Soutenance mémoire
METHODOLOGIE
L’analyse de l’eau consiste à déterminer les valeurs des différents paramètres physico-chimiques et bactériologiques. Ces valeurs indiqueront la qualité de l’échantillon analysé par rapport aux différentes normes en vigueur.
PARAMETRES PHYSIQUES
Ces paramètres regroupent la température, la turbidité, le pH, la conductivité et la minéralisation. Les paramètres physiques dépendent de la structure naturelle des eaux. En effet, les eaux se chargent de certains éléments minéraux qui influent sur la conductivité et le pH.
Température
Nombreuses propriétés physiques et chimiques de l’eau, tels que le pH, la conductivité, etc., sont directement liées à la température. Pour un analyste expérimenté, il est possible de déduire l’origine et l’écoulement de l’eau avec seulement des données de la température. A noter que la mesure de ce paramètre doit être effectuée in-situ.
Conductivité
Caractérisant l’aptitude d’une solution à conduire le courant électrique, la conductivité est proportionnelle à la concentration en ions. Elle est une fonction croissante de la température. Elle doit être mesurée à 25°C. La mesure de la conductivité est particulièrement bénéfique pour mettre en évidence des traces de pollutions, d’impuretés, etc. Les caractéristiques de l’eau en fonction de sa conductivité sont détaillées dans le tableau 1.
Solide Total Dissout
Le Solide Total Dissout TDS indique la concentration totale de matières liquides ou gazeuses dissoutes dans l’eau. Il peut s’agir notamment de sels inorganiques tels que le calcium, le potassium, le sodium, le magnésium (cations) ou le sulfate, le nitrate, le chlorure et le bicarbonate (anions) mais également de quelques matières organiques. Notons qu’une faible quantité en TDS entraîne un mauvais goût. Principe Ce principe est mesuré directement avec une même appareille (conductimètre) de mesure qui donne la valeur des paramètres (température, conductivité et TDS) à mesurer.
Turbidité
La turbidité mesure la limpidité d’un liquide. Elle est due à la présence de particules en suspension et de matières colloïdales dans l’eau (débris organiques, argiles, micro-organismes, etc.). Certaines personnes sont habituées à consommer de l’eau plus ou moins troublée sans soucier des facteurs nocifs qui pourraient y siéger. Cependant, une forte turbidité indique parfois la présence de micro-organismes qui trouvent refuge sur des particules en suspension. La turbidité est donc une grandeur essentielle pour qualifier la potabilité de l’eau. Elle s’exprime en NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Le tableau 2 montre l’aspect de l’eau selon sa turbidité. Principe De même Principe avec la conductivité mais l’appareille (turbidimètre) n’est pas la même.
pH
Le pH ou potentiel hydrogène mesure la concentration en ions H+ d’une solution. Il traduit ainsi la balance entre acide et base sur une échelle de 0 à 14; 7 étant le pH de neutralité. La connaissance du pH est particulièrement utile quand les traitements font recours à une réaction chimique. En effet, l’évolution d’une réaction chimique dépend généralement de son caractère acido-basique. Etant donné que l’eau peut se trouver en solution ionique, la mesure de son pH est incontournable. On utilise pour cela, soit la colorimétrie ou bien un pH-mètre. Généralement, les eaux sont classées selon la valeur du pH dans le tableau 3. Principe Cette méthode est de déterminer la caractéristique (acidité, neutre et base) de l’eau.
PARAMETRES CHIMIQUES
Matières azotées
L’azote constitue les 79% de l’atmosphère, il est indispensable à la vie des plantes. Il est également dispersé dans le sol et dans les eaux. L’azote peut se trouver sous quatre formes : l’azote organique, l’azote nitreux, l’azote nitrique et l’azote ammoniacal. Mais dans les eaux usées, c’est la dernière qui est la plus rencontrée. Ces composées azotées se transforment les unes en les autres par des réactions oxydoréduction:
Nitrites
En l’absence de pollution, les nitrites (NO2-) sont en traces dans l’eau. Dans les zones actives, les teneurs sont de l’ordre de 0,01 mg.L-1. En raison de leur oxydation, les nitrites peuvent se montrer très toxiques et s’avèrent être des agents mutagènes potentiels. La présence de nitrites est d’origine industrielle (traitement de surface, chimie, colorants). Une eau contenant des nitrites est souvent liée à une détérioration de la qualité microbiologique. Principe Du point de vue réactionnel, la diazotation de la sulfanilamide en milieux acide et sa réaction avec la N-1- naphtyle éthylène diamine donne un complexe coloré pourpre susceptible d’un dosage colorimétrique.
Nitrates
Un processus d’oxydation biologique peut transformer toutes les formes d’azote citées précédemment en nitrate. Les nitrates (NO3-) se trouvent naturellement en concentration faible dans les eaux. La présence de nitrates dans l’eau implique que l’eau est polluée en matière organique. Principe Le titrage est un titrage colorimétrique. On mélange, pour des proportions respectées, l’échantillon avec une solution de sulfanamide et d’une solution de N-1-naphtylethylènediamine. Les nitrates peuvent être réduits en nitrite à travers une colonne de cadmium cuivre. On utilise la méthode d’analyse par spectrophotométrie (dosage colorimétrique) pour déterminer sa teneur.
Ammoniaque
Sont désignés sous ce nom, les composés ioniques NH4+ et non ionisées NH3+. Traduisant la décomposition incomplète de la matière organique, l’azote ammoniacal est souvent présent dans l’eau. Principe En milieu alcalin et en présence de nitroprussiate comme catalyseur, les ions ammonium traités par une solution de chlore pour les transformer en monochloramine (NH2Cl) et par le phénol donnent du bleu d’indophénol susceptible d’un dosage par spectrométrie d’absorption moléculaire (dosage colorimétrique).
Titre Alcalimétrique et Titre Alcalimétrique Complet
Ces paramètres permettent de connaitre les concentrations en bicarbonates, en carbonates et éventuellement en hydroxydes dans l’eau. L’alcalinité se mesure à l’aide d’une solution étalon d’acide fort en présence d’indicateur coloré (phénolphtaléine). Le Titre Alcalimétrique dose la totalité des hydroxydes et la moitié des carbonates qui sont alors entièrement transformées en bicarbonates à pH 8,2. Principe La détermination du titre alcalimétrique simple (TA) et titre alcalimétrique complet (TAC) est basée sur la neutralisation d’un certain volume d’eau par un acide minéral dilué, en présence d’un indicateur coloré. Le TAC correspond à la totalité de bicarbonates et des carbonates. Il est équivalent à l’alcalinité.
Chlore résiduel
Le chlore résiduel est un produit chimique universellement connu pour sa qualité d’oxydant et bactéricide. Normalement, il provient du traitement de désinfection qui utilise les dérivés du chlore. Il est impératif de contrôler la dose en chlore d’une eau pour des raisons de sécurité. La concentration en chlore de l’eau potable est de l’ordre du 0,6 mg.L-1. Principe Une solution renfermant du chlore donne une coloration jaune en présence d’orthotholidine.
Fer
Dans son état naturel, le fer se trouve sous forme de pyrites (FeS2) qu’on transporte dans les roches métamorphiques et les roches sédimentaires déposées en milieu réducteur. Autant que les marnes et argiles renferment ce minerai, la présence de fer dans les eaux de cuirasses d’altération de socle ainsi que les rivières est évidente. L’ion ferreux est oxydé par l’oxygène de l’air et précipite sous forme ferrique lorsque l’eau est pompée. Principe En présence de dithionite de sodium (réducteur), de diméthyle glyoxine (complexant) et d’Ammoniac, une solution contenant du fer vire en rose ou rouge. La concentration étant proportionnelle à l’intensité de la coloration, une lecture sur plaquette permet de déterminer.
PARAMETRES INDICATEURS DE POLLUTION BIOLOGIQUEOU MINERALE
L’étude de ces paramètres notamment les matières organiques est incontournable pour un résultat d’analyse fiable. Les grandeurs liées à la demande en oxygène (DBO et DCO) dépendent de la richesse en matières organiques.
Matières organiques
Les matières organiques (M.O) sont des composantes ubiquistes des milieux aquatiques naturels. Elles sont constituées d’un vaste ensemble de composés complexes et hétérogènes. Elles trouvent leur origine dans des phénomènes complexes. Cet origine peut être autochtone (générée dans le milieu aquatique par l’activité phytoplanctonique et microbienne) ou allochtone (ou terrestre, provenant du lessivage des sols et de la percolation des eaux dans les sols). Elle est exprimée en mg.L-1. Principe Les fractionnements matières organiques sont basés sur la polarité de solution de permanganate de potassium (KMnO4) en présence de bicarbonate de sodium(NaHCO3), d’acide sulfurique (H2SO4) et la solution sel de Mohr.
Demande Biochimique en Oxygène
La Demande Biochimique en Oxygène (DBO) exprime la quantité d’oxygène nécessaire à la dégradation des matières organiques biodégradables d’une eau par le développement de micro-organismes, dans des conditions données. La mesure du DBO est très utilisée pour le suivi des rejets dans l’épuration car elle donne une approximation de la charge en matières organiques carbonées biodégradables. Elle est exprimée en mg d’O2. Conditions nécessaires: durée 5 jours (dégradation partielle), température 20°C, à l’abri de la lumière et de l’air, ainsi parle-t-on de DBO5. Principe Le dosage est réalisé par comparaison entre la teneur initiale en oxygène dissous et la teneur résiduelle dans l’effluent après incubation. Les meilleurs résultats correspondent à une différence de 35 à 60%.
Demande Chimique en Oxygène
La Demande Chimique en Oxygène (DCO) exprime la quantité d’oxygène nécessaire pour oxyder les matières organiques (biodégradables ou non) d’une eau à l’aide d’un oxydant. Ce paramètre offre une représentation plus ou moins complète des matières oxydables présentes dans l’échantillon. Elle est exprimée en mg.L-1. Principe Il s’agit de l’oxydation en présence d’un catalyseur (sulfate d’argent) d’un excès de bichromate de potassium en milieu acide et à l’ébullition à reflux. La détermination de cet excès de dichromate se fait avec une solution titrée de sel de Mohr. La DCO est calculée à partir de la quantité de dichromate de potassium réduite.
PARAMETRES BACTERIOLOGIQUES
Les facteurs microbiologiques déterminent la qualité ou la pollution de l’eau en bactéries fécales. Entre autres, les plus importants sont les coliformes fécaux et l’Escherichia Coli. La présence de ces bactéries fécales dans l’eau peut infecter les gens qui sont en contact direct avec l’eau (pêcheurs, paysans etc.).
Demande Biochimique en Oxygène
La Demande Biochimique en Oxygène (DBO) exprime la quantité d’oxygène nécessaire à la dégradation des matières organiques biodégradables d’une eau par le développement de micro-organismes, dans des conditions données. La mesure du DBO est très utilisée pour le suivi des rejets dans l’épuration car elle donne une approximation de la charge en matières organiques carbonées biodégradables. Elle est exprimée en mg d’O2. Conditions nécessaires: durée 5 jours (dégradation partielle), température 20°C, à l’abri de la lumière et de l’air, ainsi parle-t-on de DBO5. Principe Le dosage est réalisé par comparaison entre la teneur initiale en oxygène dissous et la teneur résiduelle dans l’effluent après incubation. Les meilleurs résultats correspondent à une différence de 35 à 60%.
Demande Chimique en Oxygène
La Demande Chimique en Oxygène (DCO) exprime la quantité d’oxygène nécessaire pour oxyder les matières organiques (biodégradables ou non) d’une eau à l’aide d’un oxydant. Ce paramètre offre une représentation plus ou moins complète des matières oxydables présentes dans l’échantillon. Elle est exprimée en mg.L-1. Principe Il s’agit de l’oxydation en présence d’un catalyseur (sulfate d’argent) d’un excès de bichromate de potassium en milieu acide et à l’ébullition à reflux. La détermination de cet excès de dichromate se fait avec une solution titrée de sel de Mohr. La DCO est calculée à partir de la quantité de dichromate de potassium réduite.
PARAMETRES BACTERIOLOGIQUES
Les facteurs microbiologiques déterminent la qualité ou la pollution de l’eau en bactéries fécales. Entre autres, les plus importants sont les coliformes fécaux et l’Escherichia Coli. La présence de ces bactéries fécales dans l’eau peut infecter les gens qui sont en contact direct avec l’eau (pêcheurs, paysans etc.).
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I: GENERALITES
1. PRESENTATION DE L’ORGANISME DE STAGE
1.1 HISTORIQUE DE LA SOCIETE JIRAMA
1.2 MISSION
1.3 ORGANISATION ET STRUCTURE
1.4 LIEU DE STAGE
2. MONOGRAPHIE DU LIEU ET CADRE D’ETUDE
2.1 LIEU DE PRELEVEMENT
2.2 ECHANTILLONS
PARTIE II: ANALYSES PHYSICO-CHIMIQUES ET BACTERIOLOGIQUES
1. METHODOLOGIE
1.1 PARAMETRES PHYSIQUES
1.1.1 Température
1.1.2 Conductivité
1.1.3 Solide Total Dissout
1.1.4 Turbidité
1.1.5 pH
1.2 PARAMETRES CHIMIQUES
1.2.1 Matières azotées
1.2.2 Ions majeure (Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Cl-,PO43-,SO42-,CO3-,)
1.2.3 Chlore résiduel
1.2.4 Fer
1.3 PARAMETRES INDICATEURS DE POLLUTION BIOLOGIQUEOU MINERALE
1.3.1 Matières organiques
1.3.2 Demande Biochimique en Oxygène
1.3.3 Demande Chimique en Oxygène
1.4 PARAMETRES BACTERIOLOGIQUES
1.4.1 Paramètres analysées
1.4.2 Etape à suivre pour identifier les paramètres bactériologies
2. RESULTATS D’ANALYSES
PARTIE III: TRAITEMENTS
1. METHODOLOGIE
1.1 ESSAI DE COAGULATION–FLOCULATION (JAR TEST)
1.1.1 But
1.1.2 Principe
1.2 DESINFECTION
2. RESULTATS D’ANALYSES APRES TRAITEMENTS
CONCLUSION
ANNEXES
Annexe I. Normes et standards
Annexe II. Grille de la qualité des eaux (norme française)
Annexe III. Mode opératoire
1) Détermination des paramètres physiques
2) Détermination des paramètres chimiques
3) Détermination de matières organiques
4) Essai de floculation
5) Essai de désinfection (demande en Chlore)
6) Analyses bactériologiques
BIBLIOGRAPHIE
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