombées en abondance sur Terre à la fin de la formation de la planète, elles auraient transporté suffisamment d’eau pour transformer la planète ;
pour certains scientifiques, les roches constituant la Terre auraient contenu des molécules d’eau. Lors de l’intense activité volcanique, il y a 4,4 milliards d’années, les gaz contenus dans le magma se sont échappés. Une atmosphère contenant de la vapeur d’eau a ainsi fait son apparition tout autour de la Terre. C’est la théorie du dégazage ;
pour d’autres chercheurs, c’est le bombardement de comètes – constituées de 80% de glaces et de poussières – qui aurait apporté l’eau sur la jeune planète. De la vapeur d’eau se serait formée et aurait donné naissance à une atmosphère. Quoi qu’il en soit, cette couche de gaz avait alors protégé la surface des rayonnements UV du Soleil et accentué son refroidissement. La vapeur d’eau pouvait alors se condenser et former une épaisse couche nuageuse. Un déluge de plusieurs millions d’années aboutit à la formation des océans, il y a 4,2 milliards d’années. Ces pluies torrentielles sculptèrent la surface du globe et immergèrent une partie de la croûte terrestre, formant ainsi les premiers océans. Le gaz carbonique, un puissant gaz à effet de serre, très abondant dans l’atmosphère de la jeune planète, se dissout peu à peu dans l’eau. Il réagit avec le Calcium des roches et forma du calcaire. La dissolution d’une grande partie du CO2 permit à la Terre de continuer à se refroidir jusqu’à une température proche de celle que nous connaissons aujourd’hui.Les deux éléments, hydrogène et oxygène, qui constituent la molécule d’eau, étant très répandus dans l’Univers, la molécule d’eau est présente dans tout le cosmos, essentiellement sous forme de glace ou de vapeur. Seulement, dans quelques rares situations, lorsque certaines conditions sont réunies (température et pression), on retrouve de l’eau en phase liquide. C’est le cas pour notre planète qui est suffisamment massive et qui bénéficie d’une position privilégiée dans notre système solaire puisqu’elle est à bonne distance du Soleil pour que l’eau y soit présente dans ses trois phases : liquide, solide et vapeur. [TROUILLET, 2012]
Propriétés physico-chimiques de l’eau
a) Structure de la molécule d’eau
La molécule d’eau est composée de deux atomes d’hydrogène (H) reliés à un atome d’oxygène (O). Sa formule chimique est H2O . Dans une molécule d’eau, l’atome d’oxygène s’unit à deux atomes d’hydrogène par l’intermédiaire de 2 liaisons chimiques (liaisons de covalence). Chaque liaison s’opère par la mise en commun d’électrons entre chaque atome.Les études spectroscopiques montrent que l’angle H-Ô-H est de 104,5° et que la distance interatomique d O-H = 95,7 pm soit 9,57.10-11 m.L’oxygène étant beaucoup plus électronégatif que l’hydrogène, le doublet d’électrons de chaque liaison O-H se déplace donc vers l’atome d’oxygène. Cela se traduit par un excédent de charges négatives sur l’atome d’oxygène (d’où l’apparition de 2 charges négatives partielles notées δ–) et un déficit sur l’atome d’hydrogène (d’où l’apparition de 2 charges positives partielle notées δ+, la molécule étant électriquement neutre) (cf. Figure 2). On dit que les deux liaisons O-H sont polarisées. La molécule d’eau est donc polaire (on dit aussi dipolaire). L’eau a un moment dipolaire de 1,83 D.A leur tour les molécules d’eau ont tendance à s’unir entre elles. Lorsque deux molécules d’eau sont en présence l’une de l’autre, elles ont tendance à s’unir par une liaison électrostatique entre un noyau d’hydrogène chargé positivement et le nuage électronique entourant le noyau d’oxygène. Cette liaison dite « liaison hydrogène » a tendance à réaliser l’alignement H-O-H . Elle confère à l’eau des propriétés particulières dans ses différents états, gazeux,liquide, solide.
b) Diagramme des phases de l’eau
Le diagramme des phases de l’eau (cf. Figure 4) illustre les domaines de température et de pression où l’eau se trouve à l’état gazeux, liquide et solide. Il montre que le point triple correspond à une température de 0,01°C et une pression de 6,15 hPa soit 6,15.10-3 bars. En dessous du point triple, l’eau ne peut pas exister sous forme liquide. La courbe de changement de phase liquide-vapeur (appelée courbe de vaporisation) est limitée supérieurement en un point appelé point critique. Au-delà de ce point, l’eau devient un fluide supercritique qui possède la propriété de dissoudre des substances insolubles dans l’eau en dessous du point critique.La pente de la courbe de fusion (changement de phase liquide-solide) est négative dans un large domaine de pression pour une température proche de celle du point triple. Cela explique qu’une augmentation de la pression favorise la fusion de la glace A basse pression, et à basse température, l’eau interstellaire est présente sous forme de vapeur ou de glace amorphe. En effet, selon la température et la pression, la glace d’eau peut présenter différents types de structure cristalline. Sur Terre, elle se présente sous la forme d’un réseau hexagonal. Entre -70°C et -140°C, elle est sous forme de réseau cubique. Aux températures inférieures à -140°C, elle est amorphe (forme la plus répandue dans le milieu interstellaire).
c) Propriétés physiques de l’eau
• Propriétés thermodynamiques
L’eau présente certaines anomalies : elle se contracte à la fusion et a une densité maximale à 3,98°C. Au-delà, son coefficient de dilatation est important. Sa compressibilité est faible. A quantités de matière égales, la glace occupe un plus grand volume que l’eau liquide. Cela est dû aux liaisons H. En établissant ses liaisons, les molécules d’eau adoptent une disposition spatiale qui conduit à une structure peu compacte pour la glace et à un comportement très particulier : la glace étant moins dense que l’eau liquide, la glace flotte sur l’eau. Peu de substances possèdent cette caractéristique : l’eau, le bismuth et l’antimoine. Son enthalpie de vaporisation donne une constante de Trouton anormale,voisine de 26. (Cette constante, quotient de la chaleur molaire de vaporisation par la température absolue d’ébullition, est l’entropie molaire de vaporisation. Elle est de 21 pour la plupart des substances.) Sa chaleur spécifique entre 14,5 et 15,5°C a servi à définir la calorie, qui est la quantité de chaleur nécessaire pour faire parcourir un tel échauffement à un gramme. Elle décroît au-delà et passe par un minimum au voisinage de 35°C. Les températures de changement d’état de l’eau sont élevées. A la pression atmosphérique (1 013,25 hPa) : Tfusion = 0°C et Tébullition= 100°C. Ces températures définissent le 0 et le 100 de l’échelle Celsius.Cela témoigne d’un milieu où les molécules sont très associées. Les liaisons hydrogène sont assez difficiles à briser. Elles confèrent donc une grande stabilité physique à ces deux phases de l’eau.
• Autres propriétés physiques de l’eau
La viscosité de l’eau est relativement faible, sa conductibilité thermique est quinze fois plus petite que celle du mercure. C’est un liquide très mouillant vis-à-vis du verre, qu’il recouvre parfaitement d’une mince pellicule avec un angle de raccordement pratiquement nul. L’eau liquide est transparente sous faible épaisseur, bleue sous grande épaisseur. Opaque dans l’infrarouge, c’est un filtre calorifique. Sous 1cm, elle absorbe toutes les longueurs d’onde supérieures à 1,4μm. Son absorption dans l’ultraviolet est importante vers 186nm. Sa constante diélectrique est l’une des plus élevées. La conductivité électrique de l’eau ultra-purifiée est très faible. [POTIER, 2011]
d) Propriétés chimiques
A l’état liquide, l’eau est un excellent solvant. Elle a une forte tendance à dissoudre d’autres éléments, qu’ils soient solides, liquides ou gazeux. Elle peut aussi dissoudre des gaz présents dans l’air comme l’oxygène et le dioxyde de carbone.
• Autoprotolyse de l’eau
L’eau se dissocie naturellement en ion oxonium H3O+ (aussi appelé hydronium) et ion hydroxyde OH– : 2 H2O = H3O+ + OH–
La réaction est dite d’autodissociation ou d’autoprotolyse. Dans cette réaction, l’eau joue à la fois le rôle d’acide et de base : comme acide, elle perd un proton H+ et devient l’ion hydroxyde OH– ; comme base elle gagne un proton H+ et devient l’ion oxonium H3O+. On dit donc que c’est une espèce amphotère ou un ampholyte.La constante d’équilibre de cette réaction est très faible (10-14 à 25 °C) ; le nombre d’ions oxonium et hydroxyde formés est donc très minoritaire devant le nombre de molécules d’eau.Du fait de l’équilibre, à une température donnée, le produit des concentrations de
ces ions est constant, égal à la constante de dissociation. À 25 °C, il vaut :
[H3O+].[OH–] = 10-14
Dans l’eau pure, les ions H3O+ et OH– sont issus uniquement de l’autoprotolyse de l’eau, ils sont donc présents en concentrations égales, donc :
[H3O+] = [OH–] = 1×10-7 mol·l-1 (à 25 °C) Le pH étant défini à partir de la concentration en ions oxonium (pH = -log10 [H3O+]), à 25 °C, le pH de l’eau pure vaut donc 7, il est dit neutre.
Structure malléable et adaptable de l’eau
Une caractéristique essentielle de l’eau est la souplesse de sa structure qui s’adapte sous l’influence des facteurs auxquels elle est soumise. Si l’on trouve l’eau avec une certaine structure au niveau des cellules vivantes, ce n’est pas parce qu’elle a été apportée ainsi, mais parce que l’organisme vivant l’a structurée de cette manière pour l’incorporer à sa propre organisation.La capacité de l’eau à prendre la forme adéquate selon les besoins du processus vivant est plus importante que le fait de posséder une structure préalable, qui répondra à certains besoins et pas à d’autres. La qualité globale d’une eau dépend donc essentiellement du potentiel adaptatif de sa structure et des informations primordiales de la vie qu’elle contient. Toute spécialisation de l’eau, qui donne des propriétés spécifiques (toxique ou thérapeutique) s’accompagne toujours d’une perte de ce potentiel polyvalent. [BOISLEVE, 2010]
Fonctions de l’eau
Les fonctions de l’eau peuvent se définir et se classer suivant les propriétés de l’eau qui les déterminent, en :
fonctions biologiques : l’eau constituant de la matière vivante et vecteur d’échanges internes et externes ; l’eau aliment.
fonction écologique : l’eau biotope aquatique.
fonctions hydrauliques : (mécaniques : hydrostatique, hydrodynamique) : l’eau support (sustension -l’eau milieu flottable-, suspension), vecteur (par son flux) de transport (de matière, d’énergie), moteur, conservateur et transformateur d’énergie, agent de transmission de contraintes mécaniques, liant.
fonctions thermiques : l’eau fluide caloporteur, agent de thermorégulation.
fonctions chimiques : l’eau composante (hydratante), solvante, réactive ou catalytique vis-à-vis de nombreuses substances.
fonctions optiques : l’eau milieu transparent ou réflecteur, conducteur de lumière.
fonctions symboliques : l’eau signifiante dans le contexte socio-culturel (symbole de pureté, de fécondité).
La qualité en industries agroalimentaires
La qualité est devenue un impératif vital de compétitivité et de pérennité pour les entreprises. Dans le secteur agroalimentaire, elle revêt une importance particulière, puisque les produits issus de l’agriculture (au sens large) sont, de par leur nature vivante, caractérisés tant par l’hétérogénéité et la complexité que par la fragilité et l’instabilité de leurs constituants qui les rendent périssables. De ce fait, tout défaut de la qualité d’un produit, intrinsèque comme extrinsèque, peut avoir des effets nuisibles sur la santé du consommateur. La contamination des aliments reste un important problème de santé publique et l’entrée sur le marché d’aliments malsains peut être très lourde de conséquences tant pour les consommateurs (maladies) que pour le fabricant (procès, perte de crédibilité, etc.). L’industrie de première et seconde transformation joue par conséquent un rôle déterminant dans la qualité des produits alimentaires manufacturés, par le choix des matières premières, le choix et le respect des processus de fabrication, le respect des pratiques hygiéniques élémentaires et la maîtrise sanitaire de toutes les étapes de la chaîne de production. L’assurance de la qualité et de l’innocuité/salubrité est devenue une condition sine qua non pour qu’un produit mis sur le marché soit reconnu sain et inoffensif et rencontre la confiance des clients.
Les aspects de la qualité en industrie agroalimentaire
Dans le domaine agroalimentaire, la qualité est abordée sous trois angles: on parle de qualité “hygiénique”, “nutritionnelle” et “organoleptique” ou “hédonique”.
a) Qualité hygiénique
La qualité hygiénique garantira la non-toxicité de l’aliment ingéré. C’est une exigence de sécurité en principe absolue. La cause de la toxicité sera de nature chimique (résidus de pesticides, métaux lourds, nitrates) ou bactériologique. Il conviendra donc de surveiller l’évolution de l’aliment au fur et à mesure de ses transformations et de ses modifications. Depuis de nombreuses années, les industries agroalimentaires ont mis en place différents outils pour assurer la mise sur le marché de produits présentant une qualité hygiénique optimale : contrôle des matières premières à réception, des en-cours de fabrication, des produits finis, audits des fournisseurs, HACCP, bonnes pratiques d’hygiène, systèmes de traçabilité de plus en plus performants, etc. En parallèle, le secteur alimentaire a développé et continue à développer de nombreuses normes dans le domaine de la qualité hygiénique. Il s’agit aussi bien de normes générales, comme par exemple l’ISO 22000 portant sur le « Système de management de la sécurité des denrées alimentaires » que de normes plus techniques portant par exemple sur un mode opératoire pour une analyse de la qualité microbiologique.
b) Qualité nutritionnelle
La qualité nutritionnelle correspond à l’aptitude de l’aliment à assurer les fonctions normales de l’organisme qui lui sont généralement imparties. Ainsi l’aliment devra apporter de l’énergie à la machine physiologique et assurer l’équilibre nutritionnel au regard des besoins des consommateurs. On pourra alors, si la législation le permet, enrichir l’aliment. L’industrie agroalimentaire a mis en place de nombreuses actions dans le domaine de la nutrition portant sur 4 grands axes :
L’optimisation nutritionnelle des aliments par la réduction des teneurs en sucre, sel, gras, acides gras trans, acides gras saturé. La reformulation de produits existants est une démarche qui se fait pas à pas pour habituer progressivement le consommateur. Aujourd’hui la dimension « nutrition » est prise en compte dans toutes les conceptions ne nouveaux produits.
L’information et l’éducation du consommateur. On retiendra par exemple la mise en place d’un étiquetage nutritionnel quasi systématique sur les packs afin de renforcer l’information du consommateur,
Les bonnes pratiques en matière de communication et de marketing (codes de déontologie, arrêt de la publicité alimentaire sur les écrans télévisés destinés aux enfants) ;
Le soutien de la recherche. De nombreux industriels financent des programmes de recherche sur la nutrition et l’alimentation
c) Qualité organoleptique ou hédonique
La qualité hédonique (ou organoleptique) correspond aux goûts du consommateur. C’est une composante par définition variable dans le temps et extrêmement subjective. Le goût étant le premier critère de choix des consommateurs en matière d’achat des produits, les industries alimentaires accordent une part importante à l’innovation sur cet item.
Hygiène de l’environnement
Des données hydrogéologiques devraient déterminer si le bassin hydrologique et le périmètre (zone entourant le point d’eau dont on tire de l’eau ou le point d’origine dans le sol) peuvent constituer des zones de contamination. Il conviendrait de protéger au maximum ces zones critiques. Il conviendrait de prendre toutes les précautions possibles dans les limites du périmètre protégé (zone de protection) pour éviter toute pollution ou influence externe sur la qualité de l’eau de source souterraine ou de l’eau de surface. L’élimination de tous déchets liquides, solides ou gazeux pouvant polluer l’eau de source souterraine ou l’eau de surface devrait être maîtrisée.Dans le bassin hydrologique, il conviendrait de maîtriser l’élimination des polluants tels que micro-organismes, engrais, hydrocarbures, détergents, pesticides, composés phénoliques, métaux toxiques, substances radioactives et autres substances organiques et inorganiques solubles. Les ressources en eau potable ne devraient pas se trouver à proximité de sources de contamination souterraines possibles, telles qu’égouts, fosses septiques, eaux résiduelles industrielles, ballons de gaz ou cuves chimiques, pipelines et sites de décharge de déchets solides.
Aspects clé des systèmes de maitrise de l’hygiène
L’eau provenant de systèmes d’eau potable et destinée à la mise en bouteille devrait être conforme à toutes les normes régissant l’eau potable publique (c’est-à-dire chimiques, microbiologiques, physiques, radiologiques) établies par les autorités officielles compétentes (cf. Annexe 1 et Annexe 2). Aucune eau destinée à la mise en bouteille ne devrait être acceptée dans un établissement si l’on sait qu’elle contient des pathogènes, des résidus de pesticides en quantités excessives ou d’autres substances toxiques. L’eau destinée à la mise en bouteille devrait être de qualité (microbiologique, chimique, physique, radiologique) telle que le traitement (y compris le traitement par barrières multiples tel qu’une combinaison d’opérations de filtrage, de désinfection chimique, etc.) de cette eau au cours de sa production résulte en un produit fini d’eau potable en bouteilles qui soit sain et de qualité suffisante à le rendre propre à la consommation. D’une façon générale, plus la qualité de l’eau destinée à la mise en bouteille est grande, moins un traitement est nécessaire pour la production d’une eau potable en bouteille saine. Une analyse des dangers prenant en compte les micro-organismes pathogènes et les substances toxiques devrait être effectuée dans le contexte global de l’application de principes tels que le système HACCP à la production d’eau en bouteille. Elle devrait former la base servant à déterminer la combinaison appropriée de mesures de maîtrise visant à réduire, éliminer ou empêcher, selon le besoin, les dangers (microbiologiques chimiques ou radiologiques) pour une production d’eau en bouteille sûre. Selon le besoin, le traitement des eaux destinées à la mise en bouteille pour réduire, éliminer ou empêcher la croissance de micro-organismes peut comprendre l’application de traitements chimiques (chloration, ozonation, carbonatation par ex.) et de processus ou agents physiques (traitement thermique haute température, ionisation UV, filtration, par ex.). Ces traitements peuvent être utilisés seuls ou en combinaison comme barrières multiples. Les traitements varient dans leur efficacité contre des organismes spécifiques. L’eau en bouteille produite à l’aide d’une technique adéquate de traitement de barrières multiples sera moins susceptible de contenir des microorganismes constituant un risque pour la santé publique. Si besoin est, les traitements utilisés pour éliminer ou réduire les substances chimiques peuvent comprendre la filtration chimique et particulaire (mécanique) telle que celle obtenu à l’aide de filtres de surface (filtres à membrane cannelée, par ex.) ou de filtres de profondeur (sablés ou à fibres comprimées (cartouche) par ex.), la filtration au charbon actif, la déminéralisation (déionisation, adoucissement de l’eau, osmose inverse, nanofiltration) et la carbonatation. Ces traitements d’élimination des produits chimiques peuvent ne pas réduire ou éliminer convenablement les micro-organismes et, de la même façon, les traitements portant sur les micro-organismes peuvent ne pas réduire ou éliminer convenablement les produits chimiques et les matières particulaires. Toutes les opérations de traitement de l’eau destinée à la mise en bouteille devraient être effectuées dans des conditions contrôlées pour éviter tout type de contamination, y compris la formation de sous-produits toxiques (en particulier les bromates) et la présence de résidus de traitement chimique dans des quantités pouvant présenter un danger pour la santé.
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Table des matières
Introduction générale
Partie I : Généralités
Chapitre 1 : Généralités sur l’eau
Chapitre 2 : Généralités sur la qualité et la sécurité des denrées alimentaires
Chapitre 3 : Généralités sur les programmes prérequis
Chapitre 4 : Présentation de la méthode HACCP
Partie II : Mise en place du système HACCP au sein de SEMA Eau Vive
Chapitre 5 : Présentation de l’entreprise et de sa politique qualité
Chapitre 6 : Les programmes prérequis
Chapitre 7 : Le système HACCP
Conclusion générale
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