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1 LE TRAITEMENT DE L’EAU J-M R. D-BTP 2006 2 1 - CONNAISSANCE DE L’EAU 2 - TRAI

1 LE TRAITEMENT DE L’EAU J-M R. D-BTP 2006 2 1 - CONNAISSANCE DE L’EAU 2 - TRAITEMENT DE L’EAU 3 Généralités Principaux titres d’une eau Phénomène d’entartrage Phénomène de corrosion Rappels de chimie Développement d’organismes vivants 4 Généralités Généralités Répartition de l’eau Cycle de l’eau Matières présentes dans l’eau 5 L’eau est un composé chimique qui résulte de la combinaison de deux atomes d’hydrogène, HH et d’un atome d’oxygène O pour former le bien connu « H2O ». H O H H2 + + O2 - - = H2O Les deux atomes d’hydrogène sont situés sous un angle de 105°. 105 ° Cela forme une molécule dissymétrique chargée positivement du côté de l’hydrogène , et négativement du côté de l’oxygène. Généralités 1/3 6 C’est cette composition moléculaire de l’eau qui est à l’origine de ses propriétés spécifiques dont les principales sont : Ses états physiques : Solide, liquide, vapeur qui sont obtenus avec de faibles écarts de température. Sa stabilité thermique : L’énergie de formation de la molécule d’eau est très élevée (58 000 cal/mole) et sa température de décomposition se situe au delà de 1 200 °C. Sa capacité thermique : Qui en fait le fluide idéal de chauffage et de refroidissement car à chaque variation de température l’eau cède ou absorbe de l’énergie thermique en quantité supérieure à la plupart des autres éléments. Son pouvoir solvant : Qui correspond à sa faculté de dissoudre la quasi totalité des corps qu’elle rencontre (roche, fer…). Généralités 2/3 7 On confère souvent à l’eau la dénomination de « solvant universel ». En effet, peu d’éléments résistent à ce pouvoir et cette qualité est également un inconvénient majeur car, de ce fait, l’eau naturelle ne se présente que très rarement sous la forme H2O correspondant à l’eau pure. Ainsi, les trois quarts de la surface terrestre sont recouverts par de l’eau, mais finalement, comme nous allons le voir, peu d’eau est vraiment pure. Généralités 3/3 8 Océans et mers 97 % 1,3 . 109 km3 Glaciers et calottes glaciaires 2,1 % 29,5 . 106 km3 Eau douce et liquide 0,8 % 8,5 . 106 km3 Répartition de l’eau 1/2 9 Répartition de l’eau douce et liquide Cours d’eau 1 250 km3 Eau de surface 65 000 km3 Eau souterraine en faible profondeur 4 000 000 km3 Eau souterraine en profondeur > 800m 4 000 000 km3 Eau atmosphérique 12 700 km3 Répartition de l’eau 2/2 10 Cycle de l’eau 1/3 11 Sous l’effet de la chaleur du rayonnement solaire, l’eau s’évapore et s’élève vers l’atmosphère à l’état de vapeur pure. Au contact de masses d’air plus froides cette vapeur se condense et forme les nuages. Ici commencent les problèmes… En effet, les gouttelettes en suspension se chargent alors de poussières atmosphériques et absorbent jusqu’à saturation les gaz atmosphériques tels que l’oxygène et surtout le gaz carbonique lequel se combine à l’eau pour former de l’acide carbonique. H2O + CO2 = H2CO3 De sorte que les précipitations qui touchent le sol (pluie, neige, grêle) présentent un pH acide de l’ordre de 6. Cycle de l’eau 2/3 12 L’eau a alors deux possibilités de retourner à la mer : - par infiltration dans le sol en formant des nappes souterraines. L’acidité de l’eau conduit alors à une dissolution des minéraux constituant les sols calcaires rencontrés, - par ruissellement en surface du sol en torrents ou rivières. Dans ce cas l’eau balaie la surface de la terre et entraîne des matières solides. Au cours de son cycle, l’eau conserve les « traces » de son cheminement, de sorte que le liquide « eau » utilisé pour notre consommation domestique et industrielle est fort éloignée de la simple formulation « H2O », et possède une identité spécifique qui sera à l’origine des difficultés que nous allons rencontrer avec elle. Cycle de l’eau 3/3 13 MATIERES INSOLUBLES GAZ MATIERES SOLUBLES minérales organiques minérales organiques colloïdales Micro organismes animal végétal minérales organiques Matières présentes dans l’eau 1/13 14 Il s’agit de l’ensemble des matières solides que l’eau rencontre au cours de son cheminement et qu’elle transporte sans dissolution jusqu’au point de soutirage. Cette pollution va de la plus fine à la plus grossière et peut être classée ainsi : Matières solides Matières organiques Matières colloïdales en suspension Matières vivantes Matières présentes dans l’eau 2/13 MATIERES INSOLUBLES 15 Matières minérales solides Ces matières sont constituées de substances généralement visibles à l’œil nu et définissant la turbidité de l’eau. Leurs origines et dimensions sont très variables (débris de roche, sable, boue, argile, matières végétales, « rouilles »…) et elles se rencontrent aussi bien dans les eaux de forage que sur les eaux de distribution publique. Dans ce dernier cas leur présence résulte généralement de travaux d’extension ou de réparation ou de vibrations transmises aux réseaux anciens. L’élimination de ces matières se fera soit par décantation soit par filtration. MATIERES INSOLUBLES Matières présentes dans l’eau 3/13 16 Matières organiques Ces matières proviennent de la décomposition des végétaux et de la pollution due aux rejets industriels. Il s’agit de matières azotées, de produits de synthèse et de tourbes. Ces matières sont à l’origine de la coloration et du mauvais goût de l’eau. Elles sont généralement inexistantes dans les eaux de distribution publique, celles-ci ayant subi un traitement d’épuration. MATIERES INSOLUBLES Matières présentes dans l’eau 4/13 17 Matières colloïdales en suspension Ces matières sont constituées d’huiles minérales, de suies, d’argile colloïdale… elles se présentent en émulsion sous une forme qui n’est ni dissoute, ni solide. Invisibles à l’œil nu, ces matières comportent en surface des charges électriques qui ont un effet de répulsion les unes sur les autres et qui les maintient de ce fait en suspension. Leur élimination nécessite au préalable une neutralisation de leur charge électrique et leur regroupement en particules plus grosses (floculation). MATIERES INSOLUBLES Matières présentes dans l’eau 5/13 18 Matières vivantes Il s’agit d’organismes vivants du règne végétal et animal tels que champignons, algues, bactéries… Ces matières n’existent que très rarement dans les eaux de distribution publique mais sont souvent présentes dans les eaux de puits. MATIERES INSOLUBLES Matières présentes dans l’eau 6/13 19 MATIERES GAZEUSES Les principaux gaz rencontrés dans l’eau sont : - l’azote N2 - l’oxygène O2 - le gaz carbonique CO2 Ils sont présents dans l’eau sous deux formes : - libre en tant que gaz dans l’eau - dissoute Dans ce dernier cas, leur solubilité va être fonction de la température et de la pression du milieu. La solubilité augmente avec la pression et diminue avec la température. Matières présentes dans l’eau 7/13 20 MATIERES DISSOUTES L’ensemble des corps minéraux peut se dissoudre dans l’eau. Néanmoins la solubilité d’un corps donné est limité à un seuil, appelé seuil de solubilité, variable en fonction de la température et de la pression du milieu. Les quantités de produit rajoutées à l’eau au-delà du seuil de solubilité ne sont plus dissoutes mais précipitées sous forme solide. Toute dissolution d’un corps dans l’eau correspond à une destruction de sa cohésion. Pour les sels minéraux (sulfates, chlorures, oxydes…) cette destruction conduit à une véritable dissociation du sel qui se retrouve dans l’eau sous forme d’ions chargés électriquement. Matières présentes dans l’eau 8/13 21 La dissociation électrique d’un sel, ou ionisation, met en œuvre autant d’ions chargés positivement appelés cations que d’ions négatifs appelés anions. Exemple des sels de calcium Sel Cation Anion Carbonate de calcium Ca CO3 Calcium Ca + + Carbonate CO3 - - Bicarbonate de calcium Ca (HCO3)2 Bicarbonate HCO3 - Sulfate de calcium Ca SO4 Sulfate SO4 - - Chlorure de calcium Ca Cl2 Chlorure Cl - Chaux Ca O Oxyde O - - Matières présentes dans l’eau 9/13 22 Exemple des sels de magnésium Sel Cation Anion Carbonate de magnésium Mg CO3 magnésium Mg + + Carbonate CO3 - - Bicarbonate de magnésium Mg(HCO3)2 Bicarbonate HCO3 - Sulfate de magnésium Mg SO4 Sulfate SO4 - - Chlorure de magnésium Mg Cl2 Chlorure Cl - Magnésie Mg O Oxyde O - - Matières présentes dans l’eau 10/13 23 Exemple des sels de sodium Sel Cation Anion Carbonate de sodium Na2 CO3 sodium Na + Carbonate CO3 - - Bicarbonate de sodium Na HCO3 Bicarbonate HCO3 - Sulfate de sodium Na2 SO4 Sulfate SO4 - - Chlorure de sodium Na Cl Chlorure Cl - Matières présentes dans l’eau 11/13 24 Exemple des sels de fer Sel Cation Anion Chlorure ferrique Fe Cl 3 Fer ferrique Fe + + + Chlorure Cl - Hydroxyde ferreux Fe ( OH ) 2 Fer ferrique Fe + + Hydroxyde OH - Hydroxyde ferrique Fe ( OH ) 3 Fer ferrique Fe + + + Hydroxyde OH - Matières présentes dans l’eau 12/13 25 C’est la nature et la concentration des différents éléments entrant dans la composition de l’eau qui sont à l’origine des problèmes classiques rencontrés tels que l’entartrage et la corrosion. La nature des substances définira le comportement réactionnel de l’eau et la connaissance quantitative des ions déterminera les possibilités réactionnelles. Il est donc nécessaire d’établir des regroupements uploads/s3/ traitement-des-eaux.pdf