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7/23/2019 Chimie-de-l-eau

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Chimie de l’eau et paramètres de pollution



PLAN

INTRODUCTION

1- CHIMIE DES EAUX NATURELLES

2- PARAMETRES GLOBAUX DE POLLUTIONDES EAUX NATURELLES

CONCLUSION



Chapitre I :

CHIMIE DES EAUX

NATURELLES



I.1: Compos it ion m inérale des eaux

I.1.1 structure de l’eau



- 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



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 :



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.



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

× ×

×

×

×



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



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



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



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.



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.



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.



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



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



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



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).



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.



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-



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



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



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)



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



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



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



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



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.



PARAMETRES GLOBAUX DEPOLLUTION DES EAUX NATURELLES



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



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.



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.



DCO mg O2/g

KMnO4 K2Cr2O7• Glucose 600 990• Amidon 120 990

• Lactose 390 920• Acide Lactique 270 970



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.



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



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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