Partie 2 : Nourrir l’Humanité
Chapitre 5 : Qualité des sols et de l’eau
Compétences :
Réaliser une analyse qualitative d’une eau
Rechercher et exploiter des informations concernant la potabilité d’une eau, le traitement des eaux naturelles, l’adoucissement d’une eau dure.
1/ De l’eau naturelle à l’eau potable.
A/ Critères de potabilité et agents polluants
Document :
Aujourd’hui, 63 paramètres contrôlent la qualité de l’eau potable en Europe, contre six à la fin du XIXe siècle. Les directives européennes imposent des normes depuis la zone de captage jusqu’au robinet du consommateur. En France l’eau fait l’objet d’une surveillance continue assurée par chaque commune mais aussi par les pouvoirs publics
(DDASS).
Les paramètres de l’eau surveillés sont :
- Les critères organoleptiques (couleur, turbidité, odeur, saveur, goût, limpidité…)
- Les critères physico-chimiques naturels (température, pH, teneur en oligo-éléments, teneur en ions etc…)
- Les critères toxicologiques (teneur en ions nitrate < 50 mg/L, ions nitrite, pesticides, métaux (plomb, cadmium, arsenic), hydrocarbures etc…)
- les critères microbiologiques (l'eau ne doit pas contenir d'organismes pathogènes comme les salmonelles ou les staphylocoques)
La recherche de la qualité commence dès le captage de l’eau. On ne peut pas pomper n’importe quelle eau dans la nature pour faire de l'eau potable. En effet, l’eau peut contenir des polluants naturels (par exemple des matières
"organiques" provenant de la décomposition des végétaux et des animaux). Elle peut aussi contenir des polluants venant des activités humaines (industrie, agriculture, déchets, etc.). C’est pourquoi, avant d’être utilisée pour produire de l’eau potable, l’eau à l’état naturel doit déjà être "sélectionnée" : les eaux trop polluées dans la nature sont exclues.
Dans la nature, plusieurs sortes de pollutions menacent l’eau. Les premières sont des pollutions chimiques.
Elles proviennent de l’eau de pluie qui a ruisselé sur les toits et les routes et qui s’est ainsi chargée de pollutions. Elles peuvent aussi provenir des champs cultivés et des prairies. Là encore, la pluie entraîne les engrais, les pesticides dans l’eau. Il peut également y avoir une pollution industrielle (venant des usines).
La deuxième sorte de pollution est due à la présence de virus et de bactéries. Les bactéries proviennent des rejets par l’intestin des animaux et de l’homme dans les sols ou les cours d’eau. Pour lutter contre cette pollution, on désinfecte les eaux.
Espèce chimique Teneur maximale autorisée en mg.L-1
Nitrates 50
Plomb 0,05
Nitrites 0,05
Chrome 0,05
Mercure 0,000001
Hydrocarbures 0,00001
détergents 0,0002
Questions :
1/ Relever dans ce document les différents polluants cités.
Polluants naturels (matières organiques), polluants chimiques (pesticides, engrais, hydrocarbures), polluants bactériens (virus, bactéries, microbes…)
2/ Quels sont les 2 types de pollution d’une eau ? Chimiques et microbiologique (virale ou bactérienne).
3/ Les agriculteurs bretons utilisent beaucoup d’engrais à base de nitrate. Pourquoi recommande-t-on aux Bretons de ne pas boire l’eau du robinet ? PL’eau bretonne est chargée nitrate et sa teneur dépasse quelquefois la limite autorisée (50mg/L)
B/ Traitement des eaux usées : des WC jusqu’à la rivière…
C/ Potabilisation de l’eau C/ Potabilisation de l’eau : de la rivière jusqu’au robinet…
1/ En France, d’où provient l’eau du robinet ? 30 % d’eau de surface (rivière, lacs…) et 70%
d’eau souterraine (nappes phréatiques)
2/ Quelles étapes correspondent à une filtration ?
Dégrillage, tamisage, filtration sur sable, filtration sur charbon actif
3/ Quelles étapes correspondent à une désinfection biologique de l’eau ? Ce sont l’ozonation et la chloration
3/ Différents types d’eau A/ Généralités
L’eau est une molécule essentielle à la vie.
L’eau n’existe rarement totalement pure. Elle contient toujours des ions en plus ou moins grande quantité.
Exemple : Elle contient des ions H+, des ions HO- qui sont à l’origine du pH.
Carte d’identité de l’eau
Formule brute : H2O
Formule développée : H-O-H
Aspect : Liquide incolore, insipide, inodore
Caractéristiques :
Teb = 100 °C
Tfus = 0°C
densité = 1
Meau = 18 g.mol-1
A quoi sert chacune des étapes de l’épuration des eaux usées ? 1/Dégrillage : Sorte de filtration des gros déchets
2/ Dessablage : Enlever le sable et les petits cailloux 3/ Dégraissage : Enlever les hydrocarbures et graisses 4/ Décantation primaire : enlever les boues 5/ bassin d’aération : Apport d’oxygène
6/ Décantation secondaire : Elimination des boues et dernières particules
7/ Retour à la nature : L’eau est prête à être rejetée.
L’eau rejetée est-elle potable ? Non
1/ Tamisage et dégrillage: Elimination des corps flottants et des grosses particules (de tailles supérieures à 1,5 mm) par passage à travers des grilles ou tamis fins.
2/ Floculation : Agglomération des particules encore en suspension, en ajoutant des agents floculants ou coagulants (sels de fer et
d’aluminium)
Puis on laisse décanter : les particules agglomérées (appelés flocons ou flocs) se déposent en formant des boues dans le bac de décantation.
Remarque : possibilité de reminéralisation en ajoutant du calcaire 3/ Filtration sur lit de sable : Permet de retenir les particules agglomérées qui ne se sont pas déposées.
5/ Filtration sur charbon actif : Filtration sur poudre de carbone très fine qui permet l’élimination des micropolluants (pesticides, hydrocarbures…).
6/ Oxydation par l’ozone ou ozonation : Traitement par l’ozone pour éliminer les matières organiques dissoutes, les bactéries et les virus.
Donne l’aspect « bleuté » à l’eau et lui redonne du goût.
7/ Traitement par chloration: Assure la désinfection de l’eau pour éviter toute contamination lors de son transport dans les canalisations.
8/ Stockage de l’eau potable dans les châteaux d’eau.
9/ Transport de l’eau potable vers les habitations.
B/ Quelle différence entre eau de source, eau du robinet et eau minérale ?
Les eaux destinées à la consommation humaine peuvent être de 3 types :
Eau du robinet : répond aux critères règlementaires stricts de l'eau potable.
Eau de source : Eau d'origine souterraine ayant bénéficié
d'une protection contre la pollution, et n'ayant subi ni traitement chimique, ni adjonction. Elle doit donc être naturellement conforme (Elle doit satisfaire tous les critères de potabilité). Elle n’a pas obligation d’avoir une composition chimique stable toute l’année.
Eau minérale naturelle : eau d'origine souterraine, protégée de toute pollution humaine. Ses caractéristiques chimiques stables dans le temps lui confèrent des propriétés favorables à la santé. Néanmoins cette eau n'est généralement pas potable au sens règlementaire car elle contient des substances minérales en quantités trop importantes pour pouvoir servir de boisson exclusive. Les eaux minérales font donc l'objet d'autorisations spécifiques, après analyse de leurs effets thérapeutiques. Elle a pour obligation d’avoir une composition chimique stable toute l’année.
Question :
1/ Quelle différence essentielle existe entre une eau minérale naturelle et une eau de source naturelle ? Une eau de source n’a pas forcément la même composition chimique tout au long de l’année contrairement à l’eau minérale.
2/ Peut-on boire de l’eau du robinet ? Oui, bien sûr.
3/ Peut-on boire toute l’année de l’eau minérale naturelle HEPAR ? Non, sa teneur en sels minéraux est trop importante. Elle peut être recommandée temporairement pour compenser des carences.
C/ TP : Analyse qualitative d’une eau.
Les publicités prônent les bienfaits sur la santé de nombreuses eaux. On peut lire ou entendre les messages suivants : Courmayeur « mon eau minceur ; Hépar, « source de magnésium » ; Vittel, source naturelle de calcium ; Volvic « ressentez la pleine forme ».
La particularité de ces eaux est due à des ions. Comment vérifier la présence de certains ions dans une eau minérale courmayeur ?
Ions testés Ion chlorure Cl-
Ion sulfate SO42–
Ion calcium Ca2+ et magnésium
Mg2+
Ion fer II Fe2+
Détecteur de présence
Nitrate d’argent
Chlorure de baryum
Noir d’Eriochrome
(N.E.T) + solution pH 10
Hydroxyde de sodium (soude)
Observation
Précipité blanc laiteux qui noircit à la lumière
Précipité blanc
Couleur rose violacée
Précipité vert kaki
Protocole pour la recherche d’un ion dans une eau : - Verser 2 mL d’eau à tester dans un tube à essais.
- Ajouter 1 ou 2 mL du détecteur de présence correspondant et observer
Expérience : Teste la présence des 5 ions dans l’eau Courmayeur. Conclusion.
En plus : L’eau du robinet contient-elle ces ions ?
Eau Evian® Eau Vittel® Eau Hépar® Eau de source de montagne Laqueuille®
Eléments Proportions en mg/L
Proportions en mg/L
Proportions en mg/L
Proportions en mg/L
Calcium
(Ca
2+) 80 202 549
Magnésium
(Mg
2+) 26 43 119
Sodium (Na
+) 6.5 4.7 14
Potassium
(K
+) 1 2 4
Sulfates (SO
42-) 10 336 1530
Bicarbonates
(HCO3-) 360 402 384
Chlorures (Cl
-)6.8 8 11
Bilan sur les eaux
L'eau que nous buvons n'est pas pure. Elles est composée d'ions appelés aussi sels minéraux provenant du passage de l'eau sur différents terrains lors de son cycle.
Les ions sont souvent responsables du goût de l'eau. Pour être consommable, une eau doit contenir une teneur minimale et maximale en sels minéraux. L'eau distillée ou déminéralisée, exempte de sels minéraux, ne doit pas être bue.
Les différentes eaux sont:
L'eau minérale naturelle: eau souterraine captée et mise en bouteille à la source, sans traitement.
Elle est souvent utilisée à des fins thérapeutiques, du fait de la présence d'oligoéléments qui contribuent au bon fonctionnement de l'organisme. (Exemple: Eau hépar, vichy saint Yorre, Contrex, Vittel, Evian etc...)
L'eau de source: eau souterraine captée et mise en bouteille à la source, sans traitement. Sa composition peut varier et elle ne possède pas de propriétés thérapeutiques. (Exemple: eau cristalline)
L'eau de table: eau « purifiée » consommable par l'homme, ressemblant à l'eau du robinet mais sans le goût de « chlore » dû au traitement contre les microbes pour son transport en canalisation.
(Exemple: eau des bonbonnes.)
L'eau du robinet: eau « purifiée »et traitée contre les microbes pour son transport en canalisation.
Elle est pompée dans les rivières, le plus souvent.
L'eau gazeuse naturelle, dont le gaz est le dioxyde de carbone.
La plupart des eaux minérales non gazeuses ont un pH voisin de 7, c'est à dire qu'elles sont neutres.Les eaux minérales gazeuses sont plus légèrement acides du fait de la présence de dioxyde de carbone.
Une eau est qualifiée de dure lorsqu'elle contient beaucoup d'ions calcium et d'ions magnésium: l'eau est dite calcaire dans le langage courant.
Une eau dure n'a-t-elle que des inconvénients et une eau adoucie que des avantages?
Avantages de l'eau dure Inconvénients de l'eau dure
L'eau dure apporte à l'organisme une partie des ions calcium et magnésium nécessaires. (AJR)
Elle mousse difficilement et demande plus de savon lors du lavage.
Les eaux trop adoucies peuvent être dangereuses pour la santé. En tant qu'eau de boisson, elles contiennent beaucoup d'ions sodium, et sont donc contre-indiqués pour certaines personnes nécessitant un régime hyposodé.
Elle « entartre » les circuits d'eau chaude par dépôt de carbonate de calcium (CaCO3 ), de carbonate de
magnésium ( MgCO3)ou de sulfate de calcium (CaSO4).
Comme ce sont de mauvais conducteurs de la chaleur, il faut beaucoup plus d'énergie pour chauffer.
Il peut aussi se produire des proliférations microbiennes dans les résines échangeuses d'ions avec toutes les conséquences que cela peut entraîner.
Elle modifie le goût lors de la cuisson.
Pour augmenter la durée de vie des équipements (lave- linge, lave-vaisselle, chauffe-eau...), il faut traiter l'eau dure pour la rendre plus douce par précipitation(ajout de polyphosphates par exemple)ou par passage à travers des résines échangeuses d'ions.
Dureté d’une eau et conséquences
Qu’appelle-t-on eau “ dure ” ? Qu’appelle-t-on une eau “ douce ” en opposition à une eau “ dure ” ? 1/ Particularités des eaux dures et douces
Particularités liées à l’utilisation d’une eau très dure Particularités liées à l’utilisation d’une eau très douce Papier pH
Observations :
pH supérieur à 7, basique.
Conséquences :
Eau non corrosive, n’attaque pas les métaux des
Observations :
pH de l’ordre de 6, acide.
Conséquences :
Eau légèrement corrosive : A la longue, les canalisations
canalisations de transport. de transport en plomb peuvent se dégrader et polluer l’eau avec des ion Pb2+, entrainant le saturnisme.
Chauffage/ Evaporation Observations :
Dépôt blanchâtre au fond du bécher après évaporation ou ébullition totale.
Conséquences :
Entartrage des canalisations, des résistances, des cuvettes.
Blocage des tuyaux, robinets…
Dépôts sièges de prolifération bactérienne
Observations :
Pas de dépôt après évaporation ou ébullition totale.
Conséquences :
Dans les canalisations en plomb, il n’y aura pas de dépôt protecteur et risque de pollution avec les ions Pb2+
Action sur de l’eau savonneuse Observations :
Peu de mousse dans le tube et formation d’un précipité blanc.
Conséquences :
Surconsommation de savon pour le lavage.
Dépôt de précipités sur le linge.
Pouvoirs détergent et moussant abaissés.
Observations :
Beaucoup de mousse dans le tube. Pas de dépôt Conséquences :
Faible consommation de savon.
Pouvoir détergent et moussant augmentés
Apport pour l’organisme Le calcium et le magnésium sont indispensables pour
notre organisme
Apports insuffisants en calcium et magnésium. Risques de toxicité due aux métaux.
2/ Adoucissement de l’eau dure par résine échangeuse d’ions : On distingue :
Des résines cationiques qui remplacent tous les ions positifs dans l’eau dure par des ions Na+ou H+.
Des résines anioniques qui remplacent tous les ions négatifs dans l’eau dure par des ions OH-ou Cl-.
Expérience : on souhaite éliminer les ions positifs Ca2+et Mg2+ d’une eau Contrex® par passage à travers à travers une résine cationique.
Tester la présence des ions Calcium et magnésium avec l’oxalate de potassium avant passage sur la résine. Tester aussi le pH avant avec du papier pH.
Tester la présence des ions Calcium et magnésium l’oxalate de potassium après passage sur la résine. Tester le pH après avec du papier pH.
Conclusion :
………
………
………
Remarque : Le titre hydrotimétrique TH d’une eau représente la somme des concentration en ions calcium et
magnésium d’une eau. En France, on exprime ce taux en degrés français ou °f. 1 °f représente 4 mg.L-1 d’ion calcium ou bien 2,4 mg.L-1 d’ions magnésium
Ville Paris Lille Carcassonne Caen Brest St Etienne
Nancy Mayenne
Dureté °f 27 > 40 38 38 4 3 10
Commentaire s
Moyennement dure
Très dure
Très dure Très dure
Très douce Très douce Faible dureté Résine cationique
Exemples :
Matériel : Elèves :
Un peu de Résine cationique (sel de lave vaisselle)
Filtre buchner en porcelaine + vase buchner+ Joint
2 béchers de 100 mL
2 béchers de 50mL
Papier pH (pour des pH de 5 à 10)pour chaque paillasse
2 tubes à essai Professeur :
2 Platines de chauffage identique (pour le chauffage de béchers)
2 béchers de 250mL
Eau contrex et eau de source de montagne laqueiuille (leclerc marque repere)
Solution d’eau savonneuse de marseille
