L’organigramme de la DG-Eau se présente comme suit :
Contribution à la valorisation des floculants naturels végétaux dans le traitement des eaux : cas des graines de Carica papaya
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 6
Figure1 : Organigramme de la DG-Eau
Source : Arrêté No 029/MEEM/DC/SGM/DAF/DG-Eau/SA/005SGG17, année 2017
Secrétariat
Cellule Audit Interne et de la qualité (CAIQ)
Directeur Général Adjoint de l’Eau (DGA-Eau)
Direction du Service Public et de l’Eau et de la Régulation (DSPER)
Direction de la Gestion des Ressources en Eau (DGRE)
Direction des Normes, de la Veille Technologique et de la Prévention des Risques (DNVT-PR)
Service de la
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 7 1.4.Activités menées par le Laboratoire Central d’Analyses des Eaux
Le Laboratoire Central d’Analyses des Eaux a pour but d’analyser les eaux afin d’apprécier leur qualité. Ainsi, une analyse complète de l’eau comprend : l’analyse physico-chimique et l'analyse bactériologique. Cette analyse est suivie de l’interprétation et précédée de l’échantillonnage.
1.4.1. Les études de qualité
Les études de qualité des eaux naturelles comportent trois étapes : l’échantillonnage, l’analyse et l’interprétation
1.4.1.1. Echantillonnage
L’échantillonnage est primordial car il conditionne la pertinence de l’analyse. Il doit être de qualité mais également représentatif de ce que l’on veut analyser. Les échantillons d’eau doivent être prélevés dans des récipients propres, rincés plusieurs fois avec l’eau à analyser, puis fermés hermétiquement sans laisser de bulles d’air dans le flacon, si l’analyse n’est pas possible in situ. Les récipients en verre ou en plastique pourront être utilisés.
Afin de préserver l’intégrité physico-chimique des échantillons sur une longue période, il conviendra de les conserver dans un environnement frais (utilisation de glace par exemple).
Tout juste après l’échantillonnage, on effectue la mesure in situ.
La mesure in situ consiste à la détermination sur place après échantillonnage des paramètres susceptibles de varier rapidement tels que: la température, le pH, l’oxygène dissous. L’idéal est de réaliser la mesure en continu, en plein courant s’il s’agit d’une rivière, ou dans un seau placé au refoulement de la pompe; s’il s’agit d’une eau souterraine. Il vaut veiller à ne pas aérer l’eau.
Les principaux renseignements à fournir pour une analyse d’eau après échantillonnage sont : - Nom du demandeur,
- Date et heure de prélèvement, - Coordonnées géographiques,
- Localité, village, Arrondissement, Commune et Département,
Contribution à la valorisation des floculants naturels végétaux dans le traitement des eaux : cas des graines de Carica papaya
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 8
- Type d’eau (forage, puits, fontaine, rivière, lac, barrage, citerne etc.).
1.4.1.2. Analyse
L’analyse des eaux consiste à rechercher des paramètres. Les différents paramètres physico-chimiques analysés au Laboratoire sont : le pH, la Conductivité, le TDS (Total Dissolved Solid), la Couleur, les ions Calcium (Ca2+), Magnésium (Mg2+), Chlorure (Cl- ), Bicarbonates (HCO3-), Ammonium (NH4+), Nitrates (NO3-¨), Nitrites(NO2-), Iodure (I-), Fluorure (F-), Sulfates (SO42-), Phosphates (PO43-), Fer total (Fe2+/3+) et le Manganèse (Mn2+).
La flore bactérienne recherchée est composée des coliformes totaux, des coliformes fécaux et des streptocoques fécaux.
1.4.1.3. Interprétation
L’interprétation consiste à expliquer les résultats obtenus de l’analyse puis à les comparer les aux normes de qualité de l’eau en République du Bénin. Cela permet d’affirmer l’usage auquel l’eau est destinée.
1.4.2. Analyse physico-chimique
Au cours de l’analyse physico-chimique, nous recherchons les paramètres physiques et chimiques. Certains sont recherchés par titrimétrie et d’autres par spectrométrie.
1.4.2.1. Mesure du pH, température, la conductivité, le TDS et la turbidité.
1.4.2.1.1. Mesure électrométrique du pH
Le pH (le potentiel Hydrogène) est une des caractéristiques fondamentales de l’eau.
Principe
La méthode est basée sur l’utilisation d’un pH-mètre. Le pH-mètre est un voltmètre un peu particulier qui se caractérise par une très grande impédance d’entrée en raison de la forte résistance présentée par l’électrode de mesure
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 9 Mode opératoire
Le pH-mètre de marque VWR pH1000H est l’appareil utilisé pour la mesure du pH. Ainsi, son électrode est plongée dans l’eau à analyser puis attendre la stabilisation de la valeur.
Le pH évolue avec la température, la prendre simultanément sur le pH-mètre.
1.4.2.1.2 Mesure de la conductivité
La conductivité électrique d’une eau est la conductance c d’une eau comprise entre deux électrodes métalliques de 1cm2 de surface, séparée l’une de l’autre par une distance de 1cm.
Elle traduit l’aptitude que possède une eau à laisser passer le courant électrique.
Principe
La mesure de la conductivité se ramène à celle de la résistance d’une colonne d’eau. A cet effet, on utilise un conductimètre.
Mode opératoire
Le conductimètre de marque HACH HQ flexi est l’appareil utilisé pour la mesure de la conductivité. Son électrode est plongée dans l’eau à analyser puis attendre que la valeur se stabilise. La valeur de la conductivité s’affiche en µS/cm.
1.4.2.1.3. TDS (Total Dissolved Solid)
Le mode opératoire de la mesure du TDS est le même que celui de la conductivité.
Contrairement à la conductivité, la valeur du TDS s’affiche en mg/l.
1.4.2.1.4. Turbidité Principe
La turbidité désigne la teneur d’un fluide en matières qui le troublent. La mesure de la turbidité donne une indication sur la teneur en matières solides en suspension. Elle peut être déterminée par une mesure de l’absorption de la lumière par les solides en suspension.
Mode opératoire
La turbidité est mesurée avec un turbidimètre de marque HANNA HI 98703.
Contribution à la valorisation des floculants naturels végétaux dans le traitement des eaux : cas des graines de Carica papaya
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 10
La lecture nécessite 10 mL de l’échantillon après avoir étalonné l’appareil. La turbidité s’exprime en NTU.
1.4.2.2. Titrimétrie ou dosage volumétrique
La titrimétrie consiste à doser une solution dont on recherche la concentration en un paramètre à partir d’un titrant. Les paramètres recherchés en titrimétrie sont: les ions chlorure, calcium, magnésium et les bicarbonates.
1.4.2.2.1. Dosage des Chlorures (Cl-) Principe
La méthode classique, dite méthode de Charpentier-Volhard, repose sur le principe que les ions chlorures en solution réagissent avec le nitrate d’argent en produisant un précipité blanc noircissant à la lumière.
Mode Opératoire
A 100 ml de l’échantillon à analyser, on ajoute ensuite deux (02) gouttes de dichromate de potassium 10 (couleur jaune) puis titrer au Nitrate d’argent à 0,1N. Noter le volume obtenu.
NB : Si la solution vire du jaune au rouge-brique, on note la présence du chlorure dans l’eau.
La concentration du chlorure est obtenue grâce à la formule suivante : [Cl -] en mg/l = Vtitrant(Cl-) x M(Cl-); avec M ( Cl-) = 35,5g/mol
1.4.2.2.2. Dosage du Bicarbonate (HCO3-) Principe
Le bicarbonate est un ion polyatomique de formule chimique HCO3-. Il doit son préfixe (bi) à son caractère amphotère (double caractère acido-basique), appartenant à deux acido-basiques différents. Il s’agit de la déprotonation de l’acide carbonique: ôter le premier proton de l’acide carbonique donne le bicarbonate, ôter le second proton donnera la forme carbonate ionique.
Equation critique:
CO2+ H2O H2CO3 H+ + HCO-3 2H+ + CO32-
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 11 Mode opératoire
A 100 ml de l’échantillon à analyser, ajouter ensuite 1 gélule de Bromocrésol puis titrer avec l’acide sulfurique (H2SO4) à 1N. Noter le volume obtenu.
NB : Si la solution vire du vert au rose, on note la présence des bicarbonates dans de l’eau.
La concentration est déterminée par la formule suivante :
[HCO3-] en mg/L = Vtitrant (HCO3-) x M (HCO3-) avec M (HCO3-)= 61g/mol.
1.4.2.2.3. Dosage des ions Calcium (Ca2+) Principe
Le dosage des ions Ca
2+
se fait par complexométrie avec l’Acide Diamine Tétra Acétique (EDTA) en milieu basique. C’est l’un des paramètres de détermination de la dureté totale.
Mode opératoire
Pour 50ml de l’échantillon à analyser, ajouter 1ml d’une solution d’hydroxyde de potassium (KOH), puis une gélule de CalVer. La solution obtenue est titrée avec l’EDTA à 0,02N.
Si la solution vire du violet au bleu, on note la présence des ions calcium dans l’eau.
NB : Il faut toujours rendre le milieu basique avec le KOH avant d’y ajouter le CalVer.
La détermination de la concentration du Calcium se fait par la formule suivante :
Ca2+ en mg/L = Vtitrant(Ca2+) x 0,4 x M(Ca)
valenceavec M (Ca)= 40,08g/mol et valence =2
1.4.2.2.4. Dosage des ions magnésium (Mg2+) Principe
Le dosage des ions Mg
2+
se fait par complexométrie avec l’EDTA en milieu basique. C’est l’un des paramètres de détermination de la dureté totale.
Contribution à la valorisation des floculants naturels végétaux dans le traitement des eaux : cas des graines de Carica papaya
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 12
Mode opératoire
A 50ml de l’échantillon à analyser, ajouter 5 gouttes d’eau oxygénée à 3% puis 5 ml d’acide chlorhydrique à 1 N. Chauffer le mélange et attendre 10 mn d’ébullition. Laisser refroidir le mélange à 45°C, ajouter 5ml d’une solution tampon et 5 gouttes d’Eriochrome T puis titrer avec l’EDTA. Noter le volume obtenu.
NB : Si la solution vire du violet au bleu, on note la présence des ions magnésium dans l’eau.
La détermination de la concentration du Magnésium se fait par la formule suivante :
Mg2+ = Vtitrant (Mg) - Vtitrant (Ca) x 0, 4 x M(Mg)
valence avec M (Mg) = 24,32g/mol et valence
= 2
Remarque :
- Si Vtitrant (Mg) < Vtitrant (Ca) alors Mg2+= 0, donc il n’y a pas de Magnésium dans l’eau.
- Si Vtitrant (Mg) > Vtitrant (Ca) alors il y a la présence du Magnésium dans l’eau.
1.4.2.2.5. Alcalinité Principe
L'alcalinité totale de l'eau est donnée par la somme des différentes formes d'alcalinité existantes, soit, par la concentration des hydroxydes, des carbonates et des bicarbonates, exprimée en termes de carbonate de calcium. On peut dire que l'alcalinité mesure la capacité de l'eau à neutraliser les acides.
Calcul
La mesure de l'alcalinité est d'une importance fondamentale dans le processus de traitement de l'eau, car c’est en fonction de sa teneur que s’établit le dosage des produits chimiques utilisés.
L’alcalinité de l’eau est obtenue par la formule suivante :
Alcalinité (mg/L) = Vtitrant (HCO3-) x 100
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 13 1.4.2.2.6. Dureté totale
Principe
Le titre hydrotimétrique ou dureté de l’eau est l’indicateur de la minéralisation de l’eau. Elle est due aux ions calcium et magnésium.
Calcul
La dureté totale de l’eau est fonction des concentrations en ions Ca2+et Mg2+ et est déterminée par la relation suivante:
Dureté totale =( Ca2+
M(Ca2+)+ Mg2+
M(Mg2+)) x 100avec M (Ca2+) = 40,08g/mol et M (Mg2+) = 24, 32g/mol
1.4.2.3. Spectrométrie
Les analyses ont été effectuées avec le spectromètre DR 2800.
1.4.2.3.1. Couleur Principe
La couleur est un paramètre essentiel de la pollution esthétique. La couleur des eaux est due aux acides humiques, grosses molécules contenant des cycles aromatiques ou poly aromatiques avec des fonctions hydroxyles ou acides (Vilaginès, 2003). Elle est déterminée par l’analyse spectrale.
Mode opératoire
La lecture est faite à la longueur d’onde de 465 nm. Elle nécessite 25 ml d’eau distillée dans une cuve circulaire de 25 ml pour faire le zéro de l’appareil et ensuite 25 ml de l’échantillon.
1.4.2.3.2. Ammonium (NH4+) Principe
L’ammonium forme souvent un sel avec un anion. La plupart des sels d’ammonium sont solubles dans l’eau. Ils sont déterminés par analyse spectrale.
Contribution à la valorisation des floculants naturels végétaux dans le traitement des eaux : cas des graines de Carica papaya
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 14
Mode opératoire
La lecture nécessite 25 ml d’eau distillée dans une cuve de 25 ml à laquelle on ajoute 1 ml de sel de Rochelle et 1 ml de la solution de Nessler pour faire le zéro de l’appareil et de 25 ml de l’échantillon auquel on ajoute 1 ml de sel de Rochelle et 1 ml de la solution de Nessler. Elle est faite à 425 nm après 1 minute.
N.B : La concentration en ions NH4+ est obtenue en multipliant la valeur X de N-NH4+ lue sur l’appareil par 1,29.
1.4.2.3.3. Fluorures (F-) Principe
Le fluorure forme un composé binaire avec un autre élément ou un radical. L’ion fluorure est un réducteur extrêmement faible, ses électrons étant fortement liés à un noyau peu masqué. Il existe plusieurs méthodes pour déterminer le fluor dans l’eau. Les trois les plus connues sont:
la méthode Spand, la Scott-Sanchis et la méthode de l’électrode spécifique par ions fluorures..
La méthode Spand est très utilisée au laboratoire de la DG-Eau.
Mode opératoire
La lecture est faite à 580 nm après 1 minute et nécessite 10ml d’’eau distillée dans une cuve de 10 ml + 2 ml de Spand pour faire le zéro de l’appareil et ensuite 10ml d’échantillon + 2ml de Spand.
1.4.2.3.4. Nitrates (NO3-) Principe
L’ion nitrate est l’ion polyatomique de formule chimique NO-3. En chimie, un nitrate est un composé associant cet anion à un ou plusieurs cations. Ils sont déterminés par analyse spectrale.
Mode opératoire
La lecture nécessite de 25ml de l’échantillon dans une cuve de 25ml pour faire le zéro de l’appareil et ensuite de 25ml de l’échantillon + 1 sachet de NitraVer. Chaque mélange est secoué pendant 1 minute. La lecture est faite à 500nm après 5 minutes.
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 15 NB : On calcule la concentration en ions NO3- en multipliant la valeur X de N- NO3- lue sur l’appareil par 4,4.
1.4.2.3.5. Nitrites (NO2-) Principe
Les nitrites sont des sels de l’acide nitreux et peuvent résulter de la réduction des nitrates par des bactéries spécifiques.. Ils sont déterminés par analyse spectrale.
Mode opératoire
La lecture nécessite de 25ml de l’échantillon dans une cuve de 25ml pour faire le zéro de l’appareil et ensuite de 25ml de l’échantillon + 1 sachet de NitriVer. Chaque mélange est secoué pendant 1 minute. La lecture est faite à 515nm après 20 minutes.
NB : On calcule la concentration en ions NO3- en multipliant la valeur X de N- NO2- lue sur l’appareil par 3,3.
1.4.2.3.6. Fer total (Fe2+ /3+) Principe
En solution aqueuse, l’élément chimique fer est présent sous forme ionique avec deux valences principales :
Fe2+ (l’ion fer(II), anciennement appelé ferreux). Suivant l'environnement chimique en solution, il peut prendre différentes couleurs. La solution obtenue par dissolution de sel de Mohr, par exemple, présente une couleur vert pale. Une telle solution est stable pour les pH inférieurs à 6. Pour un pH supérieur à cette valeur, l'hydroxyde de fer(II) Fe(OH)2 précipite.
Fe3+ (l'ion fer (III), anciennement appelé ferrique). Les solutions de chlorure de fer (III) sont oranges, et celle de nitrate de fer (III) sont incolores. Ces solutions doivent avoir un pH inférieur à 2 car l'hydroxyde de fer (III) Fe(OH)3 est peu soluble.
Contribution à la valorisation des floculants naturels végétaux dans le traitement des eaux : cas des graines de Carica papaya
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 16
Mode opératoire
La lecture nécessite de 10 ml de l’échantillon dans une cuve de 10 ml pour faire le zéro de l’appareil et ensuite de 10 ml de l’échantillon + 1 gélule de FerroVer. Secouer chaque mélange pendant une minute. La lecture est faite à 510 nm après 3 minutes.
1.4.2.3.7. Iodures (I-) Principe
L’ion iodure peut-être déterminé par dosage spectrométrique indirect.
Mode opératoire
La lecture nécessite de 25ml de l’échantillon dans une cuve de 25ml pour faire le zéro de l’appareil et ensuite de 25ml de l’échantillon + 1gélule de DPD Total Chlorine. Secouer chaque mélange pendant une minute. La lecture est faite à 530nm après 3 minutes.
1.4.2.3.8. ClO2
Principe
Les hypochlorites provoquent un dégagement de chlore Cl2 en présence d’acide dilué, les ions ClO- et Cl- étant en équilibre.
Mode opératoire
La lecture nécessite de 25ml de l’échantillon dans une cuve de 25ml pour faire le zéro de l’appareil et ensuite de 25ml de l’échantillon + 1gélule de DPD Total Chlorine. Secouer chaque mélange pendant une minute. La lecture est faite à 530nm après 3 minutes
1.4.2.3.9. Phosphates (PO43-) Principe
La mesure de la concentration en phosphate dans l’eau est basée sur l'apparition du complexe phosphomolybdate d'ammonium obtenu par réaction des ions phosphates PO43- en milieu acide avec le molybdate d’ammonium qui est détecté par spectrophotométrie dans l'ultraviolet à la longue d’onde de 880nm.
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 17 Mode opératoire
La lecture nécessite de 25ml de l’échantillon dans une cuve de 25ml pour faire le zéro de l’appareil et ensuite de 25ml de l’échantillon + 1gélulede PhosVer. Chaque mélange est secoué pendant 1 minute. La lecture est faite 880nm après 5 minutes.
1.4.2.3.10. Sulfates (SO42-) Principe
Les sulfates sont des polluants de l’air et se retrouvent par contre dans les eaux de surface. Ils sont déterminés par analyse spectrale.
Mode opératoire
La lecture nécessite de 25ml de l’échantillon dans une cuve de 25ml pour faire le zéro de l’appareil et ensuite de 25ml de l’échantillon + 1gélulede SulfaVer. Chaque mélange est secoué pendant 1 minute. La lecture est faite 450nm après 5 minutes.
1.4.2.3.11. Manganèse avec la Méthode 8034 – Méthode Oxydation au Périodate (0,1– 20,0mg/L)
Principe
Ils sont déterminés par analyse spectrale. Deux méthodes sont utilisées pour sa détermination.
Il s’agit de la Méthode au PAN et la Méthode Oxydation au Périodate (utilisé pour notre cas).
Mode opératoire
Le programme d'analyse utilisé est 295 Manganèse HR. La lecture nécessite de 10mL de l'échantillon pour faire le zéro et ensuite de 10mL de l'échantillon auquel il faut ajouter 1 gélule de tampon citrate pour manganèse (Buffer Powder Pillow, Citrate Type for Manganese). Retourner délicatement le mélange pour homogénéiser .Ajouter maintenant 1 gélule de périodate de sodium (Sodium Periodate). Retourner le mélange pendant 2 mn pour homogénéiser. La lecture est faite à la longueur d’onde de 525 nm après 8 mn.
NB: En présence de manganèse, une coloration violette se développe.
Contribution à la valorisation des floculants naturels végétaux dans le traitement des eaux : cas des graines de Carica papaya
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 18
1.4.3. Analyse bactériologique
Ce travail se fait en trois grandes étapes comprenant : la préparation des milieux de culture ; l’ensemencement et l’incubation puis le dénombrement. La flore bactérienne recherchée est composée des coliformes totaux, des coliformes fécaux et des streptocoques fécaux.
1.4.3.1. Préparation des milieux de culture.
La préparation des milieux de culture a été faite suivant la prescription du fabricant. A une masse donnée de milieu de culture en poudre, un volume précis d’eau distillé a été ajouté. Le tout est porté à ébullition jusqu'à dissolution complète de la poudre. La préparation obtenue a été réparti dans des flacons stériles ou tubes pour être stérilisée à l’autoclave à 121ºC pendant 15 minutes.
Coliformes Agar
Le coliforme Agar est un milieu de culture utilisé pour l’identification des coliformes totaux et fécaux dans les échantillons hydriques ou alimentaires. La préparation d'un volume de 200 ml de coliforme agar consiste à peser 5,3 g de poudre granuleuse de coliforme agar qu’il faut dissoudre dans un erlenmeyer contenant 100 ml d'eau distillée stérilisée. Le mélange hermétiquement fermé avec du coton hydrophobe et du papier aluminium est porté sur une plaque chauffante à une température de 350°C afin de le faire fondre jusqu'à l'apparition des mousses. Laisser refroidir le mélange à 40oC puis faire le coulage à raison de 5mL par boite de pétri stérilisée.
Agar sélectif SLANETZ et BARTLEY
L’Agar sélectif est un milieu de culture qui permet de déterminer les streptocoques fécaux des eaux et les produits alimentaires. Par ailleurs, la préparation d’un volume de 200ml d’Agar sélectif consiste à peser 8,5g de poudre granuleuse d'agar sélectif qu’il faut dissoudre dans 100ml d'eau distillée stérilisée dans un erlenmeyer. Fermer hermétiquement le mélange avec du coton hydrophobe et du papier aluminium pour le faire fondre sur une plaque chauffante à une température de 350°C jusqu'à l'apparition des mousses. Ajouter après la descente du mélange, 1ml de la solution TTC. Laisser refroidir à une température de 40°C puis faire le coulage du milieu de culture à raison de 5ml par boîte de Pétri stérilisée.
Réalisé par Marc Hodéhou TOZE Page 19 1.4.3.2. Ensemencement des milieux de culture par les membranes et l’incubation
L'ensemencement des milieux de culture consiste à utiliser la technique de filtration membranaire à l’aide du dispositif de la membrane filtrante. Cette opération est précédée de la stérilisation de l’environnement de travail à la flamme, de même que les boites de pétri contenant les milieux de culture et la face supérieure de la plaque poreuse, l’entonnoir-réservoir et la pincette pour avoir un meilleur résultat.
Le déroulement de l’ensemencement peut-être résumé comme suit :
La membrane est déposée sur la plaque poreuse avec la pincette stérilisée. Ensuite, il faut placer l’entonnoir réservoir au-dessus de la membrane puis installer le dispositif de fixation.
Verser 100 ml d’eau distillée stérilisée pour faire le témoin dans le réservoir puis mettre en
Verser 100 ml d’eau distillée stérilisée pour faire le témoin dans le réservoir puis mettre en