L’analyse des eaux de la Bruche Un P.A.E. de chimie franco-allemand
par Alfred MATHIS Lycée Jean Rostand, 67000 Strasbourg
1. INTRODUCTION
C’est en collaboration avec le «Chemisches Institut Dr. Flad» de Stuttgart, école de chimie jumelée avec le lycée Jean Rostand de Strasbourg, que nous avons réalisé déjà deux fois l’analyse physico chimique des eaux de la Bruche affluent de l’Ill en Alsace.
Une telle action avait déjà été réalisé en Suisse par des élèves en formation professionnelle chez Sulzer AG à Winterthur [1].
Pour faliciter le financement d’une telle opération nous avons réalisé cette action sous forme d’un P.A.E. L’opération a été réalisée avec les élèves de la terminale F6, des élèves de l’école allemande ainsi que d’un enseignant de Stuttgart. De plus l’école de Stuttgart avait mis à notre disposition une camionette laboratoire avec le matériel nécessaire ce qui facilitait évidemment grandement les analyses sur place. En particulier nous disposions ainsi d’un ensemble adéquat d’analyse : spectrophotomètre, filtre et ensemble de tests Merck.
2. OBJECTIFS DE CE TRAVAIL
Il s’agitde faire avec les élèves un travail complet mettant en œuvre un ensemble de savoir faire acquis et leur permettant de participer à toutes les phases de la réalisation de l’action.
Les objectifs fixés pour ce travail étaient les suivants :
• Maîtrise du prélèvement d’eaux superficielles :
• – étude des techniques de prélèvement,
• – recherche de documentations,
• – réalisation de ces prélèvements.
• Inventaire des analyses qui sont à faire directement sur place.
• Exploitation d’un ensemble de résultats :
• – vérification de la concordance des résultats,
• – limites de détermination de concentrations,
• – compréhension du rôle des facteurs perturbants.
• Analyse des méthodes de conservation de l’eau en vu d’analyses
• ultérieures faites au laboratoire.
• Présentation de l’ensemble des résultats en vu de la communication
• aux différents partenaires intéressés.
• Prise de conscience de l’importance des langues vivantes dans le tra-
• vail scientifique :
• – compréhension de documents scientifiques en anglais ou en alle- mand,
• – suivi d’un exposé en allemand fait par l’enseignant de l’école de Stuttgart.
Pour le moment nous avons réalisé les analyses en octobre 88 et en novembre 89. Nous pensons répéter tous les ans en automne cette action ce qui nous permettra d’avoir une vue sur l’évolution dans le temps de la qualité de l’eau de cette rivière en automne.
3. DÉROULEMENT DU TRAVAIL
Avant l’action elle-même il est nécessaire de rediscuter avec les élèves la méthode générale d’analyse spectrophotométrique d’ions pré- sents dans l’eau. [2]
Il s’agit ensuite de bien mettre au point les méthodes de prélève- ment dans le cours d’eau.
Le travail lui-même a été découpé en demi journées de telle sorte que tous les élèves puissent participer à toutes les phases : prélèvement, analyse sur place et analyses au laboratoire. C’est chaque fois un groupe de huit élèves qui réalise le travail pendant une demi-journée. Les déplacements se font en voitures personnelles et avec la camionette laboratoire de Stuttgart.
Chaque groupe d’élèves réalise donc par demi-journée 3 ou 4 pré- lèvements le long de la Bruche et effectue directement sur place les mesures indispensables. Au dernier prélèvement du groupe, celui-ci procède aux analyses spectrophotométriques d’un certains nombre d’ions éventuellement présents dans l’eau.
L’ensemble des résultats de chaque groupe est consigné sur une feuille spéciale permettant d’y ajouter des observations annexes telles que : végétation présente dans le cours d’eau, nature du sous-sol, conditions météorologiques.
Ce travail sera ensuite complété au laboratoire le jour même par la détermination de l’oxydabilité au permanganate de potassium et plus tard par la détermination de la dureté de l’eau et de la teneur en ions chlorures.
4. SITUATION DES POINTS DE PRÉLÈMENT
La figure 1 montre la situation des points de prélèvement sur le cours d’eau. Ces points ont été choisis en fonction de l’activité indus- trielle le long de la rivière mais aussi de l’intérêt montré par les municipalités pour les résultats de nos analyses. Il faut ajouter que la longueur totale du cours d’eau est de 70 km environ.
Figure 1 : Analyse des eaux de la Bruche : situation d’ensemble.
5. TESTS ET ANALYSES EFFECTUÉS
5.1. Mesures réalisées directement sur place
Caractéristiques physiques : température de l’eau, température de l’air, Caractéristiques physiques : pression atmosphérique.
Caractéristiques physico-chimique : pH.
Caractéristiques chimiques : oxigène dissout dans l’eau et conductance.
5.2. Mesures réalisées sur place mais à la suite de trois prélèvements
Détermination spectrophotométrique de la concentration en ions : NH4+, NO2– , NO3– , Fe2+ , CN–, Cr (VI) et en phosphore total.
5.3. Analyses faites au laboratoire
A la fin de la demi-journée il est procédé à la détermination de l’oxydabilité au permanganate de potassium.
La dureté de l’eau ainsi que la concentration en ions chlorures sont déterminés ultérieurement.
6. RÉSULTATS
Le tableau 1 donne l’ensemble des résultats de nos analyses de novembre 1989.
Le tableau 2 donne des indications sur les méthodes d’analyse utilisées pour les différentes espèces chimiques. [3] et [4]
Les figures 2 et 3 montrent l’évolution de la concentration de quelques espèces le long de la rivière. Ce profil est représenté d’une part pour novembre 1989 (11/89) et d’autre part pour octobre 1988 (10/88).
Tableau 1 Tableau 2
Figure 2 :
_ _ _ _ _ valeur limite qu’il serait souhaitable de ne pas dépasser.
_ . _ . _ . valeur jugée dangeureuse pour l’environnement et les équilibres _ . _ . _ . biologiques de l’eau, de sa faune et de sa flore.
Figure 3 :
_ _ _ _ _ valeur limite qu’il serait souhaitable de ne pas dépasser.
_ . _ . _ . valeur jugée dangeureuse pour l’environnement et les équilibres _ . _ . _ . biologiques de l’eau, de sa faune et de sa flore. [5]
7. QUALITÉ DE L’EAU DE LA BRUCHE
Il est important de discuter avec les élèves les résultats obtenus.
D’une façon générale les analyses pratiquées permettent d’avoir uniquement une vue d’ensemble de la composition minérale de l’eau le jour de l’analyse. Seul le test à l’oxydabilité au permangante de potassium permet d’avoir une idée sur la quantité de substances orga- niques réductrices présentes dans l’eau. Il faudrait également faire une détermination de DBO5 par exemple.
Sur les différentes courbes on constate une forte augmentation de la concentration de différentes espèces chimiques analysées au point de prélèvement 6. Ceci est du à un mauvais fonctionnement de la station d’épuration des eaux usées située juste en amont de ce point de prélèvement.
En comparant les concentrations trouvées aux valeurs données par le tableau 3 relatif à des indication européennes [5], on peut dire : – que la concentration en ions ammonium est systématiquement au- dessus de la valeur de 0,1 mg.l–1 et qu’elle atteint presque le seuil de danger de 0,8 mg.l–1 dans le dernier quart du cours d’eau.
– que le phosphore total exprimé en phosphate dépasse systématque- ment depuis Schirmeck et jusqu’à Strasbourg la valeur du seuil de danger de 0,2 mg.l–1.
– que le fer II dépasse en deux endroits la limite qu’il serait souhaitable de ne pas dépasser.
Paramètre Valeur limite à ne pas dépasser en mg . l–1
Valeur limite à ne pas dépasser en mg . l–1
Ion ammonium NH4+ > 0,1 > 0,8
Ion nitrate NO3– > 40,0 > 100,0
Ion phosphate PO43– > 0,1 > 0,2
Ion fer II Fe2+ > 0,2 > 1,0
Ion chlorure Cl– > 30,0 > 80,0
Oxygène dissous < 4,0 < 2,0
Tableau 3
Le tableau 4 donne les directives européennes pour les valeurs maximales des concentrations de quelques espèces ioniques en solution pour les eaux de surface. [5]
Paramètre
Directive européenne Concentration maximale
en mg .l–1
Conductivité 1 000 µS . c–1
Ion phosphate PO43– 0,5 – 0,9
Ion chlorure Cl– 200
Ion fluorure F– 0,7 – 1,7
Ion nitrate NO3– 25 – 50
Ion ammonium NH4+ 0,05 – 4,0
Ion cyanure CN– 0,0
Ion fer III Fe3+ 0,1 – 2,0
Ion manganèse Mn2+ 0,05 – 1,0
Ion zinc Zn2+ 0,5 – 5,0
Ion plomb Pb2+ 0,05
Ion cuivre II Cu2+ 0,03 – 0,05
Ion mercure II Hg2+ 0,0
Tableau 4
L’augmentation de la concentration en ions nitrites indique nette- ment un disfonctionnement dans les phénomènes d’autoépuration de l’eau. L’oxydation des substances ne se fait pas correctement.
La concentration en ions ammonium permet d’avoir une indication sur la minéralisation des matières organiques (provenant souvent d’in- dustries : alimentaires, papeterie,...). Une augmentation de la concentra- tion en ions ammonium indique donc aussi une augmentation en ma- tières organiques qui nécessitent aussi plus d’oxygène pour leur décomposition.
La comparaison des résultats de 1989 par rapport à ceux de 1988 fait apparaître :
– une très nette agravation en ce qui concerne les ions ammonium, – une forte augmentation de la concentration en ions nitrites dans la – seconde moitié du cours d’eau,
– une augmentation de la concentration en ions nitrates mais sans – rapport avec l’augmentation en ions ammonium,
– une très grande augmentation en phosphore surtout après Molsheim.
8. CONCLUSION
Les élèves ont compris que la prise d’échantillons était essentielle pour l’obtention de résultats fiables.
Ces résultats vont par la suite être envoyés aux municipalités où les prélèvements ont été faits ainsi qu’à l’agence de Bassin et aux services régionaux de l’aménagement des eaux. Ces derniers nous ont d’ailleurs communiqué la valeur du débit de la Bruche le jour de l’analyse pour quelques points de prélèvement. Pour donner une indi- cation de la qualité de l’eau il faut évidemment aussi tenir compte de la valeur du débit de l’eau.
Cette action a beaucoup intéressé et motivé les élèves et leur a permis de se trouver en situation de travail réel sur le terrain. En même temps ils ont pris conscience de la responsabilité d’un tel travail.
BIBLIOGRAPHIE
[1] F. TRUNIGER Probenahme und Analyse von Gewässern Ler- nen + Leisten 7 78 1979 supplément à C.L.B.
[2] B. WÜNSCH, Schirmer Photometrische Wasseranalytik von Anionen Chemie für Labor und Betrieb (CLB) 40/9 459 1989.
[3] E. KOCH Schnelltest für die Umweltanalytik, Chemie fur Labor und Betrieb 37/1 8 1986.
[4] Schnelltest Handbuch Merck, catalogue Merck pour analyse de l’eau.
[5] H. BECKER Wasser, Analyse, Bewertung, Reinigung p. 15 à 17 GIT Verlag.
