Chimie-de-l-eau

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

Composé T (°C) ébullition

H2S -58

H H2Sc -42

H2Te -10

H2O 100

I.1.2 minéralisation des eaux Une eau naturelle pure comme ne contenant ni matière en suspension (M.E.S) ou colloïdes

Les principaux ions présents :

Cations Ca 2+ Mg 2+ Na+ K+ NH4+ Fe 2+

Masse atomique 40 24 23 39 18 56

Anions HCO3 ClSO42NO3FPO43-

Masse atomique 61 35,5 96 62 19 95

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. × 0,1

× 0,02

×5

ppm CaCO3

°F méq × 0,2

× 50 × 10

a-Titre alcalimétrique (TA) : TA est défini par l’équation : TA = [OH-] + [CO32-]

b-Titre alcalimétrique complet (TAC) défini par l’équation : TAC = [OH-] + [CO32-] + [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 SO42- 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 ) Réalisé par la méthode volumétrique au nitrate mercurique les échantillons turbides

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

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 • 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 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

N.B: °F = 1/5 méq / l = 1/ 5000 éq/l

Eaux dures Eau saumâtre Eau géothermale

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 agressif

CO2 lié(TAC) CO2 équilibrant

CO2 ½ 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 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