chimie-de-l-eau
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Chimie de l’eau et paramètres de pollution
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PLAN
INTRODUCTION
1- CHIMIE DES EAUX NATURELLES
2- PARAMETRES GLOBAUX DE POLLUTIONDES EAUX NATURELLES
CONCLUSION
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Chapitre I :
CHIMIE DES EAUX
NATURELLES
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I.1: Compos it ion m inérale des eaux
I.1.1 structure de l’eau
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- L’eau est un composé moléculaire dans lequel lesdistances O - H sont égales à 0,96 Å, avec 8électrons autour de l’ « O ».
- La forme « V » d’angle
= 104°5’. - A l’état liquide, les molécules sont associées pardes liaisons hydrogènes
H O ……..H O ……..
H O ……..H O ……..
H H Composé H2S H2Sc H2Te H2OT (°C) ébullition -58 -42 -10 100
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I.1.2 minéralisation des eaux Une eau naturelle pure comme ne contenant ni
matière en suspension (M.E.S) ou colloïdes
Cations Masse
atomique
Anions Masse
atomique Ca 2+
Mg 2+
Na+
K+
NH4+
Fe 2+
40
24
23
39
18
56
HCO3
Cl-
SO4
2-
NO3-
F-
PO43-
61
35,5
96
62
19
95
Les principaux ions présents :
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I.2 Mesu res phys ico -ch im iques T°C, PH, turbidité, couleur …..I.2.1 Mesures chimiques
mg/lParties par millions (ppm).Équivalents ou milliéquivalents par litre (eq.l-1ou méq.l-1).Degré français (°F)
1 mg/l = 1ppm = 1g/m3L’équivalent = masse moléculaire /valence, ou
masse atomique/valence1 méq/l = 1/1000 éq/l Degré français est égal à 1/5 de méq/l = 1/5000 éq/l.
dans le cas de CaCO3 , 1°F = 10mg/l.Degré allemand (°dH) correspond à 10mg/l de CaO.1° dH =1,785°F
Les américains s’expriment parfois en « ppm de Ca CO3 »= 0,1°F.
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Les américains s’expriment parfois en « ppm de Ca CO3 » = 0,1°F.
ppm CaCO3
méq
°F
× 0,1
0,02 5
50
10
0,2
× ×
×
×
×
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a-Titre alcalimétrique (TA) :
TA est défini par l’équation :TA = [OH-] + [CO32-]
b-Titre alcalimétrique complet (TAC)
défini par l’équation :TAC = [OH-] + [CO3
2-] + [H CO3-]
c-Titre hydrotimétrique (TH) dureté de l’eau, mesurée par
TH = TCa + TMg
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d-Titre en sels d’acides forts (TSAF)
la somme des anions d’acides forts ( Cl-
etSO42- dans les eaux naturelles) ou les
anions ( NO3- et F- dans les eaux polluées).
mesurée: en libérant les ac forts par passage de
l’eau sur une colonne chargée
d’échangeuses d’ions
indirectement par addition des anions fortsquand ils sont connus et mesurablesindividuellement
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e- Teneur en chlorures (Cl-)
f- Teneur en sulfates (SO42-)
Mesurée par l’utilisation de la propriété des
sulfates de réagir avec les sels de baryum, pour
former un sulfate de baryum insoluble
mesurable soit par :
Turbidimétrie
Gravimétrie
Réalisé par la méthode volumétrique au nitratemercurique les échantillons turbides
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g- Teneur en nitrates (NO3-)
Mesurée par spectrophotométrique à la sulfanilamideaprès réduction en nitrites comprises entre 0,01 et 1mg/l
en azote nitrique (N – NO3-).
h - Teneur en nitrites (NO2-)
Réalisée par mesure spectrophotométrique à lasulfanilamide. Elle est applicable pour desconcentrations en nitrites (NO2
-) supérieures à 1 ug/l.
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i- Titre en cations fortes (Na+, K+)
Correspond à la teneur en sodium (Na+) et en
potassium (K+), il est mesurable par spectrométried’émission de flamme.
j-Teneur en silice (SiO2)Dans les eaux superficielles, la silice est présente sousforme d’acide silicique peu ionisé, H2SiO3 à des
concentrations de 5 à 30 mg/l suivant les sols, ledosage peut être effectué par spectrophotométrie deflamme ou par colorimétrie au molybdanated’ammonium.
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k- l’oxygène dissous (O 2)
Déterminer immédiatement après leprélèvement de l’échantillon .
OD < SO : eau déficitaire en O2
OD > SO : eau sursaturée en O2
l- Teneur en gaz carbonique (CO2)
Toujours donnée en corrélation avec latempérature ainsi que le pH.
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m- Bilans ioniques
• SiO42- = TSAF - Cl-
• TMg = TH – TCa
• Na+ = cations – TH
L’expression la plus simplifiée d’un bilan:
TAC + TSAF= TH + titre en alcalins
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n- Exemples de bilans ioniques
N° TH TCA Na+K+ TAC Cl- SO42- ST Observations
1
2
34
5
6
7
8
5,5
22
29,537
52
62
7
270
2,5
19
19-
-
42,5
-
-
2
1
23
3
44
4
1180
5,5
19
2912
34
16
9
25,5
1
3
124
1
40
1
1340
1
1
1,54
20
50
1
85
7,5
23
31,540
55
106
11
1450
Eau douce
Minéralisation
Moyenne
Eaux dures
Eau saumâtre
Eaugéothermale
N.B: °F = 1/5 méq / l = 1/ 5000 éq/l
2 2 é
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I.2.2 Impuretés eaux naturellesa-Matières en suspens ion (MES)
Représentent des impuretés non dissoutes dans l’eau b- Matières co lloïdales
Les particules en suspension, de taille compriseentre 0,1 et 1 à 2 microns
- Turbidité :
L’opalescence d’une eau due beaucoup plus aux
particules colloïdales en suspension et aux
matières organiques « dissoutes » qu’aux seulesMES
- Couleur :
due aux matières organiques dissoutes au fer ferriqueréci ité à l’état d’h drox de colloïdal
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C-Matières organiques d issou tes (M.O )
Elles représentent plusieurs familles decomposés:
- Les acides humiques.
- les acides carboxyliques .
- les hydrates de carbone.
caractérisés globalement par l’oxydabilité aupermanganate ou le carbone organiquetotal (COT).
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I.2.3 Interprétation des principaux titres
a- Relation TH – TAC
• TH >TAC : eau à dureté permanente
dureté temporaire = TA
dureté permanente = TH - TAC• TH = TAC (cas rare)
dureté temporaire = TH = TAC
dureté permanente = TH - TAC
• TH < TAC : eau bicarbonatée sodiquedureté temporaire = TH
dureté permanente = O
Bicarbonate de soude = TAC – TH.
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I.2.4 Agressivité des eaux naturelles
a- Equi l ibre carbonique
CO2total
CO2 libreCO2 lié(TAC)
CO2agressif
CO2équilibrant
CO2½ combiné HCO3
-CO2
combiné CO32-
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b- Indice d’agressivité
défini par :
Tca, TAC, PH ou CO2 libre ; température,
sels dissous.Pour déterminer le caractère agressif ouincrustant des eaux, en utilise un certain
nombre d’indices
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Indice de langelier (IL) :
défini par : IL = pH – pHs
- IL < O : eau agressive- IL = O : eau en équilibre (neutre)- IL > O : eau incrustante (entartrant)
Indice de Ryznar
défini par: IR = 2 p HS – pH- IR < 6 entartante- IR > 7 corrosive.
- 6 < IR <7 l’eau est sensiblement à l’équilibre tarte-corrosionLe pH de saturation est donné par :
PHs = pCa + pTAC + CCalculé à l’aide des abaques
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I.2.5 Corrosivité des eaux naturelles a-Principe de la corrosion
la destruction chimique ou électrochimique d’un métalpar le milieu ambiant
• A l’anode M Mn+ + ne (9)
son potentiel d’électrode étant défini par la relation :E = E° ( M n+ /M) + 0,06 /n log [M n+].
• A La cathode
H+
+ e ½ H2 (10)On définit un potentiel d’électrode E’ = -0,06 pH?La réaction qui se passe dans la solution est bienreprésentée par l’équation globale.
M + nH+ n/2 H2 + Mn+
(11)
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b- Application au ferLe fer est thermodynamiques instable dans l’eau
Fe (métal) Fe 2+(solution) + 2e (dans le métal).
Le principe de la corrosion électrochimiqueest illustré sur la figure suivante:
Fe 2+ Fe 2+ Fe 2+ Fe 2+ Fe 2+ 2H++ 2e H2 O2 +2H2O 4 OH-
e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- cathode cathode
anode
métal
Solution
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2 Fe + 3/2 O2 + 3H2O 2 Fe (OH)3 (14)
2H+ + 2e- H2 (15)
Dégagement d’O2
Passivation des oxydes protecteursCorrosion
Passivité dégagement d’H2
E(Volts)
pH0
0,8 --
-0,4-
0 -0,4-
0,6-
1,2
1,4
2 4 6 8 10 12 14
Diagramme de corrosion de fer d’après POURBAIX
I 2 6 M h i
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I.2.6 Mesures physiquesa- contrôles organoleptiques
Aspect extérieur : par exemple : eau claire ou trouble,coloration, substances ,non dissoutes, émission degaz, odeurs…
b- transparence et turbiditéprésente qu’un caractère descriptif et indicatif et ne
fournit aucun renseignement sur la qualité et lanature des substances présentesc- Masse volumique
d20 = (G1 – GL) x 0,99823 / G2 - GL (g/ml)
G1 : poids du pycromètre rempli d’eau à analyser en g G2 : poids du pycromètre rempli d’eau à distillée en g. GL : poids du pycromètre rempli d’eau à vide et sec et
de son bouchon
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Tableau 4 : Densité de l’eau pure à différentes températures
T°C Densité T°C Densité
5
7
9
10
12
0,999992
0,999929
0,999808
0,999727
0,999525
15
17
20
25
30
0,999126
0,998801
0,998230
0,997071
0,995673
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d- Température et pH
- une élévation de le température s’accompagne
généralement d’une modification de la densité.- pH des eaux naturelles est lié à la nature des
terrains traversés. varie entre 7,2 et 7,6.
e- SalinitéParamètre d’évaluation de la potabilité des eaux
naturelles
f- Matières en suspension (MES) et matièresdécantables.
les cours d’eau qui servent à évacuer les rejetsliquides et une partie de rejets solides des villesconnaissent une augmentation élevée des MES.
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PARAMETRES GLOBAUX DEPOLLUTION DES EAUX NATURELLES
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II.1 - Pollution de l’eau
contam ination de celle ci par des co rps
étrangers tels que des m ic ro - organismes, des produ i ts chim iques,des déchets industr iels ou autres, cescorps et substances dégradent laqualité de l’eau et la rendent impropreaux usages souhaités.
En conc lus ion les po l lu t ions : urbaine,
indus tr ielle et agr ico le rep résenten t lestrois causes essent ie ls de la po l lut ionde l’eau
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Parm i les paramètres généraux de po llu t ion , il ya
la DBO, la DCO, et le COT
II.2.1 La demande biochimique en oxygène(DBO5)
Elle est mesurée par la consommation
d’oxygène à 20°C à l’obscurité et pendantcinq jours d’incubation ,d’un échantillon
préalablement ensemencé, temps qui
assure l’oxydation biologique d’unefraction des M.O carbonées.
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II.2.2 La demande chimique enoxygène (DCO)
Mesurée par la consommation d’O2 d’une
solution de bichromate et potassium
(K2Cr 2O7) (ou de permanganate de
potassium (KMnO4) à chaud est sous
reflux en 2 heures.
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DCO mg O2/g
KMnO4 K2Cr2O7• Glucose 600 990• Amidon 120 990
• Lactose 390 920• Acide Lactique 270 970
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La détermination des matières oxydables (MO)
MO = DCO + 2DBO5 / 3
II.2.3 Le carbone organique total (COT)
Déterminé par oxydation thermique dessubstances organiques, càd parcombustion à des T°C assez
élevées.
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II.2.4 Autres Critère de pollution des eaux
a- Le phosphore total (PT)
La présence des produits phosphatés (Ca PO-4,CaHPO4, Ca H2 PO4+,Ca3 (PO4)2……) en
concentration élevée dans les eaux naturelles a
deux origines principales :• Le rejet des eaux usées domestiques et
industrielles des produits phosphatés
• Les engrais minéraux (N,P,K) ou phosphatesemployés à forte dose en agriculture
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b- L’Azote total Kjeldhal (NTK)
La présence des composés azotés
(NH 4+,NO2
2-,NO3-,….) en quantité assez élevée
c- les métaux lourds
Cr, Ag, Cd, Hg, Pb, etc…les sources de pollution
de ces métaux sont surtout industrielles
Ces métaux même en très faibles doses dans l’eauprovoquent des intoxications diverses (cancer,mutation génétique…) pour les être vivants
Hommes, animaux, poissons…).
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