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Chimie de l’eau et paramètres de pollution PLAN INTRODUCTION 1- CHIMIE DES EAUX

Chimie de l’eau et paramètres de pollution PLAN INTRODUCTION 1- CHIMIE DES EAUX NATURELLES 2- PARAMETRES GLOBAUX DE POLLUTION DES EAUX NATURELLES CONCLUSION Chapitre I : CHIMIE DES EAUX NATURELLES I.1: Composition minérale des eaux I.1.1 structure de l’eau - L’eau est un composé moléculaire dans lequel les distances O - H sont égales à 0,96 Å, avec 8 électrons autour de l’ « O ». - La forme « V » d’angle  = 104°5’. - A l’état liquide, les molécules sont associées par des liaisons hydrogènes H O ……..H O …….. H O ……..H O …….. H H Composé H2S H2Sc H2Te H2O T (°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- SO42- NO3 - F- PO4 3- 61 35,5 96 62 19 95 Les principaux ions présents : I.2 Mesures physico-chimiques T°C, PH, turbidité, couleur….. I.2.1 Mesures chimiques  mg/l  Parties par millions (ppm).  Équivalents ou milliéquivalents par litre (eq.l-1ou méq.l-1).  Degré français (°F)  1 mg/l = 1ppm = 1g/m3 L’équivalent = masse moléculaire /valence, ou masse atomique/valence  1 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-] + [CO3 2-] 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- et SO4 2- 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 forts quand ils sont connus et mesurables individuellement e- Teneur en chlorures (Cl-) f- Teneur en sulfates (SO4 2-) 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 nitrate mercurique les échantillons turbides g- Teneur en nitrates (NO3 -) Mesurée par spectrophotométrique à la sulfanilamide après 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 la sulfanilamide. Elle est applicable pour des concentrations 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 spectrométrie d’émission de flamme. j-Teneur en silice (SiO2) Dans les eaux superficielles, la silice est présente sous forme d’acide silicique peu ionisé, H2SiO3 à des concentrations de 5 à 30 mg/l suivant les sols, le dosage peut être effectué par spectrophotométrie de flamme ou par colorimétrie au molybdanate d’ammonium. k- l’oxygène dissous (O 2) Déterminer immédiatement après le prélèvement 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 la température ainsi que le pH. m- Bilans ioniques • SiO4 2- = 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- SO4 2- ST Observations 1 2 3 4 5 6 7 8 5,5 22 29,5 37 52 62 7 270 2,5 19 19 - - 42,5 - - 2 1 2 3 3 44 4 1180 5,5 19 29 12 34 16 9 25,5 1 3 1 24 1 40 1 1340 1 1 1,5 4 20 50 1 85 7,5 23 31,5 40 55 106 11 1450 Eau douce Minéralisation Moyenne Eaux dures Eau saumâtre Eau géothermale N.B: °F = 1/5 méq / l = 1/ 5000 éq/l I.2.2 Impuretés eaux naturelles a-Matières en suspension (MES) Représentent des impuretés non dissoutes dans l’eau b- Matières colloïdales Les particules en suspension, de taille comprise entre 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 seules MES - Couleur : due aux matières organiques dissoutes au fer ferrique précipité à l’état d’hydroxyde colloïdal C-Matières organiques dissoutes (M.O) Elles représentent plusieurs familles de composés: - Les acides humiques. - les acides carboxyliques . - les hydrates de carbone. caractérisés globalement par l’oxydabilité au permanganate ou le carbone organique total (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 sodique dureté temporaire = TH dureté permanente = O Bicarbonate de soude = TAC – TH. I.2.4 Agressivité des eaux naturelles a- Equilibre carbonique CO2total CO2 libre CO2 lié(TAC) CO2 agressif CO2 équilibrant CO2 ½ combiné HCO3 - CO2 combiné CO3 2- b- Indice d’agressivité défini par : Tca, TAC, PH ou CO2 libre ; température, sels dissous. Pour déterminer le caractère agressif ou incrustant 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- corrosion Le pH de saturation est donné par : PHs = pCa + pTAC + C Calculé à l’aide des abaques I.2.5 Corrosivité des eaux naturelles a-Principe de la corrosion la destruction chimique ou électrochimique d’un métal par 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 bien représentée par l’équation globale. M + nH+ n/2 H2 + M n+ (11) b- Application au fer Le fer est thermodynamiques instable dans l’eau Fe (métal) Fe 2+(solution) + 2e (dans le métal). Le principe de la corrosion électrochimique est 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 protecteurs Corrosion Passivité dégagement d’H2 E(Volts) pH 0 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 Mesures physiques a- contrôles organoleptiques Aspect extérieur : par exemple : eau claire ou trouble, coloration, substances ,non dissoutes, émission de gaz, odeurs… b- transparence et turbidité présente qu’un caractère descriptif et indicatif et ne fournit aucun renseignement sur la qualité et la nature des substances présentes c- 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- Salinité Paramètre d’évaluation de la potabilité des eaux naturelles f- Matières en suspension (MES) et matières décantables. les cours d’eau qui servent à évacuer les rejets liquides et une uploads/s3/ chimie-de-l-eau.pdf