Une ressource indispensable : l’eau

Quelques documents complémentaires

Joseph Segarra

Les paramètres de mesure des polluants

DCO : demande chimique en oxygène.Elle représente la quantité d'oxygène consommée par les matières oxydables chimiquement contenues dans un effluent. La présence de matières oxydables dans l'eau entraîne une diminution de la photosynthèse et une consommation de l'oxygène dissous, au détriment de la faune et de la flore.DBO5 : demande biochimique en oxygène.Ce paramètre permet de caractériser les capacités de dégradation des effluents en 5 jours en présence d'oxygène dissous. La DBO5 correspond à la quantité de dioxygène consommée en 5 jours à 20°C, à l’obscurité. MES : matières en suspension.Elles provoquent une diminution de la production photosynthétique, le colmatage du lit des cours d'eau et des frayères, ainsi que le colmatage des branchies des poissons.N : azote.Il entraîne des perturbations pour la production d'eau potable. La forme ammoniacale est toxique pour les poissons ; les nitrates contribuent à l'eutrophisation des écosystèmes aquatiques ; les nitrites ont des effets sur la santé.P : phosphore.Il provoque l’eutrophisation des écosystèmes aquatiques.Métaux : métaux lourds toxiques, cadmium, chrome, nickel.Certains métaux comme le plomb et le mercure peuvent s'accumuler dans les organismes vivants. En fonction de la toxicité spécifique de chaque éléments métallique, l'agence de l'eau a créé une unité pondérée : " METOX ".Autres polluants : fluors, sulfates, cyanures (toxiques), détergents, pesticides.

Conséquences d’un rejet modéré de déchets organiques dans un cours d’eau

Doc.9 : Traitement des eaux usées dans une station d’épuration

Un exemple d’activité : étudier la potabilité d’une eau

� Objectifs méthodologiques et cognitifsréaliser des manipulations simplescomparer des résultats et classer des objetscomprendre le sens et l’utilité d’une normecomprendre la notion de potabilité et les critères associés

Enseignement scientifique, classe de 1ère ES, Hachette, 2007

Un exemple d’activité : étudier la potabilité d’une eau

� Prolongement 2caractériser la teneur en matière organique biodégradable : mesure de la

DBO5 par ExAO

Enseignement scientifique, classe de 1ère ES, Hachette, 2007

Document complémentaire : modéliser une station d’épuration

Enseignement scientifique, classe de 1ère ES, Hachette, 2007

Schéma-bilan

Le schéma est à réaliser au fur et à mesure de l’exposé.

EAU

quantité qualité

sècheresseprélèvement importantetc

pollutions agricoles, domestiques, industriellesetc

Gestion quantitativesurveillance des nappesmesures de restrictionscontrôles des circuits de

distributionetc

Gestion qualitativeprévention des pollutions

(diminution des engrais, sécurisation industrielle…)traitement pour potabilisation,

création de périmètre protégé de captagetraitement des eaux uséesetc

Schéma-bilan

Le schéma est à réaliser au fur et à mesure de l’exposé.

Enseignement scientifique, classe de 1ère ES, Hachette, 2007

Compléments scientifiques : DBO5

Protocole expérimental de détermination de la demande biochimique en oxygène.INTRODUCTIONLe principe de mesure de la demande biochimique en oxygène consiste à déterminer la quantitéd'oxygène consommée au bout de cinq jours d'incubation, dans les conditions d'essai, à 20°C dansune solution diluée de l'échantillon.Pour déterminer la DBO5, deux mesures de l'oxygène dissoute doivent être effectuées :à l'instant t = 0, au moment d'incubationà l'instant t = 5 jours, après 5 jours d'incubation

Le dosage de la demande biochimique en oxygène (DBO5) que nous appliquons s'effectueélectrochimiquement en utilisant un oxymètre équipé d'une sonde à oxygène. Le protocole de mesureest extrait de la norme AFNOR (NF, T90-103).

SignificationLa DBO est la quantité de dioxygène nécessaire aux micro-organismes aérobies de l’eau pour oxyder les matières organiques, dissoutes ou en suspension dans l’eau. Il s’agit donc d’une consommation potentielle de dioxygène par voie biologique. Ce paramètre constitue un bon indicateur de la teneur en matières organiques biodégradables d’une eau (toute matière organique biodégradable polluante va entraîner une consommation d’O2) au cours des procédés d’autoépuration.PrincipeLa DBO est mesurée au bout de 5 jours (=DBO5), à 20°C (température favorable à l’activité des micro-organismes consommateurs d’O2 ) et à l’obscurité (afin d’éviter toute photosynthèse parasite). Deux échantillons sont nécessaires : le premier sert à la mesure de la concentration initiale en O2, le second à la mesure de la concentration résiduaire en O2 au bout de 5 jours. La DBO5 est la différence entre ces 2 concentrations. Les mesures seront effectuées sur un même volume et le second échantillon sera conservé 5 jours à l’obscurité et à 20°C. Afin de mesurer la totalité de la demande, l’O2 ne doit pas devenir facteur limitant de l ’activité microbienne. En effet une eau abandonnée à elle même dans un flacon fermé consommera rapidement le dioxygène dissous : il faut donc s’assurer au préalable que ce dioxygène suffira largement à la consommation des microorganismes. On utilise pour cela la méthode des dilutions, ou l’échantillon à doser est dilué dans une quantité d’eau telle qu’à l’issue de la mesure le taux d’O2 résiduel reste supérieur à 50% du taux initial. Une quantité réduite du mélange micro-organismes + substrat est ainsi mis à disposition du dioxygène d’un important volume d’eau dépourvu de demande propre.

Compléments scientifiques : DCO

Détermination de la D.C.O par la méthode normalisé (AFNOR)

Le principe de mesure consiste à doser, par une réaction d’oxydoréduction, l’excès de bichromate de potassium (K2Cr2O7) avec une solution titrée de sulfate de fer (II) et d'ammonium.

SignificationLa DCO permet d'apprécier la concentration en matières organiques ou minérales, dissoutes ou en suspension dans l’eau, au travers de la quantité d’oxygène nécessaire à leur oxydation chimique totale.

PrincipeOn évalue la quantité d’oxygène (en mg /l), utilisée par les réactions d'oxydation, à partir de la mesure du résidu de réactifs au bout de 2 h. L'oxydation s'effectue àchaud, en milieu acide, en présence d'un excès d'oxydant.

Compléments scientifiques : la dureté de l’eau ou titre hydrométrique

Le titre hydrotimétrique (T.H.), ou dureté de l'eau, est l’indicateur de la minéralisation de l’eau. Elle est surtout due aux ions calcium et magnésium. La dureté s’exprime en ppm w/v (ou mg/L) de CaCO3 ou en degréfrançais (symbole : °f) en France (à ne pas confondre avec le symbole °F, degré Fahrenheit).

1 degré français correspond à 4 milligrammes par litre de calcium et à 2,4 milligrammes par litre de magnésium.

Plage de valeurs pour le titre hydrotimétrique :

très dureduremoyennement duredoucetrès douceEau

supérieur à 4225 à 4215 à 257 à 150 à 7TH (°f)

Généralement on distingue la dureté permanente et la dureté temporaire, la somme des deux étant la duretétotale.La dureté se détermine par un dosage complexométrique par l’EDTA (voir chélation).On utilise un adoucisseur d'eau pour adoucir l'eau jusqu'à environ 5° français.

Extrait de Wikipedia, l’encyclopédie libre

Compléments scientifiques : la dureté de l’eau ou titre hydrométrique

Le titre hydrotimétrique de l'eau permet de quantifier une notion qualitative : la dureté de l'eau.

Cette notion a été imaginée par deux pharmaciens français pour mesurer l'importance de la consommation de savon. Le savon est constitué de sels sodiques et potassiques d'acides gras (corps gras + base = savon). C'est un composé soluble dans l'eau dont les acides gras forment avec le calcium et le magnésium des composés insolubles.Lorsque l'eau utilisée est dure (TH élevé), les acides gras "neutralisent" le calcium et le magnésium de l'eau avant de pouvoir agir en tant qu'agents détergents. Une eau dure nécessite pour le même pouvoir détergent une quantité plus élevée de savon qu'une eau douce.Un m3 d'eau de dureté 20ºF précipite de l'ordre de 2 kg de savon...

Cette notion liée à la consommation de savon est à l'origine d'une méthode de détermination du TH : méthode dite au savonqui n'est pas normalisée car d'une trop faible précision. Elle peut néanmoins être utilisée pour une détermination approximative du TH et est souvent suffisante pour s'assurer du bon fonctionnement d'un adoucisseur (vérification du TH=0 en sortie d'adoucisseur pour des postes de traitement type bâtiment) ou lorsque les eaux sont conditionnées par des produits séquestrants("anti-tartres" tels que les polyphosphates, silicates ou tannins).

La mesure normalisée de la dureté se réalise avec un complexant (EDTA et sels dérivé qui permettent de maintenir en solution les ions calcium et magnésium) en présence d'un indicateur de présence d'alcalino-terreux.Le calcium associé aux carbonates de l'eau forme du carbonate de calcium très peu soluble qui est à l'origine des problèmes d'entartrage les plus courants.Les sels de calcium et de magnésium sont aussi à l'origine de problèmes de cuisson des aliments (légumes secs entre autres), par formation de sels qui ralentissent la cuisson.Attention : la seule connaissance du TH est insuffisant pour connaître la capacité d'entartrage d'une eau. Ceci nécessite la connaissance de l'ensemble des paramètres caractéristiques de l'eau et des calculs complexes.

Le TH dit aussi TH total peut se subdiviser en deux titres qui mesurent : pour l'un le calcium et pour l'autre le magnésium.

Extrait de http://perso.orange.fr/bernard.pironin/aquatech/titres.htm

Compléments scientifiques : dosage des ions chlorures

Technique proposée par M. Hervé Froissard Cité Scolaire Internationale, Lyon 07

•Matériel nécessaire: •une burette graduée, un erlenmeyer•eau distillée •solution de chlorure de potassium , KCl à 150 mg.l-1

•solution de nitrate d'argent , AgNO3•chromate de potassium (K2CrO4)

•Protocole expérimental:•étalonnage de la solution de nitrate d'argent:

•à l'aide de la burette, introduire dans un erlenmeyer, 10 ml de la solution de KCl à 150 mg/l •vider la burette en récupérant le reste de la solution de KCl•ajouter dans l'erlen, 10 ml d'eau distillée •éliminer l'excès d'eau restant dans la burette •ajouter 4 gouttes de chromate de potassium dans l'erlenmeyer•remplir la burette de nitrate d'argent jusqu'au niveau 0. •verser lentement la solution de nitrate d'argent dans l'erlen qui est agité doucement par des mouvements de rotation •fermer immédiatement le robinet de la burette lors du virage de l'indicateur coloré. Le virage doit être maintenu et homogène. •noter le volume v1 de nitrate d'argent nécessaire pour atteindre ce virage. •récupérer le surplus de nitrate d'argent restant dans la burette et rincer cette ci à l'eau distillée

•dosage des chlorures dans l'eau à tester: •répéter la manipulation précédente en remplaçant les 10ml de la solution de KCl par 10 ml d'eau à analyser. •procéder comme précédemment •noter le volume V2 de nitrate d'argent nécessaire pour atteindre le virage •récupérer l'excès de nitrate d'argent et rincer la burette à l'eau distillée.

•Exploitation des résultats: •Connaissant la concentration de la solution de KCl et le volume V1 de nitrate d'argent nécessaire pour atteindre le virage, calculer la concentration en ions chlorures de l'eau analysée en exploitant le volume V2 mesuré.

Extrait de http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/ress/epuration/eau_cl-.html

Compléments scientifiques : indice biotique

Signification et PrincipeAlors que les analyses physico-chimiques caractérisent les perturbations des cours d'eau par leurs causes (la présence de polluants) les analyses biotiques visent à caractériser les perturbations par leurs effets sur les communautés vivantes en place.Les peuplements d'un habitat sont l'expression de l'ensemble des facteurs écologiques qui conditionnent le milieu. L'analyse de la composition faunistique permet donc une évaluation de l'état du milieu, toute perturbation provoquant des modifications des communautés vivantes qu'il héberge. Certains organismes, dont la sensibilité ou la résistance aux pollutions sont connues, ont été retenus pour établir l'indice biotique du milieu, selon une méthode rigoureuse.

ProtocoleL'indice biotique est fondé sur l'étude simplifiée de la faune invertébrée benthique. On récolte, pour une station, dans des habitats distincts (vitesse du courant et substrats variés), au moyen d'un filet Surber, sur 1/20 m2, les macro-invertébrés benthiques. Chaque prélèvement est fixé sur le terrain par addition d'une solution de formol de concentration finale 10 %.

RésultatsAprès tri, détermination (sous la loupe) et dénombrement des familles faunistiques, l''indice biotique, noté de 1 à 10, dans l'ordre croissant de qualité de l'eau, est lu dans un tableau à double entrée :Cet indice biotique simplifié (Verneaux 1982) est actuellement remplacé par l'IBGN, plus précis mais plus complexe, qui prend en considération 38 taxons indicateurs, récoltés dans 8 habitats distincts d'1 station, pour attribuer un indice biotique de 1 à 20.

Compléments scientifiques : indice biotique

La colonne est déterminée par le nombre total d'unités systématiques récoltées dans le prélèvement.La ligne est déterminée par le groupe faunistique prélevé le plus sensible à la pollution (la sensibilité àla pollution décroît du groupe 1 au 7 ; pour les groupes 1 à 3, il faut considérer la variété du prélèvement).

Cet indice biotique simplifié (Verneaux 1982) est actuellement remplacé par l'IBGN, plus précis mais plus complexe, qui prend en considération 38 taxons indicateurs, récoltés dans 8 habitats distincts d'1 station, pour attribuer un indice biotique de 1 à 20.

Compléments scientifiques : indice biotique

Compléments scientifiques : les agences de bassin hydrographique françaises

Enseignement scientifique, classe de 1ère ES, Bordas, 2001

Compléments scientifiques : l’eau à Paris

Réseau hydrogaphique parisien, carte hydrogéologique de Paris

Compléments scientifiques : l’eau à Paris

Nappes phréatiques parisiennes

Compléments scientifiques : l’eau à Paris

Forage de Grenelle

Nappe des sables verts de l’Albien