Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie
Département des sciences agronomiques
Licence Sol et Eau
Qualité et chimie des eaux
Mme: LABAD Ryma
ryma_loulou308@hotmail.fr
Module semestriel, Coefficient: 2
Crédit: 3
Objectif
✓ Savoir déterminer les propriétés et les caractéristiques des eaux et mesurer
leurs qualité,
✓ Savoir choisir l’eau adéquate pour des fins agronomiques.
✓ Savoir utiliser les ressources en eau disponibles.
Contenu et programme
Chapitre 1: Généralités sur la molécule d’eau et les normes de
qualité
Chapitre 2: Propriétés physico- chimiques des eaux d’irrigation
Chapitre 3: Propriétés
biologiques des eaux d’irrigation Chapitre 4: Classification des eaux d’irrigation et méthodes de
prélèvement
Mode d’évaluation
Examen semestriel + contrôle continu (TP)
Références
M.Tardat-Henry, «Chimie des eaux», 1ere édition griffon d’argile INC, paris, (1984).
R.Desjardins, «Le traitement des eaux»,2eme édition de l’école polytechnique de Montréal, janvier 1990.
J-Rodier, « Analyse de l’eau, eau de mer, eau résiduaire »,7éme édition, Dunode, Paris, 1984.
Qualité et chimie des
eaux
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
1. La molécule d’eau, définition
L’eau est composée d’oxygène et d’hydrogène.
L’eau existe sous trois états : solide, liquide, gazeux.
Ces propriétés sont due pour la plupart à l’existance d’une liaison particulière, la liaison hydrogène, entre les
molécules d’eau.
Cours Qualité et chimie des eaux Mme LABAD R.
La molécule de formule H2O contient deux atomes d’hydrogène et un seul atome
d’oxygène.
Pourquoi
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
Constitution de l’atome Les couches de l’atome
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
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Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
La structure de la molécule d’eau L’atome d’oxygène contient 8 protons, et donc aussi 8 électrons. Il évolue d’une manière à acquérir 8 électrons sur sa couche électronique externe. Puisqu’il lui manque 2 électrons, donc il va développer 2 liaisons covalentes, qui lui apporteront ces 2 électrons manquants.
L’atome d’hydrogène évolue de manière à acquérir 2 électrons sur sa couche électronique externe.
Puisqu’il lui manque un électron, il va développer 1 liaison
covalente qui lui apportera cet électron manquant.
La molécule la plus simple que l’on puisse former avec des atomes d’oxygène et d’hydrogène en respectant les liaisons covalentes c’est H
2O.
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
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2. Géométrie de la molécule d’eau
Représentation de Lewis Forme tétraèdre de la molécule d’eau Représentation éclaté de la molécule d’eau
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
3. La liaison hydrogène de la molécule d’eau
Qu’est ce qu’une liaison hydrogène?
Une liaison hydrogène s’établit de manière générale entre un atome d’hydrogène, lié dans une molécule à atome très électronégatif, et un atome électronégatif d’une autre molécule. En effet, l’atome d’hydrogène de la première molécule portant un léger excès de charges positives. Et l’atome électronégatif de l’autre molécule portant un léger excès de charges négatives s’attire.
Une liaison hydrogène peut se former entre deux molécules
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
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4. Propriétés particulières de l’eau dues à la liaison hydrogène
La liaison hydrogène est beaucoup moins solide et rigide que la liaison covalente. Généralement la liaison hydrogène est appelé « pont hydrogène ». Mais même si ce « pont » est faible, sa présence « attache » d’une certaine manière les molécules entre elles et procure ainsi à l’eau des propriétés extraordinaires.
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
4. Propriétés particulières de l’eau dues à la liaison hydrogène
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
Propriété 1
En fonction de de la température de l’environnement les liaisons hydrogènes fournissent à l’eau trois (03) états :
✓ État gazeux : sous l’action de la chaleur, les liaisons hydrogène se brisent.
✓ État liquide : La liaison hydrogène, stable à température ambiante est néanmoins fragile. Les liaisons hydrogène sont en formation constante et se brisent sans cesse, ce qui permet aux molécules d’eau de se rapprocher un peu plus.
✓ État solide : Les liaisons hydrogène sont totalement formées.
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4. Propriétés particulières de l’eau dues à la liaison hydrogène
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
Propriété 2
Une autre propriété due aux liaisons hydrogènes est « la tension
superficielle ». La tension superficielle est expliquée par la
résistance qu’exercent les liaisons hydrogène entre les molécule
d’eau. L’existence de ces liaisons hydrogène explique aussi
cette tendance de l’eau à « s’accrocher » aux parois du récipient
et la forme ronde des gouttes d’eau. La tension superficielle
s’oppose à la pénétration des autres corps, qui soit, surnagent,
soit tombent au fond du récipient.
4. Propriétés particulières de l’eau dues à la liaison hydrogène
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
Propriété 3
La molécule d’eau a la propriété du « pouvoir dissolvant ». Le déséquilibre électrique entre les atomes est responsable du grand pouvoir dissolvant de l’eau vis à vis des cristaux ioniques comme le chlorure de sodium.
A travers ces propriétés, la molécule d’eau en liaison avec
d’autres substances forme des solutions à caractéristiques
physico-chimiques bien précises ce qui modifie sa qualité.
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Qualité des eaux
La qualité des eaux correspond à un ensemble de critères physico-chimiques qui définissent leur degré de pureté et, en conséquence, leur aptitude aux divers usages alimentaires, domestiques, agricoles ou industriels.
Critères de référence quantitatifs fixant soit des concentrations ou doses maximales tolérées dans les biotopes naturels, ou encore dans les milieux inhalés et ingérés pour l’émission ou l’exposition à des polluants, soit des procédures applicables à des exploitations ou des unités industrielles au titre de bonnes pratiques de gestion environnementale (ISO…).
Norme
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
Monitoring de la qualité des eaux
Collecte des informations relatives à la qualité des eaux dans un réseau de mesures défini dans l’espace et dans le temps.
«Ensemble des procédés d’évaluation des caractéristiques physiques, chimiques et biologiques des eaux en rapport avec leur qualité naturelle, les effets anthropiques et leurs usages pour l’Homme, en particulier les effets pouvant affecter la santé humaine et celle des écosystèmes aquatiques eux-mêmes ».
Détermination de la qualité des eaux Normes de qualité des eaux
Limites maximales de concentrations en polluants mesurées dans une eau afin qu’elle puisse répondre à des objectifs de qualité préalablement définis dans des programmes de gestion des eaux.
Chapitre 1
Généralités sur la molécule d’eau et les normes de qualité
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
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2. Paramètres physico chimiques
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
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Propriétés physico-chimiques des eaux
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Propriétés physico-chimiques des eaux
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Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
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Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
Le bore
Une eau d’irrigation contenant plus de 1 g/l de bore (B) peut causer une accumulation toxique pour les cultures sensibles, tel l’ail, l’oignon, les haricots et les fraises.
Des excès en bore sont presque tout le temps associé à des puits très profonds qui ont également une forte salinité.
Le soufre
Des carences en soufre peuvent être appréhendées si l’eau
d’irrigation contient moins de 48 mg/l de sulfates. Le
soufre peut parfois occasionner le colmatage. Certaines
eaux, facilement identifiables à leur odeur d’œuf pourri,
contiennent du sulfure d’hydrogène (H2S) qui précipite
par simple aération. Afin d’éviter tout risque de
colmatage, le sulfure d’hydrogène devrait se situer en deçà
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
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Le fer
Des niveaux de fer se situant entre 1 et 2 mg/l sont considérés optimaux pour la nutrition de la plante alors qu’à l’opposé, des niveaux supérieurs à 0,1 mg/L de fer ferreux (Fe
2+) peuvent causer l’obstruction des émetteurs. En effet, si une oxydation se produit, le fer dissous précipite sous forme d’hydroxyde de fer insoluble (Fe
3+). L’oxydation peut se faire soit par agitation de la masse d’eau, par incorporation d’oxygène ou par l’action de bactéries ferrugineuses.
Contrairement aux carbonates de calcium ou de magnésium, l’action de l’acide ne modifie pas
le pourcentage de fer qui précipite.
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
Classification des eaux d'irrigation
1. Seuil de salinité
La salinité de l’eau exprime la concentration des sels dans une eau d’irrigation. Les principaux sels responsables de
la salinité de l’eau sont les sels de calcium (Ca
2+), de magnésium (Mg
2+), de sodium (Na
+), de potassium (K
+), les
chlorures (Cl
-), les sulfates (SO
42) et les bicarbonates (HCO
3-). En général, une salinité très élevée rend plus difficile
l’absorption de l’eau et des éléments minéraux par la plante et peut causer des brûlures racinaires
.Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
Cours Qualité et chimie des eaux Mme LABAD R.
Classification des eaux d'irrigation
2. Alcalinité
L’alcalinité, quant à elle, est une mesure du pouvoir de l’eau à neutraliser les acides, c’est un peu comme le «
pouvoir tampon de l’eau ». En d’autres termes, l’alcalinité mesure la résistance à tout changement de pH. Le
pouvoir neutralisant de l’eau est attribué principalement à la présence de bicarbonates de calcium et de
magnésium dissous dans l’eau (également dans une moindre mesure, des hydroxydes, des bases organiques,
des borates, des ions ammoniums, phosphates et silicates). L’alcalinité de l’eau est généralement exprimée en
mg/l de carbonate de calcium (CaCO
3).
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
Classification des eaux d'irrigation
3. Dureté de l’eau (TH)
La dureté fait référence à la quantité de calcium (Ca
+2) et de magnésium (Mg
2+) contenue dans l’eau. Ces deux
éléments proviennent de l’altération de la roche-mère. La teneur en calcium est habituellement plus élevée que
le magnésium dans les eaux souterraines. Par contre, là où on trouve de la contamination par l’eau de mer, la
concentration en magnésium peut être plus élevée que celle du calcium.
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
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Classification des eaux d'irrigation
4. Rapport d’absorption de Sodium (RAS)
Le RAS décrit la quantité de sodium en excès par rapport aux cations calcium et magnésium, qui eux, peuvent être
tolérés en relativement grande quantité dans l’eau d’irrigation. Le RAS se calcule au moyen de la formule suivante en
exprimant la concentration de chaque élément en milliéquivalents par litre (meq/l) :
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
Classification des eaux d'irrigation
Il existe une relation entre le degré de salinisation et le RAS
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Classification des eaux d'irrigation
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
Classification des eaux d'irrigation
5. Le potentiel hydrogène pH
Le pH est la mesure de la concentration en ions hydrogène de la solution (H+). Il est représenté par une
expression logarithmique, c’est donc dire que la concentration en H+, à pH 6,0 est 10 fois plus grande que
celle à pH 7,0 et 100 fois plus grande que celle à pH 8,0. Plus la concentration en ion hydrogène est élevée,
plus le pH est bas et plus c’est acide. Le pH influence la forme et la disponibilité des éléments nutritifs dans
l’eau d’irrigation. Le pH de l’eau d’irrigation devrait se situer entre 5,5 et 6,5. À ces valeurs, la solubilité de
la plupart des microéléments est optimale.
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
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Classification des eaux d'irrigation
5. Le potentiel hydrogène pH
Le pH est la mesure de la concentration en ions hydrogène de la solution (H+). Il est représenté par une
expression logarithmique, c’est donc dire que la concentration en H+, à pH 6,0 est 10 fois plus grande que
celle à pH 7,0 et 100 fois plus grande que celle à pH 8,0. Plus la concentration en ion hydrogène est élevée,
plus le pH est bas et plus c’est acide. Le pH influence la forme et la disponibilité des éléments nutritifs dans
l’eau d’irrigation. Le pH de l’eau d’irrigation devrait se situer entre 5,5 et 6,5. À ces valeurs, la solubilité de
la plupart des microéléments est optimale.
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
Classification des eaux d'irrigation 6. Répartition des éléments chimiques
Diagramme de Piper
Chapitre 2
Propriétés physico-chimiques des eaux
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Normes de classification
Une eau est conforme à l’irrigation est une eau dont les caractéristiques respectent les valeurs limites imposées par des textes de lois et inscrites dans des tableaux de normes.
Les normes varient selon les pays, mais dans la majorité des pays on fait référence, à quelques exceptions près, aux
cinq critères de qualité sus cités.
Partie II: Propriétés biologiques
La variabilité des sources d’eau d’irrigation nécessite des analyses d’aspect biologique en parallèle avec les autres analyses physico-chimiques.
Il est connu que les analyses biologiques des eaux sont plus ou moins difficiles par rapport aux autres, vu la variabilité des sources et par conséquent les méthodes de prélèvement des échantillons.
Chapitre 2
Propriétés des eaux d’irrigation
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Partie II: Propriétés biologiques
Chapitre 2
Propriétés des eaux d’irrigation
Agents biologiques des eaux
Il s’agit essentiellement des bactéries et des algues présentes dans l’eau d’irrigation.
Des bactéries individuelles ou des cellules d’algues et leurs résidus organiques peuvent être suffisamment petits pour pouvoir passer au travers des filtres du système d’irrigation et obstruer progressivement les sorties d’eau.
Les coliformes totaux et l’E. coli servent d’indicateurs pour mesurer le degré de pollution et la qualité des eaux.
Parmi les bactéries présentent dans les eaux sont les coliformes qui constituent un groupe de bactéries abondantes dans l’environnement.
Les bactéries
Partie II: Propriétés biologiques
Chapitre 2
Propriétés des eaux d’irrigation
Agents biologiques des eaux
Les algues
En général, les algues sont abondantes dans les eaux de surface, ils deviennent un problème lorsqu’ils sont en
contact avec la lumière. De ce fait, ils se multiplient rapidement et peuvent causer des dommages sur les
réseaux d’irrigation.
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Partie II: Propriétés biologiques
Chapitre 2
Propriétés des eaux d’irrigation
Agents biologiques des eaux
Les algues
Pour contrôler les algues dans une eau d’irrigation certaines mesures peuvent être prises en considération :
✓ Maintenir la prise d’eau à au moins 60 cm sous la surface,
✓ Installer des systèmes de filtration de haute capacité,
✓ Opter pour des traitements au chlore pour contrôler la densité des algues.
Partie II: Propriétés biologiques
Chapitre 2
Propriétés des eaux d’irrigation
Bactéries
En présence de très faibles quantités d’oxygène et de particules organiques en suspension, les bactéries se multiplient et forment des colonies qui prennent l’apparence de traînées gélatineuses, qui peuvent en elles-mêmes colmater les émetteurs. De plus, ce type de bactéries oxyde certains minéraux comme le fer, le manganèse ou le soufre en composés insolubles, qui viennent aussi colmater les goutteurs.
Il n’existe pas des normes à propos des caractéristiques biologiques des eaux mais il existe des recommandation.
Selon les recommandations canadiennes :
La présence de coliformes totaux ou d’E. coli ne doit pas être détectée dans un volume de 100 ml d’eau
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Chapitre 3
Relation entre la qualité des eaux et des sols
Effet des sels sur les eaux et les sols
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Chapitre 3
Relation entre la qualité des eaux et des sols
Effet des sels sur les eaux et les sols
Chapitre 3
Relation entre la qualité des eaux et des sols
Effet des sels sur les eaux et les sols
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Relation entre la qualité des eaux et des sols
Effet des sels sur les eaux et les sols
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Relation entre la qualité des eaux et des sols
Effet des sels sur les eaux et les sols
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Relation entre la qualité des eaux et des sols
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Relation entre la qualité des eaux et des sols
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Relation entre la qualité des eaux et des sols
Chapitre 3
Relation entre la qualité des eaux et des sols
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Chapitre 3
Relation entre la qualité des eaux et des sols
Chapitre 3
Relation entre la qualité des eaux et des sols
Impact de la qualité d’eau sur le rendement du système d’irrigation
Colmatage chimique
Le colmatage chimique est dû à l’alcalinité et des concentrations élevées en calcium, magnésium,
bicarbonate et sulfate des eaux d’irrigation. De plus, les carbonates de calcium (CaCO3) sont des éléments
majeurs responsables du colmatage chimique des systèmes d’irrigation. De même, l’utilisation de produits
chimiques (fertilisants et autres) dans l'eau d'irrigation peut provoquer des précipitations de composés
insolubles.
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