Formation des trihalométhanes

Les trihalométhanes (THM) sont des composés constitués d’un seul atome de carbone lié à des halogènes, de formule générale CHX3, où X est habituellement du chlore, du brome ou une

combinaison de ces deux éléments. Les THM mesurés dans l’eau chlorée sont: le chloroforme (CHCl3), le bromodichlorométhane (CHBrCl2), le chlorodibromométhane (CHClBr2) et le

bromoforme (CHBr3). Ces substances existent à l’état liquide à la température ambiante (Santé

Canada, 1993). Elles sont relativement extrêmement volatiles (Santé Canada, 1993) et se dégradent dans l’air par réaction photooxydative avec une demi-vie de 26 à 260 jours dans le cas du chloroforme et d’environ deux mois pour les autres trihalométhanes bromés (Organisation mondiale de la Santé, 2000).

Rappelons que les THM sont des sous-produits de la chloration de l’eau formés principalement par réaction du chlore avec des substances organiques naturelles (substances humiques et fulviques) présentes dans l’eau (Santé Canada, 1993). Le chloroforme est généralement le principal THM mesuré dans l’eau potable (jusqu’à 90 % en poids de tous les THM), mais sa proportion par rapport à l’ensemble des THM peut varier de façon significative selon la teneur de l’eau brute en bromure (qui peut entraîner alors une formation de sous-produits bromés) et selon le pH de l’eau (Mills et al., 1998; Levallois, 1997).

Les THM ne représentent toutefois qu’une fraction des produits qui peuvent se former lors de la chloration de l’eau. Parmi les autres sous-produits susceptibles d’être formés, on retrouve des acides acétiques halogénés, des acétonitriles halogénés, des cétones halogénées, des aldéhydes chlorées, des chlorophénols, du trichloronitrométhane (chloropicrine) (Cumming et Jolley, 1993), du 3 chloro-4- (dichlorométhyle)-5-hydroxy-2(5H)-furanone (MX) (Wright et al., 2002), etc.

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Les concentrations de THM (et autres sous-produits de la chloration) peuvent être très variables d’un réseau à l’autre. En général, les concentrations les plus élevées se retrouvent dans l’eau traitée provenant de sources à fortes teneurs en matières organiques, comme les lacs et les rivières, et les concentrations les plus faibles, dans les sources souterraines (Milot et al., 2000; Santé Canada, 2000; Tremblay, 1999). Les teneurs en THM peuvent donc varier de façon importante en fonction de la matière organique (COT) mais également en fonction d’autres paramètres de la qualité de l’eau tels les bromures, le pH, l’ammoniac, l’alcalinité et la température. Les paramètres de traitement (enlèvement de la matière organique avant le point d’application du désinfectant, type de désinfectant, dose de désinfectant, temps de contact) et la saison (les concentrations sont généralement plus élevées en été et plus faibles en hiver) influencent aussi les concentrations de THM dans l’eau (Laferrière et al., 1999; Singer, 1993).

Les résultats qui ont été obtenus par Achour et al., (2009) au cours de la chloration de plusieurs types d’eaux de surface algériennes ont bien enregistrés que les potentiels de formation en THM les plus élevés sont observés pour les eaux les plus riches en composés organiques, notamment pour celles dont la charge organique est essentiellement naturelle (barrages de Beni Zid, Chefia, Mexa, Aïn Zada et Hammam Ghrouz) (tableau 7). L’évolution de l’absorbance en UV après 24 heures, caractéristique de l’aromaticité, indique qu’une fraction de la matière organique présente a pu être dégradée en structures aliphatiques, parmi lesquelles les THM. En effet, la diminution des absorbances UV après chloration a varié de 21 à 70%, selon le type d’eau et la nature de la matrice organique. Pour toutes les eaux testées, le chloroforme a été le THM majoritairement formé.

Cependant, la proportion en THM bromés, notamment en bromoforme, a sensiblement augmenté avec celle de la teneur initiale en bromures dans les eaux, comme cela a été le cas pour les eaux du Sud (barrages de Foum El Gherza et Fontaine des Gazelles) ou celles du littoral (barrages de Zardezas et Beni Zid) (tableau 8). Les valeurs déterminées constituent bien sûr les concentrations maximales en THM pouvant se former lors de la chloration des eaux de surface. Elles restent inférieures aux valeurs guides recommandées (200 μg/l pour le chloroforme, 60 μg/l et 100 μg/l pour les dérivés bromés) (OMS, 1998).

Chapitre II Chloration des substances humiques et les bases azotées

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Tableau 8: Potentiels de réactivité vis-à-vis du chlore de quelques types des eaux de barrage algérien (Achour et al., 2009)

Barrages PCCl2 (mg Cl2/l) PFTHM (μg/l) PFTOX (μg Cl-/l) Zardezas 12,30 65 726 Beni Zid 7,58 67 493 Ain Zada 9,55 72 721 Ain Dalia 9,35 46 489 Hammam Debagh 10,46 62 860 Hammam Ghrouz 9,90 81 608 Chefia 10,32 93 792 Mexa 12,48 112 822

Fontaine des gazelles 6,00 45 450

Foum El Gherza 5,80 39 471

Beni Haroun 16,22 78 985

II.5. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons passé en revue l’importance de la chloration dans la production d’une eau destinée à la consommation humaine « eau potable ». Ces eaux nécessitent avant leur usage des traitements de natures physico-chimiques et mécaniques.

Dans une chaine de traitement, l’utilisation du chlore nous ramène à dire que :

Le chlore est un puissant agent d'oxydation et de désinfection. Sous sa forme gazeuse et/ou liquide, il sert couramment à inactiver les microorganismes pathogènes présents dans les approvisionnements d'eau.

La chloration peut être utilisée comme pré-oxydation avant l’étape de clarification ou en poste oxydation pour assurer la désinfection.

Le chlore agit rapidement sur les réducteurs organiques et minéraux, il agit également sur les substances organiques de différentes façons: réactions d’oxydation sur les fonctions réductrices, réactions d’addition sur les liaisons insaturées et réactions de substitution électrophile sur les sites nucléophiles.

L’inconvénient de la pratique de la chloration est la formation des composés organohalogénés et en particulier les trihalométhanes souvent toxiques. Les substances humiques sont considérées comme les plus forts consommateurs du chlore et les principaux précurseurs sont

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les trihalométhanes (T.H.M). Ce qui a conduit certains traiteurs d’eaux à utiliser l’étape de chloration qu’en fin de traitement, lorsque la plus grande partie de la matière organique a déjà été éliminée.

Les travaux cités dans la revue bibliographique mettent en évidence la grande réactivité des composés organiques azotés étudiés vis-à-vis du chlore en particulier ceux hétérocycliques nommés bases puriques et pyrimidiques. L’action du chlore sur ces composés se manifeste par des réactions de substitution et/ou par un clivage du cycle aromatique par oxydation.

La réactivité des bases puriques et pyrimidiques entrant dans la composition des acides nucléiques des microorganismes est invoquée pour interpréter l’inactivation des germes pathogènes. D’autre part, la minéralisation des eaux a marquée son effet inhibiteur sur la réaction chlore/matière organique par les chlorures et les sulfates.