JEAN-PIERRE GESLIN,

(1)

JEAN-PIERRE GESLIN,

PROFESSEUR D’IUFM

Comment « laver » l’eau ?

Le concept de développement durable vise à réconcilier la

croissance économique, le progrès social, la protection

de l'environnement et la conservation des ressources

naturelles.

En 1987, les Nations Unies ont défini le développement

durable comme un

« développement répondant aux besoins du présent sans compromettre la capacité des

générations futures de répondre aux leurs ».

Le développement durable vise 3 objectifs : 1- l'intégrité écologique, 2- l'équité entre les nations, les

individus et les générations, 3- et l'efficacité économique.

(2)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

2 I- PROGRAMMES AU CYCLE 3 :

B.O. N°1, 14 FÉVR. 2002 : PROGRAMMES DE L’ÉCOLE PRIMAIRE, CYCLE DES

APPROFONDISSEMENTS : Dans le chapitre : « Éducation à

l’environnement :

L’éducation à l’environnement est transdisciplinaire. En liaison avec l’éducation civique, elle développe une prise de conscience de la complexité de l’environnement et de l’action exercée par les hommes. Elle s’appuie sur une compréhension scientifique pour des choix raisonnés :

- approche écologique à partir de l’environnement proche ;

- rôle et place des êtres vivants ; notions de chaînes et de réseaux alimentaires ;

* adaptation des êtres vivants aux conditions du milieu ;

* trajet et transformations de l’eau dans la nature ;

* la qualité de l’eau.

Documents d’application des programmes 2002 : La qualité de l’eau…

Compétences spécifiques :

Etre capable de montrer expérimentalement que les substances vivantes ou inertes ne sont pas arrêtées par les filtres domestiques. Savoir que dans la nature, ces substances peuvent se retrouver dans les eaux souterraines.

II- PISTES PEDAGOGIQUES :

Objectifs :

Educations à l’environnement et à la santé…

1. Découvrir que l’eau, d’usage si courant, est en fait une denrée rare, qu’il faut respecter et protéger car elle est essentielle à la vie.

2. Comprendre que plus une eau est polluée, plus il devient difficile de la rendre potable.

3. Découvrir qu’il existe 3 types de remèdes : a) économiser l’eau, b) moins la polluer et

c) effectuer des opérations de traitement et de recyclage de l’eau : stations d’épuration (qui collectent les eaux usées des égouts puis les dépolluent en partie mais n’effectuent pas de destruction des microbes) et usines de production d’eau potable.

4. Faire la différence entre l’eau limpide et eau potable. L’eau limpide peut contenir des microbes et de la pollution dissoute.

5. Etre capable d’imaginer un dispositif expérimental, de distinguer les différentes étapes de la démarche expérimentale (émission d’hypothèses, réalisation d’un schéma expérimental légendé et titré, expérimentation, observation puis analyse des résultats, conclusion (reconnaître si l’hypothèse est vérifiée ou « falsifiée ») puis interprétation (= émission d’une hypothèse généralisatrice). C’est ce que nous nommons la démarche OHERACI (en non OHERIC… Cf. notre cours d’épistémologie).

Comment lancer le sujet ?

« Je vous ai apporté de l’eau que j’ai utilisée pour laver mon vélo ». « Oui, elle est vraiment sale ».

« Comment allez vous faire pour la nettoyer »… en d’autres termes « Comment la rendre potable ? … c’est-à-dire comment faire pour qu’elle devienne buvable sans danger… ».

http://www.generale-des-eaux.com/

(3)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

3 Démarche :

1. Les enfants imaginent des dispositifs permettant de rendre l’eau propre. Ils réalisent des schémas expérimentaux. Ils se procurent le matériel nécessaire et ils testent leur méthode.

Les représentations erronées :

Il est étonnant d’entendre des élèves de C.P. (Cf. recherche de notre étudiant Couëdel Sébastien) imaginer que « pour nettoyer l’eau sale, il faut la mélanger avec de l’eau propre », ou qu’il faut laver l’eau sale… « Il faut mettre l’eau dans la machine à laver »… Leur représentation va de la boîte magique à « c’est la lessive qui lave l’eau ».

Ces enfants ont ajouté de l’eau chaude et de la lessive dans une bouteille d’eau boueuse, puis agité fortement réalisant un modèle de machine à laver… Ils ont ainsi découvert que leur représentation était erronée..

Il arrive que les représentations précédentes persistent au cycle 3.

La décantation :

« C’est la lumière qui nettoie l’eau ». L’idée est venue à ces élèves de CE1 en observant la bouteille contenant l’eau boueuse que Couëdel Sébastien avait laissée « reposer » juste sous le tableau. Ils pensaient que c’était la lumière du néon du tableau qui avait nettoyé l’eau.

Dispositif expérimental imaginé par les enfants « pour le prouver aux autres » : une bouteille est exposée à la lumière, l’autre était cachée dans un sac en plastique opaque… mais il n’apparaissait pas de différence entre les deux bouteilles : la terre était au fond dans les 2 cas… « C’est pas la lumière ».

Un autre élève a proposé: « il suffit de laisser la bouteille sans la bouger, la terre va descendre toute seule » : une bouteille d’eau boueuse a alors été déposée dans un coin de la classe et les enfants ont été la regarder de temps à autre pour voir ce qui s’y passait. L’observation de la décantation a conduit à rechercher comment récupérer l’eau propre sans remettre en suspension la boue du fond de la bouteille.

La filtration :

Des élèves de CP pensent qu’il suffit d’arroser des plantes avec la représentation que "la terre retourne à la terre"… c’est déjà l’intuition d’une filtration : « la terre qui est dans l’eau va aller dans la terre des fleurs »… Se posa alors la question de « comment récupérer l’eau » censée rendue potable…

Certains vous proposeront de filtrer l’eau avec une passoire (mais se pose le problème de la taille des trous), un bouchon plastique percé de trous (le système s’encrasse très rapidement… ce qui montre qu’il y a bien nettoyage partiel de l’eau). D’autres tenteront l’opération avec un ou plusieurs filtres à café (« plus il y a de filtres plus l’eau devient claire ») ou une vieille chaussette propre… Des élèves pensent à refiltrer l’eau déjà filtrée… On découvrira que la filtration est une méthode insuffisante… d’autre part, ce n’est pas parce qu’une eau est limpide qu’elle est potable…

2. « Comment les stations d’épuration fonctionnent-elles ? »

Visite d’une station d’épuration (téléphoner au 01 56 59 16 60 ou écrivez à mediom@noos.fr ou visitez le site http://www.siaap.fr/enseignants/04/enseignants_3_4_1_3.php) ou/et recherche documentaire. 3. « Comment les usines d’eau potable (ce n’est pas la même chose qu’une station d’épuration !) fonctionnent-elles ? »

Visite de l’usine de traitement des eaux de votre ville.

4. « D’où vient l’eau qui arrive aux robinets ? » ou « Comment l’eau propre est-elle distribuée ? » Enquête auprès de la mairie sur l’origine de l’eau distribuée. Visite d’un château d’eau.

Les 4 documents fournis devraient aider les enfants dans leurs recherches. Les compagnies des eaux fournissent des plaquettes d’information utilisables par les élèves.

Prolongements possibles :

Le cycle de l’eau (voir document n°4 pour les enfants).

Travail sur la pollution des eaux, les marées noires…

http://www.generale-des-eaux.com/

(4)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

4 III- NOTIONS ET DEFINITIONS :

Historique

(voir aussi les 2 documents destinés aux enfants)

Des porteurs d’eau aux canalisations, des champs

d’épandage au développement des systèmes à boues activées

L’approvisionnement en eau nécessite au préalable la découverte d’une ressource, la mobilisation de l’eau ou captage, son acheminement (adduction), son stockage (barrage, citerne) puis sa distribution (réseau public et plomberie domestique). Survient alors la consommation au sens large du terme. Si la qualité de l’eau la rend impropre à la consommation, il devient nécessaire entre son captage et sa distribution de lui faire subir un traitement purificateur qui la rend potable.

Les premières civilisations ont bâti leurs villes au bord des cours d’eau. On trouve la trace des premiers puits en Mésopotamie en - 6000 av J.C. Les premiers barrages ont été construits en Egypte.

En 2500 av JC les Crétois réalisent des tuyaux en terre cuite amenant l’eau dans les habitations. Le palais de Cnossos, par exemple bénéficie de l’eau courante et est équipé de fontaines, de salles de bains avec baignoires en terre cuite ainsi que de latrines. En 700 avant JC, le roi assyrien Sennachérib se fait construire à Ninive un palais desservi par de l’eau de montagne acheminée par un canal de plus de 100 kilomètres en pierres rendues étanches par du goudron. Au VI^e siècle avant JC, Tarquin l’Ancien équipe Rome de son premier égout à l’air libre le "Cloaca Maxima". En – 312, l’aqueduc Aqua Appia amène l’eau dans Rome au moyen de canaux maçonnés.

C'est vers 1200 que Philippe Auguste fait paver les rues de Paris et prévoit, en leur milieu, une rigole d'évacuation. Dès 1370, Hugues AUBRIOT, prévôt de Paris, fait construire, rue Montmartre, un égout voûté et maçonné qui rejoint le ruisseau de Ménilmontant.

Le réseau se développe alors lentement au fil des siècles et il faut attendre 1850, avec l'arrivée du Baron Haussmann, préfet de la Seine, et de l'ingénieur Eugène Belgrand, pour que se développe le réseau d'égouts actuel et l'approvisionnement en eau de Paris. Il est alors constitué un double réseau de distribution d'eau (potable et non potable) et un réseau d'égouts dont la longueur atteint 600 km en 1878. Les successeurs de Belgrand, en particulier Jean-Charles Alphand complètent et développent le réseau parisien qui est composé actuellement de 2100 km de galeries techniques.

« A la fin de la première moitié du XIX^ème siècle, le souci des hygiénistes et des responsables municipaux fut, après la création des premiers réseaux d'égouts structurés, de lutter contre

" l'infection " provoquée par la putréfaction des vases formées dans les rivières par les matières charriées par les égouts. Cette lutte contre " l'infect " était appelée " désinfection " bien qu'à cette époque, la nature biologique de cette transformation n'était pas soupçonnée et encore moins, ses agents identifiés ».

« A la fin du siècle passé, l'Angleterre, l'Allemagne, de nombreuses grandes villes dont Paris (1890) seront équipées de champs d'épandage des eaux usées » qui soulèvent les protestations des riverains à cause des odeurs.

« Les 1^ersessais qui conduiront au développement des systèmes à boues activées sont menés à partir de 1885 en Europe et de 1890 aux Etats-Unis. Ils cherchent à limiter l'apparition de conditions putrides dans l'eau usée par injection d'air au sein du liquide. De la matière flocule (ce sont les boues activées » composées en grande partie de micro-organismes floculants. On en vient à les récupérer et les réutiliser avec un nouvel apport d’eau et de l'oxygène dissout (c’est le recyclage des boues activées).

Modifié d’après

www.ciger.be/inasep/chap5/index.shtml

et http://www.cieau.com/toutpubl/sommaire/texte/3/contenu/321.htm

(5)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

5 IIIB- NOTIONS ET DEFINITIONS : STATION D’EPURATION DES EAUX

Une station d’épuration récupère les eaux usées et les nettoie avant de les renvoyer dans la rivière.

Epurer des eaux usées domestiques (graisses, protéines, agents tensio- actifs), industrielles (métaux lourds par exemple) et agricoles (fertilisants comme les nitrates et phosphates) consiste à en retirer le plus de déchets

possibles dont on les a chargées.

La station d’Achères a été installée dans sa forme initiale à la fin du 19ème siècle. Elle est devenue la + grande d’Europe et la 2

^ème

du monde. Elle traite la majorité des eaux usées de l’agglomération de Paris.

Schéma d’une station d’épuration

http://www.cig.ensmp.fr/~hhgg/gest/epuratio.htm

Actuellement, près de 80 % des effluents produits par les habitants de l'agglomération parisienne sont dirigés sur l'usine " Seine Aval " à Achères, la plus importante d'Europe.

Des travaux importants prévus dans le « contrat bassin » signé en mars 2000 ont été engagés pour alléger ses fonctions et réduire ses nuisances

. Pour limiter les odeurs, la couverture des installations de pré-traitement et de stockage des boues et a été effectuée. Grâce à

de nouveaux équipements, en 2004, elle devrait réduire de moitié sa pollution carbonée, de 80 % celle le

phosphore et de 66 % celle d'azote ammoniacal.

(6)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

6

Dégrilleur : Le dégrilleur est constitué d’un système de grilles qui permettent d’arrêter les

gros déchets : branches, sacs plastiques et objets d’hygiène (couches, papier toilette). Les dégrilleurs sont pourvus d’un système de nettoyage automatique qui évite qu’ils soient rapidement colmatés.

Dégraisseur (= déhuileur) + désableur :

Les 2 opérations s’effectuent dans le même bassin de « décantation », une décantation ici sommaire. Elles sont destinées à séparer :

* les éléments les + denses qui vont se déposent (dessablement)

* les éléments les + légers, dont la remontée est facilitée par des bulles d’air, vont flotter. "L’écumage" permet alors d’éliminer huiles et graisses de surface.

Un système de racloir porté par un pont roulant permet de récupérer les sables au fond et les huiles de surface. Le sable est évacué par camions. L’eau passe ensuite dans le décanteur primaire.

Décanteurs primaires : On ajoute des produits qui provoquent l’agglomération des petites particules en suspension. Ces coagulants sont des sels de fer ou d'aluminium. Les flocons ainsi formés tombent au fond de l’eau en environ 6 heures et sont à l’origine de boues collectées par des racleurs. L’eau est, elle, récupérée en surface.

On distingue un décanteur primaire (dans lequel 60 % des matières en suspension se déposent) et un décanteur secondaire (voir suite).

Oxydation biologique des matières dissoutes dans le

bassin d’aération :

Ce sont de très vastes cultures bactériennes, « des microbes mangeurs de déchets organiques », qui s’intercalent entre décanteur primaire et décanteur secondaire. On y met en contact, durant quelques heures, une population de bactéries ajoutée sous forme de « boues activées » et l'effluent à traiter en présence d'oxygène.

* Dans le procédé des lits bactériens, l'effluent s'écoule sur un empilement de matériaux en grains ou en fragments sur lesquels se développent les colonies microbiennes, en présence d'un contre-courant d'air.

* Dans le procédé des boues activées les colonies microbiennes se développent au sein même du liquide à épurer, qui doit être constamment agité et surtout abondamment aéré.

Décanteurs secondaires

= clarificateurs :

La clarification est une décantation qui sépare l'eau (maintenant propre), des bactéries qui constituent « les boues activées » et qui vont servir « à réensemencer » les bassins d’oxydation biologique. A la sortie du décanteur secondaire, l’eau épurée peut être rejetée dans la rivière.

Bassin d’anoxie et traitement aux U.V.

Quand l’eau est riche en nitrates, on peut ajouter un « bassin d’anoxie » qui permet à des bactéries vivant en l’absence d’oxygène d’éliminer ces nitrates.

Les micro-organismes encore présents dans l'eau peuvent être détruits en passant dans un faisceau de rayons ultraviolets.

L'eau traitée est ensuite rejetée dans une rivière ou dans le fleuve.

Digesteur utilisé pour le traitement des boues :

Les bactéries dites « anaérobies » sont des microbes qui vivent sans oxygène.

Ils se nourrissent des parties organiques contenues dans les boues. Comme ils sont plus actifs à 35°C, on va chauffer les boues à cette température. Ce traitement s’effectue dans une cuve close à l'abri de l'air : le digesteur (durant 3 semaines). Les microbes produisent un gaz combustible appelé Biogaz riche en méthane et qui sera brûlé pour chauffer les cuves et sera utilisé dans des turbines pour fabriquer de l'électricité.

Les boues sont ensuite séchées à 180 °C et utilisées dans l’agriculture maraîchère comme engrais riche en nitrates et phosphates ou incinérées.

(7)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

7 IIIC- NOTIONS ET DEFINITIONS : USINE DE PRODUCTION D’EAU POTABLE

L‘eau est prélevée :

•

soit par captage de sources,

•

soit par des puits ou forages dans les nappes d’eau souterraines,

•

soit par prise d’eau dans des rivières, des retenues ou des lacs.

Une usine de production d’eau potable est une usine qui prélève l’eau d’une source ou d’une rivière ou d’une nappe et qui la rend propre à la consommation.

Exemple : Neuilly sur Marne avec grands bassins à l’air libre et Bonneuil-en-France plus récente avec bassins localisés dans des bâtiments et plus petits.

Dégrillage et tamisage

L'eau est débarrassée des corps flottants et des gros déchets (boîtes de conserve, morceaux de bois, chiffons) par une grille dont les barreaux sont séparés de 5 cm : c'est le dégrillage.

Une sorte de râteau remonte le long des grilles et les nettoie en faisant basculer les déchets dans une benne. L’eau passe ensuite dans un filtre qui permet d'éliminer des déchets plus fins, ceux de la taille d’une feuille, d’un mégot ou d’une allumette : c'est le tamisage.

Prétraitement par coagulation,

floculation, décantation

L'eau arrive ensuite dans une tour d'eau brute où sont injectés des réactifs appelés

« coagulants » (chaux, gaz carbonique, sels de fer ou sulfate d’aluminium) qui vont permettre aux fines particules en suspension de s’agglomérer. Les particules agglomérées (floc) sont entraînées par leur propre poids au fond du bassin. Pour accélérer le phénomène, on injecte du microsable qui alourdit les flocs. C'est la décantation-floculation. Des floculateurs-décanteurs peuvent être placés en série (6 à Neuilly sur Marne/Noisy-Le- Grand). Les boues récupérées (30 tonnes par jour pour l’usine de Neuilly sur Marne/Noisy- Le-Grand) sont déshydratées puis utilisées en agriculture pour la valorisation des terres

Filtration

biologique sur sable

L’eau traverse un lit de sable qui retient les petites et dernières particules solides. Les grains de sable abritent des bactéries qui consomment l’ammoniaque. Les filtres à sable successifs peuvent être nombreux (48 à Neuilly sur Marne/Noisy-Le-Grand).

Ozonation et traitement par

le peroxyde d’hydrogène :

Elle a lieu à la sortie des filtres à sable.

L’ozone qui diffuse dans l’eau à forte dose tue les microorganismes (bactéries et virus) présents. Elle casse aussi les grosses molécules organiques, les rendant ainsi biodégradables par les bactéries. Elle peut être effectuée après la filtration sur charbon (voir suite). On fabrique de l’ozone avec de l’oxygène à qui on fait subir une décharge électrique.

Un traitement au peroxyde d’hydrogène qui élimine les pesticides peut être ajouté.

Filtration sur charbon actif en

grains :

12 filtres de ce type à Neuilly sur Marne/Noisy-Le-Grand. Le charbon actif élimine les matières organiques dissoutes de 2 façons : les micropolluants se collent aux particules de charbon et les bactéries qui vivent dans les micropores des grains de charbons se nourrissent des particules organiques (biodégradation).

Chloration :

Après un passage dans des réservoirs, et avant d’acheminer l’eau dans le réseau de distribution, on lui ajoute une petite dose de chlore. Le chlore (Cf. eau de javel) maintient une bonne qualité jusqu'aux robinets (en éliminant les microbes qui se développeraient dans les canalisations transportant l’eau jusque chez le consommateur).

L’eau qui sort des filtres à sable est limpide mais n’est pas potable.

Ce sont l’ozonation (qui tue les microbes) et le traitement par le charbon actif (qui élimine les polluants dissous) qui rendent l’eau potable.

La nano-filtration est un nouveau procédé qui consiste à faire passer l’eau sous pression dans des filtres dont les trous, de l’ordre du nanomètre (10 ^{– 9} mètre), arrêtent même les microbes. Elle remplace

filtration et ozonation.

(8)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

8 L’adoucissement de l’eau :

Une eau qui contient beaucoup de calcium et de magnésium sous forme d’ions à charges positives (= cations) : Ca ++ et Mg++ est une eau dite « dure » ou encore « calcaire ».

Le degré de dureté de l'eau augmente avec la quantité de calcium et de magnésium dissout. La dureté de l’eau est mesurée par son titre « hydrotimétrique (TH) » exprimé en degré français « °f » : un degré TH équivaut à 10 grammes de carbonate de calcium (calcaire) par m³ d’eau. En France l’eau est généralement dure sauf dans les régions granitiques comme les Vosges. Les sels de calcium et de magnésium sont en particulier indispensables pour édifier notre squelette. Néanmoins , s’ils sont trop abondants dans l’eau, ils « entartrent » les tuyauteries et les appareils ménagers et empêchent le savon et les détergents de se dissoudre. Par contre, plus une eau est douce, plus elle a tenda nce à dissoudre les métaux et donc à être corrosive sur les canalisations (y compris celles en plomb).

On va donc éliminer une partie adaptée du calcium et du magnésium (et parfois du fer) soit grâce à des appareils (= adoucisseurs d’eau domestiques) insta llés chez des particuliers soit grâce à une « station d’adoucissement ». L’adoucissement de l'eau permet ainsi d’augmenter la durée de vie des canalisations et des appareil électroménagers, tels que les machines à laver.

Adoucisseurs d’eau à usage domestique : L’adoucissement de l’eau

consiste souvent à échanger les ions calcium

et magnésium contre les ions sodium, au cours d’une opération appelée

« échange ionique ».

L’échange ionique d’adoucissement est réalisé sur un support solide constitué de billes d’une résine synthétique neutre chargée de sodium

(Na+). Lorsque la résine échangeuse d’ions est

saturée en calcium et magnésium on dit qu’elle est épuisée. On la rend de nouveau active en lui rendant, par percolation d’une saumure de chlorure de sodium, les ions Na+ qu’elle a cédés au cours

de l’adoucissement : c’est la régénération.

Stations d’adoucissement de l’eau :

C’est une station de production d’eau potable qui élimine une partie du calcium et du magnésium présents dans l’eau. Le procédé souvent utilisé (car simple et peu onéreux) est la « décarbonatation » qui consiste à faire agir de la chaux Ca(OH)₂ sur l’eau dure. Seuls le calcium et le magnésium présents sous forme de bicarbonates Ca(HCO3)2 et Mg(HCO3)2 sont éliminés. La chaux fait précipiter le carbonate de calcium

CaCO3 (= le calcaire) et le carbonate de magnésium

MgCO

3 selon les réactions suivantes :

Ca(OH)

2

+ Ca (HCO

3

)

2

==> 2 CaCO

3

+ 2 H

2

O

Ca(OH)

2

+ Mg (HCO

3

)

2

==> MgCO

3

+ CaCO

3

+ 2 H

2

O

Il se forme alors une « boue » qui est éliminée.

Ainsi, la station de « Cassan » retire chaque année 700 tonnes de « carbonates » de l’eau distribuée aux habitants de l’Isle -Adam, Champagne-sur -Oise et Parmain.

Schéma extrait de www.cile.be/pages/ ttseaucm/adouc.html

(9)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

9 IV- DOCUMENTS UTILISABLES AVEC LES ELEVES DU CYCLE III : Document 1 : une station d’épuration des eaux usées…

Les stations d’épuration visent à débarrasser les eaux des égouts de la plupart de leurs déchets afin de limiter la pollution des eaux. Ce sont des usines de traitement et de nettoyage des eaux.

1. Une vis sans fin fait monter l’eau à traiter. La 1 ^ère étape du traitement est le dégrillage : l'eau traverse une grille qui retient les gros morceaux. On retire ensuite les sables dans un dessableur et l’huile dans un dégraisseur. Le plus souvent, désableur et dégraisseur sont réunis dans un même bassin.

2. Dans des décanteurs on ajoute des produits chimiques appelés "coagulants"

qui agglutinent les petites particules et les font tomber au fond. On recueille l'eau propre (le surnageant) et on l'achemine vers l'unité suivante.

3. Des micro-organismes mangeurs de déchets s’attaquent aux matières dissoutes dans l’eau.

L’injection d’air favorise le développement des microbes.

4. L'eau traitée est enfin rejetée dans une rivière ou dans un fleuve.

5. Il y a toute une section de l'usine qui est consacrée au traitement des boues (les matières solides retirées de l'eau). On assèche les boues et les boues séchées sont enfouies dans le sol ou brûlées dans un incinérateur.

Sciences et technologie. Collection Raymond Tavernier chez Bordas.

(10)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

10 Document 1 bis : une station d’épuration des eaux usées…

Eaux usées

= Eaux domestiques après usage (toilette, machine à laver, évier, baignoire…) + eaux industrielles après usage. Le réseau d’égouts reçoit les eaux usées. Il est construit comme un réseau routier avec des petits égouts, puis des moyens, les collecteurs et enfin, des égouts géants : les émissaires.

Dégrillage L’eau passe à travers des grilles successives de plus en plus fines qui filtrent les déchets volumineux.

Dessablage / déshuilage

Au cours de cette étape, la vitesse de l’eau est ralentie. Les sables lourds se déposent alors au fond des bassins d’où ils sont extraits par raclage. Les huiles sont « écumées » en surface.

Décantation

Technique qui permet de débarrasser les eaux usées de leurs particules en les laissant se déposer dans un bassin à fond en forme de cône parcouru en permanence par un racleur qui évacue les déchets (ou boues) qui se sont déposés.

Epuration biologique Des microbes : les bactéries sont mises en contact avec l’eau à traiter et avec de l’oxygène. Elles éliminent, en les consommant, les pollutions.

Clarification

Processus de décantation qui permet de séparer les bactéries, injectées lors de l’épuration biologique de l’eau épurée. L’eau

« épurée » peut alors être rejetée dans la rivière.

Eaux épurées Eaux débarrassées, après assainissement, des matières qui nuisent aux fleuves.

http://www.siaap.fr/enseignants/02/enseignants_3_2_1.php

Ne pas confondre eau épurée et eau potable =

buvable …

(11)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

11 Document 2 : une usine de production d’eau potable…

Ici il ne s’agit pas d’épurer une eau d’égout avant de la rejeter à la rivière.

L’objectif est d’obtenir, à partir d’une eau de rivière, de lac ou d’une eau souterraine, de l’eau potable qui sera amenée aux robinets du consommateur.

Chaque français, chaque jour, consomme presque 150 litres d'eau. Cette eau doit être agréable à boire, claire et sans odeur. Les résultats d'analyse doivent être affichés en mairie et le maire est responsable

de la qualité de l'eau distribuée.

7 % de l’eau potable sert à l'alimentation et 93 % à l'hygiène et au nettoyage.

Faire couler l'eau d'un robinet est un geste banal qui cache le travail d’environ 95 000 personnes

.

La « filtration sur membranes » est une technologie ultramoderne qui est en train de révolutionner le traitement des eaux. Elle consiste à faire passer l'eau sous pression à travers des membranes extrêmement fines qui sont capables de retenir n'importe quelle impureté… même les microbes des types bactéries et virus. Les procédés de filtration membranaire prennent beaucoup moins de place que

les procédés de filtration classiques mais coûtent cher.

(12)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

12 Document 3 : la distribution de l’eau…

Information concernant le cycle de l’eau.

Une pompe fait monter l’eau potable dans le réservoir d’un château d’eau (dont la forme varie). De son propre poids, l’eau s’écoule sous pression dans des conduites pour arriver au niveau des robinets des

habitations. L’immeuble doit être plus bas que le château d’eau… sinon les étages supérieurs ne

recevraient pas d’eau…

(13)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

13 Document 4 : le cycle de l’eau…

Si vous prenez dix bouteilles remplies d'eau et que vous les videz sur un sol équilibré (comprenant une couche d’humus et portant des plantes)…seul le contenu d'une bouteille va pénétrer dans ce sol en s’infiltrant. Le contenu de 4 bouteilles va s’évaporer et celui de 4 autres va ruisseler sur le sol. Une bouteille est " bue " par les racines des plantes.

* Ainsi, lorsqu’il pleut sur un tel sol, seul 1/10 de l'eau va entamer ce qu’on nomme la percolation (= pénétration lente des eaux de pluie dans le sol ) à l’origine des eaux souterraines. Ces eaux, une fois dans le sous-sol, peuvent former des nappes quasi immobiles qui alimentent les sources et les puits. Certaines eaux souterraines ne proviennent pas de la surface mais sont issues de la profondeur de l’écorce terrestre : ce sont les « eaux juvéniles » avec comme exemple « les eaux thermales ».

* 4/10 de l’eau ruisselle... les eaux de ruissellement se rassemblent et s’écoulent formant des lacs ou contribuant à l’accroissement des cours d’eau.

Les cours d’eaux permanents prennent naissance à partir de sources de nappes (c’est le cas de la Seine et de la Loire) ou de la fusion d’un glacier (c’est le cas du Rhône et du Rhin) ou encore de résurgences (réapparition à l'air libre, sous forme d’une grosse source, d'eaux infiltrées comme la Loue ou le Lison dans le Doubs) ou d’un lac (Nil par exemple). Les fleuves aboutissent à la mer ou à l’océan par une embouchure qui peut être un estuaire (de aestus = marée… lieu où se font sentir les marées) ou un delta (zone de forme triangulaire où s’accumulent des alluvions dans une mer à faibles marées ).

Près des 3/4 de la surface de la Terre sont couverts d’eau. Sous l’effet de la chaleur du Soleil, l’eau s’évapore et la vapeur d’eau s’élève dans l’atmosphère où elle se condense en nuages à l’origine des précipitations.

Les phénomènes invisibles :

1- Evaporation : toute surface d'eau (océans, mers, lacs…).

2 et 3- Absorption par les racines des végétaux et transpiration par les feuillages

4 et 6- Vapeur d'eau (gaz) et transport par les vents 5- Energie libérée par le soleil

Les phénomènes visibles :

A- Condensation (en nuages ou en brouillards) B- Précipitations (pluie, grêle, neige)

C (fonte de neige ou de glaciers), D (ruissellement) et E ( infiltration).

F- Ecoulements superficiels ou souterrains

http://www.environnement.gouv.fr/dossiers/eau/pages/politique/bassin/bassin2.htm

(14)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

14 TABLEAUX et textes pour réfléchir…

Appareil ou activité Consommation

Un lave linge entre 60 et 160 litres Une douche de 4 mn 45 à 80 litres environ Un lave-vaisselle 20 à 40 litres environ Une chasse d'eau.

Il existe des chasses d’eau à 2 poussoirs évacuant 3 ou 6 litres

selon les besoins.

3 ou 6 à 12 litres selon le système d’évacuation… 13

fois par jour en moyenne pour une famille de 4

personnes…

Arroser le jardin 17 litres par m²

L’eau dans la famille chaque jour en France :

Boisson : 1 à 2 litres

Cuisine : 3 litres

Lessive : 16 litres

Vaisselle : 16 litres.

WC : 31 litres

Se laver les dents 1 à 2 litres Douche… 45 ou 80 litres

… ou Bain : 150 à 200 litres

A la fin du 18

^e

siècle, les hygiénistes estimaient les besoins domestiques entre 20 et 30 litres par jour.

Actuellement, dans les pays industrialisés, la moyenne de consommation domestique ( = à la maison) s’établit à environ 180 litres par habitant

et par jour. Elle atteint même plus de 400 litres dans certaines villes des Etats-Unis.

Avec une consommation moyenne domestique de 137 litres par jour et par habitant, la France se situe dans la moyenne

des pays d'Europe de l'Ouest.

Parallèlement, dans beaucoup de villes d’Afrique, la consommation quotidienne reste

inférieure à 30 litres. Dans certains pays, moins de 40 % de la population a accès à l’eau potable. C’est le cas du Cambodge, du

Tchad, de l’Ethiopie, de la Mauritanie, de l’Afghanistan et d’Oman.

Consommation d’eau en l/jour/habitant

Canada 326

Etats-Unis 295

Japon 278

Australie 268

Suisse 252

Finlande 213

Italie 213

Espagne 200 Portugal 194

Corée 183

Grèce 175

Suède 164

Danemark 159 Royaume Uni 153 Autriche 153 Luxembourg 150 Irlande 142 France 137 Allemagne 129 Pays Bas 129 Belgique 112 Hongrie 101 Bulgarie 101 Pologne 98 République

Tchèque 95

Sources : Eurostat 2001, IFEN 2002

(15)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

15 Consommation de l’eau en France en fonction des secteurs d’activité :

- 43 % sont consommés par l'agriculture.

- 42 % sont liés à la consommation en eau potable par les collectivités locales (écoles, hôpitaux, lavage des rues, consommations au travail) et les particuliers dont 137litres par jour et par habitant pour les adultes, les enfants n’utilisant en moyenne que 69 litres par jour... Au total, on obtient une moyenne d’environ 210 litres par jour et par personne.

- 7 % ont été consommés par les activités industrielles. Les secteurs industriels les plus

"gourmands" en eau sont la métallurgie (il faut 300 à 600 litres d'eau pour produire un kilogramme d'acier), la chimie, l'agroalimentaire (il faut 300 à 400 litres d'eau pour produire 1 kg de sucre), les raffineries de pétrole et l'industrie de la pâte à papier (il faut 40 à 500 litres d'eau pour fabriquer 1 kg de papier, mais seulement 1 à 10 litres pour fabriquer 1 kg de papier recyclé).

- 8 % ont été consommés par la production d'électricité. En réalité, la très grande majorité de l'eau prélevée pour le fonctionnement des centrales électriques est restituée dans le milieu naturel... qu'elle peut perturber par sa température plus élevée.

D’après http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/france/11_con

sommation.htm modifié.

Sites à consulter : http://www.cieau.com/junior/sommaire/5/index.htm

http://www.generale-des-eaux.com/, site dont sont extraits les images de cette page et tous les personnages en forme de robinets…

perso.wanadoo.fr/vaucouleurs/trav_el/eau_index.htm : « Jeudi 21 mars 2002, nous sommes allés visiter l'usine d'épuration des eaux usées d'Achères. D'emblée, la montée dans les minibus avait un petit côté départ en colo. Mais les choses se sont très vite gâtées : M. Champeix nous a distribué un gigantesque polycopié à remplir pendant la visite »… Excellent…

L’agriculture est fort

consommatrice d’eau…

(16)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

16 Histoire d’eau…

Pendant longtemps, aller chercher de l’eau à la rivière ou à la fontaine fut une occupation quotidienne. Avec l’essor des villes et des villages, les hommes ont inventé les canalisations pour rapprocher l’eau des habitations.

Les Egyptiens, 3000 ans avant J-C, se répartissaient les eaux du Nil au mieux : chaque paysan recevait une quantité d’eau correspondant à la surface de son lopin de terre.

Chez les Romains des aqueducs ( = conduites d’eau aériennes ou souterraines) alimentaient les fontaines des villes, et certains citoyens riches recevaient même l’eau directement dans leurs villas. Les Romains ont aussi inventé la récupération des eaux usées : le "Cloaca Maxima" était un énorme égout à ciel ouvert installé au VI^e siècle avant JC. Les Romains avaient aussi institué le paiement d’une redevance pour le service de l’eau.

Du Moyen-Âge jusqu’au 19^ème siècle,

dans les villes comme à la campagne, on distribuait l’eau depuis les fontaines en portant des seaux.

Ainsi, vers 1750 les porteurs d’eau étaient environ 2000 à Paris. L’eau de la Seine fournissait alors à la capitale l’essentiel de sa consommation. La qualité de l’eau est tout à fait douteuse. Le choléra, maladie transmise par des microbes vivant dans les eaux sales, faisait encore 20000 morts à Paris en 1832. Ce n’est qu’à la fin du 18^ème siècle que l’on a commencé à filtrer les eaux destinées à la boisson. Pour évacuer les eaux usées, on se contentait très souvent d’une simple rigole creusée dans la rue.

Jusque dans la seconde moitié du 19^ème siècle, la distribution d’eau à domicile n’existait presque pas à Paris et dans les grandes villes. C’est le Baron Haussmann, aidé de l'ingénieur Belgrand, qui lance à Paris (entre 1852 et 1870) un programme de modernisation du système de distribution et d’assainissement ( l’assainissement est l’ensemble de techniques d'évacuation et de traitement des eaux usées et des boues). C’est alors que naissent les premières sociétés de distribution d’eau : la Générale des Eaux en 1853, la Lyonnaise des Eaux en 1880…

* Grâce à des réservoirs comme celui de Montsouris à Paris, qui existe toujours, la plupart des immeubles parisiens ont eu l’eau courante dès la fin du 19^èmesiècle. L'eau provenait de ressources naturelles de bonne qualité et était acheminée par des aqueducs.

* À cette époque, Paris s’équipe aussi en égouts. Entre 1850 et 1871, on en construit 400 km. En 1884, l’évacuation des eaux usées devient obligatoire à Paris.

En 1881, Pasteur découvre l’existence des microbes. Il affirme que "nous buvons 90% de nos maladies". On comprend alors qu’une eau fraîche, claire, sans saveur ni odeur ne signifie pas forcément que c’est une "eau bonne à boire". Les découvertes scientifiques concernant les microbes permettent de lutter contre les maladies apportées par l’eau. En 1900, un examen microscopique de l'eau potable est rendu obligatoire. Les techniques de traitement de l’eau s’améliorent avec la filtration sur sable et l’utilisation de l’ozone vers 1900. Après la Première Guerre mondiale, l’emploi du chlore pour désinfecter l'eau se développe. En 1930, moins d’1 commune sur 4 possédait un réseau de distribution à domicile et, en 1945, 70% des communes n’étaient toujours pas desservies à la campagne. Il a fallu attendre la fin des années 1980 pour que la quasi-totalité des français bénéficient de l’eau courante à domicile.

En ce qui concerne l’assainissement des eaux usées, beaucoup de choses restent à faire : en 1960, 12% seulement des Français étaient reliés aux égouts. En 2006, toutes les communes de 2000 habitants et plus devront être raccordées à une usine de dépollution des eaux usées (station d’épuration).

D’après http://www.cieau.com/junior/sommaire/3/index.htm modifié.

(17)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

17 Porteur d’eau au 17

^ème

siècle à Paris :

L’eau était récupérée dans la Seine pour les 3/4, au niveau de fontaines ou dans des puits.

L’eau arrivait aux fontaines grâce à des pompes qui l’a prélevaient dans la Seine.

L’eau de source arrivait par 3 aqueducs : celui de Belleville, celui du Pré-Saint-Gervais et celui d’Arcueil, ce dernier construit par les Romains et réhabilité sous Louis XIII après 8 siècles d’arrêt.

« Les porteurs d’eau vendaient l’eau aux habitants des immeubles et, à chaque voyage, en montaient dans les étages environ 20 litres. Une voie d’eau (soit 2 seaux) coûtait 2 sous et le salaire d’un ouvrier était de 20 à 25 sous par jour ». Un ½ kg de pain coûtait alors 4 ou 5 sous. « C’est dire que la consommation en eau était réduite au minimum ».

L’eau de Seine était polluée, trouble et boueuse, car elle servait d’égout et recueillait tous les déchets. Il n’existait en effet ni fosses septiques

¹

ni tout-à-l’égout

²

.

Les ordonnances royales interdisaient bien aux Parisiens de ne pas déverser leurs immondices dans le fleuve, aux tanneurs teinturiers et fripiers ( = vendeurs de vêtements) de ne pas laver les peaux et les vêtements dans l’eau de la Seine et même aux chirurgiens de ne pas déversées le sang de malades dans l’eau… mais ces ordonnances étaient peu respectées…

Les maladies dues à la pollution de l’eau étaient fréquentes : en particulier des diarrhées.

L’épidémie de choléra de 1832 a été catastrophique :

20000 morts à Paris

.

Durant la seconde partie du 18

^ème

siècle on construisit des réservoirs et on commença à distribuer l’eau par des canalisations. Par ailleurs, on développa les égouts.

D’après la Collection Tavernier :

« Sciences et technologie CM » et « L’enfant s’interroge sur son corps ». Editions Bordas.

1 La « fosse septique », dans sa conception actuelle, est une citerne enterrée destinée à collecter les eaux provenant des WC et toutes les eaux ménagères mais pas des eaux de pluie venant des toitures.

2 Tout-à-l’égout : Système de canalisations permettant d'envoyer directement dans les égouts les eaux usées des habitations.

Porteur d’eau.

Photographie Michel Didier.

Une lanière passe sur l’épaule du porteur d’eau et réunit les 2 seaux.

Un cerceau évite que le porteur ne se mouille les jambes.

Actuellement, pour avoir de l’eau, il suffit d’ouvrir le

robinet… cela n’a pas

toujours été le cas…

(18)

Jean-Pierre Geslin.

Professeur à l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres de Créteil.

Enseignant en immunologie-immunopathologie à la faculté de Bobigny de 1985 à 2000.

18 Comment reconnaître si une eau est pure ?

- Equipons -nous avec des bottes et des gants en caoutchouc…

- Posons un filet du type ci-dessous sur le fond d’un cours d’eau, ouverture face au courant, en des lieux similaires (courant identique, même faible profondeur) afin de récolter les animaux vivant en amont et en aval d’une usine polluante (laiterie, papeterie, tannerie…).

Comment prélever ?

On prend, à l’intérieur du cadre de 40 cm sur 25 cm, tous les cailloux qui s’y trouvent, on les tient devant l’ouverture du filet et on les débarrasse de tous les animaux qu’ils portent. Ils sont entraînés par le courant et vont se loger au fond du filet. On effectue l’opération 2 ou 3 fois en amont et pareil en aval.

- Identifions les espèces récoltées en chaque lieu après avoir ajouté un peu d’alcool à brûler (ou du formol mais ce liquide est plus dangereux) pour les fixer.

- Comparons aux espèces présentées ci-dessous.

- Quelles informations apporte cette comparaison ?

D’après Astolfi, Borgel, Faure, Ginsburger. Biologie 5^ème. Librairie Belin.

(19)