PROCEDES DE TRAITEMENT PHYSICO-CHIMIQUE DE L’EAU POTABLE

GENERALITES SUR L’EAU POTABLE 

Définition

Une eau potable est une eau destinée à la consommation humaine, que l’on peut boire sans risque pour la santé, et qui par traitement ou naturellement répond à des normes organoleptique, physicochimique, bactériologique et biologique fixées par un décret (2) (18). Le fait qu’une eau soit conforme aux normes, c’est-à-dire potable, ne signifie donc pas qu’elle soit exempte de manières polluantes, mais que la concentration a été jugée suffisamment faible pour ne pas mettre en danger la santé des consommateurs.

Caractéristiques

Toute eau destinée à l’alimentation humaine est une eau qui n’est pas susceptible de porter des dangers à la santé de ceux qui la consomment, agréable à consommer et présentant les caractéristiques suivantes :

caractéristiques organoleptiques
L’eau potable doit être limpide, claire, aérée et ne doit présenter ni saveur ni odeur désagréable. Précisions, qu’une eau qui ne satisfait pas pleinement ces critères ne présente pas forcément de risque pour la santé.

caractéristiques physico-chimiques
Ce sont les caractéristiques que l’eau acquiert tout au long de son parcours naturel. Ce sont des éléments naturels emmagasinés au contact prolongé avec le sol. Les limites de concentration pour la potabilité sont fixées plus en fonction des considérations de l’ordre de goût et de l’agrément qu’en fonction des critères sanitaires (16) Dans ce groupe, il y a :
• La température qui est un paramètre de confort pour les usagers. Elle permet de corriger les paramètres d’analyse dont les valeurs sont liées à l’origine de l’eau, pour l’eau destinée à la consommation humaine la température doit être comprise entre 12 ° C et 25 ° C.
• La conductivité électrique qui doit être inférieure à 2000 μS/cm à 20 ° C.
• Le potentiel d’Hydrogène (pH) qui doit être compris entre 6,5 et 9,5 (14).

caractéristiques chimiques
L’eau potable contient en quantité souhaitable un certain nombre d’éléments minéraux dits éléments normaux de l’eau, tels que le sodium, le potassium, le calcium, le magnésium, le chlore sulfate, l’oxygène dissous. La dureté dont leurs teneurs moyennes admissibles en milligramme par litre est définie suivant les normes appliquées. Pour la teneur en éléments chimiques dits indésirables qui peuvent créer soit un désagrément pour le consommateur : goût (matières organiques, phénols, fer…), odeur (matières organiques, phénols…), couleur (fer, manganèse etc.), soit des effets gênants pour la santé (nitrates, nitrite, fluor) (14), leurs teneurs maximum admissibles sont fixés par les normes aussi. Concernant les substances toxiques, elles sont souvent issues d’une pollution industrielle du captage ou d’une dégradation des réseaux de distribution ; elles sont dangereuses pour la santé en cas de consommation régulière. Pour l’eau potable la teneur maximum en substance toxique acceptable est signalée dans les normes, elles sont présentées souvent sous forme de trace. Ces substances sont essentiellement composées par les métaux lourds (plomb, Nickel, Mercure, Cyanure, Cadmium, Arsenic etc.…) (15).

caractéristiques bactériologiques 
L’eau livrée à la consommation humaine (eau potable) est une eau exempte de germes pathogènes, de virus et de germes indicateurs de pollution fécale à savoir : les coliformes fécaux, les streptocoques fécaux, les coliformes thermo-resistants (E.Coli) et le Clostridium Sulfito-reducteur.

Caractéristiques radioactifs
Les risques générés par la consommation de l’eau sont surtout des risques d’irradiation interne résultant de l’ingestion des radionucléides. Actuellement, il est admis que toute exposition aux rayonnements ionisants a un risque d’effet nocif à la santé humaine, d’où les normes qui fixent la concentration maximal acceptable en élément radioactif dans l’eau (16). Elles fixent un seuil au dessous duquel des examens radiologiques plus complexes ne sont pas encore nécessaires. Le seuil admissible en Radium – 226 et Radium – 228 combiné n’excède pas 1 Bq / l (14).

Constituants des eaux naturelles

L’eau est constituée par des ions minéraux et organiques.

Les composés minéraux
Les composés minéraux présents dans les eaux naturelles, trouvent essentiellement leur origine dans les échanges qui se produisent entre l’eau et le sol, entre l’eau et l’atmosphère. Ils résultent aussi du métabolisme des éléments constitutifs de la biomasse aquatique. Les composés minéraux présents dans les eaux sont : les gaz dissous (O2, N2 et CO2) et les électrolytes fondamentaux (H2CO3, HCO3, CO3 2-, Ca2+, OH- , et H+ ) et les électrolytes caractéristiques (Mg2+, Fe2+, Cl- , etc.).

Les composés organiques
Les matières organiques naturellement présentes dans les eaux comme d’ailleurs dans les sols, sont formées par un mélange complexe de produits végétaux ou animaux à des stades de décomposition variés. Elles comprennent également des produits de synthèses par voies chimiques ou biochimiques, élaborés à partir des éléments. Elles comprennent enfin des micro-organismes (bactéries, virus, etc.) et leurs produits de décompositions.

Normes de potabilité de l’eau 

Définition  
Les normes de potabilité des eaux sont élaborées à partir des travaux médicaux, établissant les teneurs limites à ne pas dépasser pour un certains nombre de substances nocives et susceptibles d’être présente dans l’eau destinée à la consommation humaine. A Madagascar, les normes de potabilité de l’eau sont définies par la loi promulgués le 20 Janvier 1999 suivant la loi n° 98 – 029. En général, les différents paramètres auxquels doivent satisfaire l’eau destinée à l’alimentation peuvent être classés en cinq grandes catégories : Paramètres physico chimiques, Paramètres indésirables Paramètres toxiques, Paramètres microbiologiques Paramètres concernant les rayonnements radioactifs .

Les normes usuelles
En général, la norme de potabilité utilisée comme référence par plusieurs pays est la norme établie par l’OMS. Cependant, certaines teneurs des éléments dans cette recommandation ne correspondent pas aux situations géographique et géologique de certains pays, ce qui entraîne une difficulté au  niveau de l’interprétation, des résultats d’analyses. En effet, à part la norme de l’OMS, chaque nation doit établir ses propres recommandations pour la qualité des eaux destinée à la consommation humaine.

Normes d’installation d’approvisionnement en eau potable à Madagascar 

En matière d’approvisionnement en eau potable, les ouvrages acceptés comme pouvant fournir une eau dont la potabilité est garantie sont celles respectant :
➢ Les normes de protection contre toutes les pollutions
➢ Les spécifications techniques de construction garantissant la pérennité des débits et la durabilité de l’ouvrage.
➢ Les conditions de fonctionnement pouvant satisfaire un service assurant la qualité et la quantité requises selon les normes fixées.

Puits protégés

Il comprend :
➢ Un aménagement de surface avec :
➢ -margelle : de 0,70m de hauteur, en buse de béton de 1,10m de diamètre extérieur, dosé à 350, armé avec du fer rond 6et 8
➢ -aire d’assainissement : pente 2% vers extérieur avec chape de 0,01m d’épaisseur, de 2mètres de rayon.
➢ Couvercle en béton de forme circulaire scellée avec de mortier sur la margelle, présentant un trou d’homme pour permettre de puisage par récipient et d’une ouverture pour l’installation éventuelle d’une pompe à main de 0,50m, dosée à 350, armée avec du fer rond 6 et 8.
➢ Un cuvelage en buse de 100m de hauteur, de diamètre inférieur de 1m, de diamètre extérieur de 1,20m, en béton armé dosé à 350 avec fer 6 et 8 dans la partie non aquifère.
➢ Un captage, en buse barbacane de 1m de hauteur, de diamètre intérieur 1,00m de diamètre extérieur 1,20m en béton armé dosé à 350 avec fer 6 et 8 dans la partie non aquifère, avec gravier filtre composé de grains siliceux de préférence, de granulométrie variant de 15mm à25mm, sur toute la hauteur aquifère. Le diamètre de la barbacane sera de 20mm environ.
➢ Une dalle de fond barbacane en béton armé dosé à 350 reposant sur un gravier filtre de même caractéristique que celui mis autour du captage.
➢ Une clôture autour du puits pour empêcher les animaux de venir au bord de la margelle à exécuter dans le cadre de la participation communautaire. La méthodologie de réalisation adoptée est le système de havage continu, c’est-à dire descente de la buse et tripode. Les dimensions des buses sont : 1m de longueur, 1m de diamètre intérieur, 1,20m de diamètre extérieur, elles seront coulées sur place par utilisation de moule à buse.

Forage protégé

Le forage est un ouvrage vertical de captage et de prélèvement d’eau, de forme cylindrique et de petit diamètre. Le forage comprend :
− une aire de protection à la surface du sol pente 2% vers l’extérieur avec chape de 0,01m d’épaisseur, de 2m de rayon.
− un tubage d’exploitation de la surface du sol ou toit de la nappe.
− une crépine dans la formation à capter qui est en tuyau PVC ou en tube inoxydable lanterné il y a plusieurs méthodes de formation applicables aussi bien pour la réalisation de sondages de reconnaissance que de forages d’exploitation, on peut citer entre autres : le forage au rotary, le forage à tarière et le forage au marteau fond de trou. Les tubes d’exploitation sont en général en acier ordinaire. Les crépines sont en acier inox ou en plastique. La forme des ouvertures est très variable (tous circulaires, fentes, nervures repoussées,…). Leur principale caractéristique est le pourcentage de vide (5 à 50%). La vitesse de l’eau à travers la crépine ne doit pas dépasser 30 mm/s. la tête de puits doit être réalisée avec soin car elle conditionne l’étanchéité du captage. C’est un élément important pour éviter les pollutions accidentelles par les eaux superficielles. Classiquement la tête de puits est incluse dans un petit ouvrage de génie civil, ce dernier doit être conçu dans un souci d’optimisation de l’exploitation, on veillera notamment à ce qu’il soit équipé d’un dispositif anti-intrusion et soit correctement appareillé de manière à pouvoir facilement enlever la pompe et la colonne de captage. Enfin, elle doit être parfaitement ventilée de manière à éviter la condensation qui pourrait être source de pollution .

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Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR L’EAU POTABLE
I – 1 DEFINITION
I – 2 CARACTERISTIQUES
I – 2 – 1 caractéristiques organoleptiques
I – 2 – 2 caractéristiques physico-chimiques
I – 2 – 3 caractéristiques chimiques
I – 2 – 4 caractéristiques bactériologiques
1 – 2 – 5 Caractéristiques radioactifs
I – 3 CONSTITUANTS DES EAUX NATURELLES
1 – 3 – 1 Les composés minéraux
I – 3 – 2 Les composés organiques
1 – 4 NORMES DE POTABILITE DE L’EAU
1 – 4 – 1 Définition
1 – 4 – 2 Les normes usuelles
I – 5 NORMES D’INSTALLATION D’APPROVISIONNEMENT EN EAU POTABLE
I – 5 – 1 Puits protégés
I – 5 – 2 Forage protégé
I – 5 – 3 Prise d’eau protégée munie de moyen d’exhaure adéquat
I – 5 – 4 Système d’adduction d’eau
CHAPITRE II : APERÇUS GENERAUX SUR L’ADDUCTION D’EAU POTABLE
II – 1 ROLES DE L’EAU
II – 2 LES RESSOURCES EN EAU DE MADAGASCAR
II – 2 – 1 Les fleuves et les rivières
II – 2 – 2 les sources
CHAPITRE III : PROBLEMES D’ADDUCTION D’EAU A MADAGASCAR
III – 1 PROBLEMES GENERAUX DE L’ADDUCTION D’EAU EN MILIEU RURAL
III – 1 – 1 Problèmes au niveau des ressources
III – 1 – 2 Problèmes au niveau du captage
III – 1 – 3 Problèmes au niveau des réseaux
III – 1 – 4 Problèmes au niveau des bornes fontaines
III – 2 LES MESURES PROPOSEES
III – 2 – 1 Au niveau des ressources
III – 2 – 2 Au niveau du captage
III – 2 – 3 Au niveau des conduites
III – 2 – 4 Au niveau des bornes fontaines
CHAPITRE IV : PROCEDES DE TRAITEMENT PHYSICO-CHIMIQUE DE L’EAU POTABLE
IV – 1 PHASE DU PRETRAITEMENT
IV – 2 PHASE DE LA CLARIFICATION
IV – 2 – 1 Coagulation floculation
IV – 2 – 2 Décantation et floculation
IV – 2 – 3 La filtration
IV – 3 PHASE DE DESINFECTION
IV – 3 – 1 Désinfection par des produits chimiques
II – 4 PHASE DE NEUTRALISATION
DEUXIEME PARTIE : ETUDES EXPERIMENTALES
CHAPITRE I – CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET CHIMIQUES DU PRODUIT
I – 1 DESCRIPTION DU PRODUIT
I – 1 – 1 Aspect physique du produit
I – 1 – 2 Comportements physiques du produit X
I – 1 – 3 Usage du produit
I – 2 ANALYSES PHYSICO-CHIMIQUES DU PRODUIT X
I – 3 DETERMINATION DES COMPOSES CHIMIQUES DU PRODUIT
I – 3 – 1 Détermination de la teneur en sulfate du produit
I – 3 – 2 Détermination de la teneur en fer du produit
I – 3 – 3 Détermination de la teneur en chlorure du produit
I – 3 – 4 Détermination de la teneur en aluminium du produit
I – 3 – 5 Détermination de la teneur en calcium et magnésium du produit
I – 3 – 6 Résultats récapitulatifs d’analyse du produit X
Interprétation
Nombre de mole de chaque constituant du produit X
Nombre de mole de chaque paramètre du produit X
I – 4 DECOMPOSITION THERMIQUES DU PRODUIT ET D’AUTRES PRODUITS DE TRAITEMENT DE L’EAU
I – 4 – 1 Détermination de la teneur en eau de chaque produit séché
Interprétation
I – 4 – 2 Déterminations de la masse de chaque produit calciné
I – 4 – 3 Représentation graphique de la variation de masse de chaque produit calciné en fonction de la température
CHAPITRE II : ETUDE QUALITATIVE DE L’EAU TRAITEE PAR LE PRODUIT
II – 1 ETUDE QUALITATIVE DU PRODUIT AVEC L’EAU DE RIZIERE
II – 2 ETUDE QUALITATIVE DU PRODUIT AVEC L’EAU DE RIVIERE
II – 3 ETUDE QUALITATIVE DU PRODUIT AVEC L’EAU DE ROBINET
II – 4 ETUDE QUALITATIVE DU PRODUIT AVEC L’EAU DE PLUIE
CONCLUSION
II – 5 ETUDE EXPERIMENTALE DE L’EFFET DE LA VARIATION DE LA TEMPERATURE SUR L’ACTIVITE DU PRODUIT
II – 5 – 1 Eau à une température de 30° C
Interprétation
II – 5 – 2 Eau à une température de 23°C
Interprétation
II – 5 – 3 Eau à une température de20 °C
Interprétation
II – 5 – 4 Eau à une température de 15° C
Interprétation
II – 5 – 5 Eau à une température de 5°C
Interprétation
Remarques
CHAPITRE III : ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE DE L’EAU TRAITEE PAR LE PRODUIT X
III – 1 TURBIDITE
III – 1 – 1 Définition
III – 1 – 2 Principe
III – 1 – 3 Méthodologie
III – 1 – 4 Expression des résultats
III – 2 CONDUCTIVITE
III – 2 – 1 Définition
III – 2 – 2 Expression des résultats
III – 3 MESURE DU PH
III – 3 – 1 Principe
III – 3 – 2 Matériels utilisés
III – 3 – 3 Réactifs utilisés
III – 3 – 4 Méthodologie
III – 3 – 5 Expression des résultats
III – 4 L’ODEUR
III – 5 LA SAVEUR
III – 6 AZOTE AMMONIACAL ( ) + NH4
III – 6 – 1 Définition
III – 6 – 2 Matériels et réactifs utilisés
III – 6 – 3 Méthodologie
III – 6 – 4 Expression des résultats
III – 7 MATIERE ORGANIQUE
III – 7 – 1 Définition
III – 7 – 2 Principe
III – 7 – 3 Matériels et réactifs utilisés
III – 7 – 4 Méthodologie
III – 7 – 5 Calculs
III – 8 LE FER
III – 8 – 1 Définition
III – 8 – 2 Principe
III – 8 – 3 Matériels et réactifs utilisés
III – 8 – 4 Méthodologie
III – 8 – 5 Résultats
III – 9 CHLORURE
III – 9 – 1 Définition
III – 9 – 2 principe
III – 9 – 3 Matériels et réactifs
III – 9 – 4 Méthodologie
III – 9 – 5 Expression des résultats
III – 10 SODIUM
III – 10 – 1 Définition
III – 10 – 2 Résultats
III – 11 SULFATES
III – 11 – 1 Principe
III – 11 – 2 Réactifs
III – 11 – 3 Méthodologie
III – 11 – 4 Expression des résultats
III – 12 NITRITE
III – 12 – 1 Principe
III – 12 – 2 Réactifs
III – 12 – 3 Mode opératoire
III – 12 – 4 Expression de résultats
III – 13 NITRATES
III – 13 – 1 Principe
III – 13 – 2 Réactifs
III – 13 – 3 Mode opératoire
III – 13 – 4 Expression des résultats
Interprétation
CHAPITRE IV : ETUDE BACTERIOLOGIQUE
IV – I MODE DE PRELEVEMENT
IV – 2 RESULTATS D’ANALYSE
IV – 3 INTERPRETATION DES RESULTATS
CHAPITRE V : ESSAI SYNTHETIQUE
RESULTATS DE L’EAU TRAITEE PAR CE PRODUIT
CONCLUSIONS GENERALES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

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