DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (MESRS)
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UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI (UAC)
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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI (EPAC)
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DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL (GC) Option : Sciences et Techniques de l’Eau (STE)
En vue De l’obtention du Diplôme de licence professionnelle
THEME
Présenté et soutenu par :
Jireh Nathanaël Adonha YEHOUNMEY
Supervisé par:
Pr. Martin Pépin AINA
Maître de conférences des UniversitésCAMES
Année académique : 2014-2015 4ème promotion
RAPPORT DE STAGE
ELIMINATION DE LA MATIERE ORGANIQUE NATURELLE DES EAUX DE SURFACE PAR LA COAGULATION-FLOCULATION : CAS DU BARRAGE
ILAUKO
Rédiger et présenter par YEHOUNMEY Jireh N.A Page i
D EDICACE
Je dédie ce travail à Dieu mon Père Céleste dont je suis la créature parfaite, qui n’a cessé de me combler de ses grâces
tous les jours de mon existence
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page ii
REMERCIEMENTS
Mes premiers mots de remerciement vont à l’endroit du professeur AINA Martin Pépin, Maître de Conférences des Universités CAMES, Enseignant Chercheur à l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC), et Responsable du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau (LSTE) pour son assistance et ces conseils tout au long de ce cycle de licence professionnelle ; pour m’avoir donné l’opportunité de passer ces trois (03) mois de stage au LSTE et de travailler sur ce sujet. Il a été tout le long de ce stage un grand soutien, superviseur attentif et patient.
Je voudrais exprimer ma profonde gratitude à l’endroit des Ingénieurs DAOUDA Mohamed M.A et AKOWANOU Onésime qui ont été pour moi plus que de simples encadreurs de proximité de véritable modèles, des grand frères qui m’ont conduit et assisté dans mes travaux laissant parfois leurs propres occupations. Leurs conseils et leur dévouement à mon égard resteront à jamais graver dans ma mémoire ; encore merci à vous.
A toute l’équipe du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau (LSTE) : en particulier Mme Flora AGBOMENOU, la technicienne principale du laboratoire (LSTE) Mme Leticia HOUNTONDJI, Mme Nadia AZON et Mme Justine DEGUENON pour leur temps, leur expertise et leurs conseils.
Je voudrais aussi adresser ma profonde gratitude au :
Professeur Félicien AVLESSI, Professeur titulaire des Universités CAMES, Directeur de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ;
Professeur Clément BONOU, Maître de Conférences des Universités CAMES, Directeur adjoint de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ;
Docteur HOUINOU Gossou Jean, Maître assistant des Universités CAMES, chef du département Génie-Civil Maître Assistant des universités CAMES vous avez été pour nous une grande source d’inspiration de par votre intégrité
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page iii et votre dévouement pour notre promotion merci pour tout que Dieu notre Père vous bénisse au multiple ;
Professeur François de Paule CODO, Maître de Conférences des Universités CAMES, Chef option Sciences et Techniques de l’Eau vous avez été pour nous comme un père durant ses trois années de notre formation.
Je tiens à remercier tous les professeurs de l’Ecole Polytechnique d’Abomey- Calavi et particulièrement, tout le corps professoral du département de Génie Civil à savoir :
Ingénieur AGOSSOU Daniel, Enseignant à l’EPAC
Ingénieur AHONONGA Elena, Enseignante à l’EPAC ;
Ingénieur ASSOGBA Maxime, Enseignant à l’EPAC ;
Docteur BACHAROU Taofic, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Prof DEGAN Gérard, Professeur Titulaire des Universités CAMES ;
Ingénieur GBAGUIDI Brice, Enseignant à l’EPAC ;
Prof GBAGUIDI Aïssè Gérard, Maître de conférences des Universités CAMES, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Prof GBAGUIDI Victor, Maître de Conférences des Universités CAMES, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Docteur GBODOGBE Jean – Claude, Enseignant à l’EPAC,
Ingénieur GUEDENON Eric, Enseignant à l’EPAC ;
Ingénieur SOCLO Wilfrid, Enseignant à l’EPAC ;
Prof TCHEHOUALI Adolphe, Maître Conférence des Universités CAMES, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Docteur ZEVOUNOU Crépin, Maître assistant des Universités CAMES, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Docteur ZINSOU C. Luc, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Docteur ZOGO Dieu-donné, Enseignant-Chercheur à l’EPAC
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page iv
Docteur QUENUM, pour l’aide qu’il nous a apportée sur la conception des matériels.
Merci à vous chers professeurs veuillez trouver en cette œuvre l’accomplissement de toutes ces années d’efforts consentis en nous.
C’est le moment aussi de remercier :
- Mes camarades stagiaires : Saiyidath, Prisca, Reine, Cadanel, Semevo, Alexandre, Térence, Estelle, Ornella, Grâce, merci à vous pour la belle ambiance de stage.
- Mes aînés stagiaires de niveau ingénieur avec qui l’ambiance de travail a toujours été sympathique : Lauraine, David, Larisse, Herman, Narcisse, Beaudouin.
- A tous mes Camarades Polytechniciens en particulier ceux de la 4ième promotion des Sciences et Techniques de l’Eau (STE)
Il serait de ma part un affront de finir ces remerciements sans avoir une pensée toute particulière pour mes parents :
- A mon père bien aimé YEHOUNMEY Valentin qui a été toujours pour moi un repère dès mes premiers pas dans cette vie ; mon meilleur ami et mon conseiller par excellence en toute situation. Merci pour tous tes sacrifices. Le Seigneur seul saura t’en récompenser
- A ma douce et tendre mère SOSSOU Elisabeth ; une femme battante qui a été prête à tous les sacrifices pour faire de moi l’homme que je deviens. Merci pour tout. Dieu te bénisse
- A mon oncle SOSSOU Josué merci, tonton pour ton soutien indéfectible - A mon frère Prospère et ma sœur Espérance merci à vous
- A toute ma famille merci
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page v
TABLE DES MATIERES
DEDICACE ... i
REMERCIEMENTS ... ii
TABLE DES MATIERES ... v
Liste des tableaux ... vii
Liste des photos ... viii
Liste des figures ... ix
RESUME ... x
ABSTRACT ... xi
ABREVIATIONS ... xii
Introduction générale ... 1
Chapitre 1 : CADRE INSTITUTIONNEL DU STAGE ET GENERALITES ... 3
1- Cadre institutionnel du stage et Généralités ... 4
1.1- Présentation de la structure d’accueil ... 4
1.1.1- Identité ... 4
1.1.2- Organisation du LSTE ... 6
1.1.3- Situation géographique ... 7
1.2- Généralités sur l’élimination de la Matière Organique Naturelle dans les eaux de surface par coagulation -floculation ... 8
1.2.1- Clarification de quelques concepts ... 9
1.2.2- Elimination de la MON par la coagulation-floculation ... 10
Chapitre 2 : DEROULEMENT DU STAGE ... 12
2.1- Présentation du milieu d’étude ... 13
2.1.1- Le fleuve Ouémé ... 13
2.1.2- Le barrage d’Ilauko ... 13
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page vi
2.2.1- Prélèvement et conservation des échantillons d’eau brute ... 15
2.2.2- Analyses effectuées sur l’eau brute ... 16
2.2.3- Expérimentation du Jar test ... 20
2.2.4- Présentation du dispositif expérimentale et du protocole ... 23
Chapitre 3 : RESULTATS ET DISCUSSION ... 28
3.1- Caractérisation de l’eau du barrage d’Ilauko ... 29
3.2- Choix du meilleur coagulant pour l’élimination de la MON par coagulation – floculation. ... 31
3.3- Détermination de la dose optimale de coagulant Fe3+ ... 33
3.4- Détermination du pH optimum ... 34
3.5- Rendement d’élimination de la MON par le procédé de coagulation- floculation ... 36
Conclusion ... 39
Références bibliographiques ... 40
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page vii
Liste des tableaux
Tableau 1: Identité du LSTE. ... 6
Tableau 2 : Conservation d’échantillons pour les analyses effectuées (RODIER 2009) ... 15
Tableau 3 : Paramètres physico-chimique généraux de l’eau du barrage d’Ilauko ... 29
Tableau 4 : Paramètres physico-chimique spécifiques liés à la qualité de l’eau du barrage ... 30
Tableau 5 : paramètre microbiologiques liés à la qualité de l’eau du barrage ... 30
Tableau 6 : Conditions expérimentales de la gamme (large testée) ... 31
Tableau 7: conditions expérimentales de la Gamme fine testée ... 33
Tableau8 : Conditions expérimentales de variation du pH ... 35
Tableau 9 : Conditions expérimentales de variation du pH ... 35
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page viii
Liste des photos
Photo 1: Fleuve Ouémé berge d’Avagbodji ... 13
Photo2 : Barrage Ilauko ... 14
Photo 3 : Essai de coagulation floculation sur l’eau brute ... 23
Photo 4 : Colonnes de fractionnement ... 24
Photo 5: Potence soutenant les colonnes de fractionnement ... 25
Photo 6 : Pompe péristaltique Masterflex ... 26
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page ix
Liste des figures
Figure 1 : Organigramme du LSTE ... 7
Figure 2: Situation géographique du LSTE ... 8
Figure 3: Synopsis du fractionnement de la matière organique selon le protocole de Malcolm & McCarty (1992) adapté par Labanowski (2004) ... 26
Figure 4: Evolution de la turbidité en fonction de la dose de coagulant appliquée .... 32
Figure 5: Evolution de la turbidité en fonction de la dose de Fer ... 34
Figure 6: Evolution de la turbidité en fonction du pH ... 35
Figure 7: Evolution de l’oxydabilité au permanganate en fonction du pH ... 36
Figure 8: Abattement de la MON en fonction du pH d’essai de coagulation... 37
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page x
RESUME
Cette étude effectuée au Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau, a porté sur l’élimination de la Matière Organique Naturelle contenue dans l’eau du barrage d’Ilauko (Savè) par le procédé de coagulation-floculation. Les travaux effectués sont relatifs au système d’évaluation de la qualité de l’eau étudiée, aux essais jar test et à la conception d’un dispositif de fractionnement de la Matière Organique.
Les mesures analytiques des principaux paramètres physico-chimiques (pH, O2, x) et ceux liées à la qualité de l’eau effectuées (oxydabilité au permanganate, MES, dureté, turbidité, microbiologie) sur l’échantillon d’eau brute indiquent une pollution organique. Par ailleurs, les essais de coagulation-floculation effectués ont permis d’identifier le chlorure ferrique (FeCl3) comme le meilleur coagulant avec une dose optimale de 15,43 mg/l de fer pur à pH 5,5. Dans ces conditions expérimentales, la matière organique a été éliminée en terme de turbidité et d’oxydabilité au permanganate respectivement de 90,1% et 62,1%. Toutefois, la nature de la fraction résiduelle de cette matière organique s’identifierait aux fractions transphiliques et hydrophiliques. Cette hypothèse peut être validée par le kit fractionnement conçu.
Mots clés : Coagulation-floculation- Eau de surface- fractionnement- Hydrophobes- Matière Organique Naturelle
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page xi
ABSTRACT
This survey done to the Laboratory of the Sciences and Techniques of water, carried on the elimination of the Natural Organic Matter contained in the water of the dam of Ilauko (Savè) by the process of coagulation-floculation. The done works are relative to the system of assessment of the quality of the studied water, to the tests jar test and to the conception of a device of dividing of the Organic Matter. The analytic measures of the main physico-chemical parameters (pH, O2, x) and those bound to the quality of water done (oxydability to the permanganate, MIS, toughness turbidity, microbiology) on the sample of raw water indicate an organic pollution. Otherwise, the tests of coagulation-floculation done permitted to identify the ferric chloride (FeCl3) as the best coagulant with a dose optimal of15,43 mg/l of pure iron to pH 5,5.
In these experimental conditions, the organic matter has been eliminated respectively in term of turbidity and oxydability to the permanganate of 90,1% and 62,1. However, the nature of the vestigial fraction of this organic matter would identify to the absorbent fractions and hydrophilics. This hypothes is may be validated by the conceived kit dividing.
Key words: Coagulation-floculation - Water of surface - dividing - Hydrophobic - Natural Organic Matter.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page xii
ABREVIATIONS
CNERTP : Centre National d’Essais et de Recherches des Travaux Publics COD : Carbone Organique Dissous
CUD UAC : Commission Universitaire pour le Développement Université d’Abomey- Calavi
DEA : Diplôme d’Etudes Approfondies
DESS : Diplôme d’Etudes Supérieures Spécialisées EAA : Eau et Assainissement pour l’Afrique
eH : Potentiel Redox
EPAC : Ecole Polytechnique d'Abomey-Calavi ES : Eaux Superficielles ou de Surface
LSTE : Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau MO: Matière Organique
MON: Matière Organique Naturelle MES : Matières en suspension MOD : Matière Organique Dissoute MOP : Matière Organique Particulaire NFT : Norme Française de Traitement NTU : Nephelometric Turbidity Unit pH : Potentiel hydrogène
PSA : Production Santé Animal UAC : Université d'Abomey-Calavi UVA-254 : Absorbance Ultra Violet 254
°F : Degré Français
µs/cm : Micro Siemens par centimètre
SUCOBE : SUcrerie de COmplant du BEnin
SONEB: Société Nationale des Eaux du Bénin
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 1
Introduction générale
Les eaux de surface sont souvent disponibles en plus grande quantité que les eaux souterraines mais elles sont plus vulnérables aux sources de pollutions naturelles et anthropiques. Pourtant, la majorité des grandes municipalités du monde s’alimentent en eau potable à partir d’une eau de surface (Harrat, 2013). Dans le socle cristallin du Bénin, l’absence de grandes nappes souterraines confère aux eaux de surface une place primordiale de choix, de la source d’approvisionnement, exploitée par la Société Nationale des Eaux du Bénin (SONEB). C’est le cas du barrage d’Ilauko sur le fleuve Ouémé, construit par la SONEB pour l’alimentation en eau potable de la ville de Savè.
De façon générale, l’utilisation des ressources d’eaux superficielles à des fins de potabilisation, nécessite une parfaite maîtrise de toutes ses composantes physique et chimique. Ce qui contraint les exploitants à optimiser la conception et le fonctionnement des processus de traitement de l’eau (Baghoth et al, 2009). Si les ouvrages de dégrillage permettent de retenir les Matières En Suspensions, la Matière Organique Naturelle (responsable de la détérioration de la qualité organoleptique de l’eau) constitue une autre forme de pollution à traiter avant l’étape de la désinfection.
En effet, la composition de cette matière reste propre à chaque environnement. Elle peut être d’origine autochtone (produit par les êtres vivants dans le milieu), allochtone (apport des bassins versants et lessivage des sols) et anthropique c’est-à-dire résultant de l’action de l’homme sur son milieu de vie (Labanowski 2004). Par ailleurs, la matière organique peut se fractionner en composés hydrophobes, hydrophiles et transphiliques (Céline, 2006). La fraction hydrophobe est généralement majoritaire (Perdue et Ritchie, 2003) et elle correspond aux : acides hydrophiliques, protéines, acides aminés et hydrates de carbone et s’élimine efficacement par le procédé de coagulation-floculation (Labanowski, 2004).
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 2 L’objectif général de notre étude est d’expérimenter le traitement par coagulation-floculation sur l’eau de surface du barrage Ilauko. Spécifiquement il s’agit de :
- Caractériser l’eau brute du barrage d’Ilauko.
- Optimiser les conditions d’expérimentation de l’essai jar test.
- Déterminer le rendement d’élimination de la matière organique par la coagulation-floculation.
Le présent rapport s’articule autour de trois chapitres :
Le premier présente la structure d’accueil et les généralités ;
Le deuxième est consacré à la présentation des différents travaux effectués au cours du stage ;
Le troisième chapitre est relatif aux résultats et discussions.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 3
Chapitre 1 : CADRE
INSTITUTIONNEL DU STAGE ET
GENERALITES
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 4 1- Cadre institutionnel du stage et Généralités
Nous avons effectué notre stage de fin de formation au Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau. Ce premier chapitre est consacré à la présentation de la structure d’accueil et une brève revue littéraire sur les travaux effectués.
1.1- Présentation de la structure d’accueil 1.1.1- Identité
Le Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau (LSTE) est un laboratoire de recherche scientifique mis en place dans le cadre du projet NUFFIC/NPT 151. Il a été créé le 26 Juillet 2010 et est dirigé depuis sa création par le Professeur Martin Pépin AÏNA, Maître Conférences des Universités CAMES. Il est installé à l'Université d’Abomey-Calavi et est affilié à l’Institut National de l’Eau. Le LSTE regroupe des enseignants-chercheurs, des doctorants et des ingénieurs intervenants dans les domaines ci-après :
chimie analytique et réactionnelle ;
microbiologie ;
génie des procédés ;
collecte et évacuation des eaux usées ;
assainissement pluvial ;
gestion et planification des ressources en eau.
Ces domaines sont regroupés en deux axe :
Axe 1 : Caractérisation des contaminants et leur évolution dans les unités de traitement et dans l’environnement.
Il s’agit plus spécifiquement :
- De la caractérisation des eaux dans le milieu naturel et dans les unités de production ;
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 5 - Du contrôle et de la qualité des eaux de consommation et développement des
techniques et procédés de potabilisation ;
- De la conception et de l’optimisation des procédés de traitement des eaux usées ;
- De l’étude des mécanismes réactionnels pour la valorisation des boues de vidanges ;
- Du développement des filières de traitements des eaux usées adaptés aux Pays En Développements (PED) ;
- De la conception et de l’optimisation de centre d’enfouissement techniques ; - De la valorisation énergétique et agronomique des déchets.
Axe 2 : Modélisation des écoulements des eaux dans le milieu naturel et dans les réseaux hydrauliques.
De façon spécifique, il s’agit :
- De la caractérisation des chemins d’écoulements des eaux en surface et dans les zones saturée et non-saturée ;
- Du développement de modèles de prévision des débits de crue et risques liés aux inondations ;
- De la conception et optimisation des réseaux d’eau et d'assainissement ;
- Du transport des contaminants et leurs interactions avec les différents compartiments de l’environnement ;
- Du développement de modèles des transferts hydrogéologiques superficiels et souterrains.
Le tableau 1 ci-dessous présente l’identité du LSTE
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 6 Tableau 1: Identité du LSTE.
Raison sociale Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau
Sigle LSTE
Adresse 01 BP 2009 COTONOU
Email [email protected]
Téléphone 96-61-39-36
Date de création 26/07/2010
Les résultats des recherches effectuées par le laboratoire sont publiés dans des revues scientifiques. Le LSTE est un laboratoire de recherche et de prestation de service. Il accueille des étudiants de divers niveaux de formation (Licence Professionnelle, Ingénieur, DESS, DEA et thèse de doctorat) dans le cadre de stage académique ou professionnel. Les services du laboratoire LSTE sont sollicités par plusieurs grandes structures de la place notamment le Ministère en charge de l’Environnement, la SONEB, la DG Eau, l’EAA, le CNERTP, etc.
Il dispose de : deux salles pour les analyses, un Centre Technologique Pratique pour l’Eau Potable et l’Assainissement, une salle informatique servant en même temps de salle des doctorants, un bureau.
1.1.2- Organisation du LSTE
Le Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau dispose d’un personnel qualifié, toujours apte à transmettre ses savoirs et savoir-faire. L’organigramme du LSTE se présente de la manière suivante :
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 7
Figure 1 : Organigramme du LSTE 1.1.3- Situation géographique
Le laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau est situé à l’Université d’Abomey- Calavi (UAC). La salle principale occupée par le LSTE est en mitoyen à celle
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 8 mutualisée d’informatique du master CUD-UAC au département de Production et Santé Animale (PSA).
Figure 2: Situation géographique du LSTE
1.2- Généralités sur l’élimination de la Matière Organique Naturelle dans les eaux de surface par coagulation -floculation
Cette section débute par la clarification de quelques concepts sur les eaux de surface et la matière organique qu’elles contiennent ; nous nous intéresserons ensuite à l’élimination de la matière organique par coagulation-floculation.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 9 1.2.1- Clarification de quelques concepts
Les Eaux de Surfaces encore appelées Eaux Superficielles (ES) sont l’ensemble des eaux qui s’écoulent ou qui stagnent à la surface de l’écorce terrestre (eaux de mer, de fleuve, de rivière, de marigot). Vue de l’espace notre planète regorge d’une quantité importante d’eau à sa surface qui la recouvre presque entièrement. Mais le contraste est que 97%, est salée essentiellement contenue dans les océans et donc à priori impropres pour la consommation ; ainsi seulement 3% des eaux de notre planète dite « bleue » est douce. Certaines eaux superficielles, contiennent de la Matière Organique qui d’une manière ou d’une autre, maintient l’écosystème de vie de tous les êtres vivants peuplant ces eaux.
En effet la Matière Organique (MO) est du point de vue biologique l’ensemble des matières issues des êtres vivants et de leur décomposition. Partant de cette définition il est facile d’appréhender que la MO est une composante omni présente des milieux terrestres, aquatiques (eaux de surface) et anthropiques, mais dont l’origine et la composition reste propre à chaque environnement. Cependant, toute matière organique est basée sur une architecture de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, d’azote, de soufre et de phosphore issus essentiellement de résidus végétaux et animaux et de l’activité métabolique des microorganismes (Labanowski, 2004).
La matière organique contenue dans les eaux de surface peut avoir plusieurs origines à savoir : l’origine autochtone résulte de l'activité des organismes animaux et végétaux au sein du milieu et l’origine allochtone qui regroupe la frange qui est apportée par le ruissellement et la percolation (Cemagref, 2004). Elle peut aussi provenir des activités humaines (origine anthropique), ce qui est parfois à l’origine de la dégradation poussée des eaux superficielles. La MON quand à elle est d’origines autochtone et allochtone.
La littérature présente plusieurs procédés pour l’élimination de cette matière organique. La coagulation-floculation qui sera utilisée dans cette étude, en est un exemple.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 10 1.2.2- Elimination de la MON par la coagulation-floculation
Le procédé de coagulation-floculation élimine la matière organique colloïdale.
Le colloïde est la suspension d'une ou plusieurs substances, dispersées régulièrement dans un solvant (ici le solvant c’est l’eau), formant un système à deux phases séparées.
Les colloïdes sont présents dans les eaux de surface. La coagulation-floculation est cependant très sollicitée dans la filière de traitement des eaux superficielles car elles sont riches en colloïdes.
Au cours de la coagulation-floculation, le potentiel répulsif de la double couche électrique des particules colloïdales est déstabilisé pour favoriser la formation de micro-flocs qui s’agglutinent entre elles favorisant la décantation au cours de la sédimentation (Matilainen, 2007). Mais l’efficacité de la coagulation à éliminer la MON dépend de plusieurs facteurs dont le type et la dose de coagulant, le pH, la température de l’eau, la charge, la solubilité, la concentration de la MON ainsi que ses propriétés (taille, hydrophobicité, etc.) (Jarvis et al., 2004). Ainsi, les rendements d’élimination de la MO par la coagulation-floculation varient largement d'une eau à une autre. En effet, cette inégalité serait due à l’hydrophobicité de la MON, car selon Kim et al. (2005), la fraction hydrophobique de masse moléculaire élevée est plus facilement éliminée au cours de la coagulation-floculation que la fraction hydrophile de faible masse moléculaire. Ainsi des résultats expérimentaux révèlent une bonne élimination de la fraction hydrophobe alors que les pourcentages d’élimination des fractions hydrophiles étaient plus faibles (Sharp et al., 2006).
Par ailleurs, la composition et les caractéristiques de la matière organique générée semblent être la cause principale de la forte demande en coagulant (Akowanou, 2013). Lors de la coagulation-floculation, les coagulants les plus utilisés sont les sels d’aluminium et de fer. Toutefois, le sulfate d’aluminium est peu à peu délaissé à cause de ses risques potentiels d’entrainer la maladie d’Alzheimer, au profit du fer sous forme de chlorure ferrique (Anu, 2010). Quant au pH, conditions optimales de précipitations des sels d’aluminium sont des pH compris entre 5 et 6,5 pour un
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 11 (Matilainen, 2010) tandis qu’un pH doit être compris entre 4,5 et 6 pour les sels de fer (Mika, 2010).
Au cours de notre stage, les deux coagulants retenus sont le chlorure ferrique (FeCl3) et le sulfate d’aluminium (Al2(SO4), 14H2O).
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 12
Chapitre 2 : DEROULEMENT DU
STAGE
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 13 Ce chapitre est essentiellement consacré aux activités menées dans le cadre de notre stage sur les essais de coagulation-floculation (jar test) et la caractérisation d’une eau de surface utilisée pour l’approvisionnement en eau potable. Il s’agira donc de présenter le milieu d’étude ainsi que les différentes analyses et essais expérimentaux effectués.
2.1- Présentation du milieu d’étude
L’eau étudiée provient de la retenue d’eau du barrage d’Ilauko, réalisé sur le fleuve Ouémé.
2.1.1- Le fleuve Ouémé
Le fleuve Ouémé (photo 1) d’une longueur de 523 km couvre un bassin de 46 500 km2. Il prend sa source au Nord du pays dans le département de la Donga à 550 m d'altitude. Ses deux principaux affluents sont l'Okpara, sur la rive gauche dans le socle cristallin, et le Zou dont la confluence avec le fleuve est sur la rive droite, dans le bassin sédimentaire. Il s’écoule à un débit d’environ 174 m³/s (Mama, 2010).
Photo 1: Fleuve Ouémé berge d’Avagbodji 2.1.2- Le barrage d’Ilauko
Le barrage d’Ilauko (photo 2) a été construit en 1980 par la Société Sucrière de
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 14 Savè sans tenir compte des besoins en eau potable de la ville et des villages environnants. C’est en 2007 que fut signé un protocole d’accord entre la Sucrerie de COmplant du BEnin (SUCOBE) ex-société sucrière de Savè et la Société Nationale des Eaux du Bénin (SONEB), société en charge de la fourniture d’eau potable. Ce protocole est relatif à l’utilisation d’eau du barrage d’Ilauko pour l’alimentation en eau potable de la ville de Savè à concurrence de 800 m3/jour (besoin en eau brute à l’horizon 2012). Mais ce n’est qu’en 2009 soit 29 ans après la construction du barrage que l’eau a été mobilisée malgré la souffrance de la population (Alassane, 2012).
Photo2 : Barrage Ilauko
Construit en 1980, c’est un barrage en terre ayant une longueur de digue de 1200m. Sa capacité maximale de stockage est de 24 millions de m 3/an et les pertes par évaporation dans le barrage s’élèvent à 5 millions de m3/an. Une étude de 2007 a estimé le coût total des investissements à 25 millions$ US (Alassane, 2012).
2.2- Travaux effectués
Les tâches effectuées au cours du stage, peuvent être regroupées en quatre étapes :
Prélèvement d’échantillon d’eau brute au barrage d’Ilauko à Savè
Analyses physico-chimiques et microbiologiques
Les essais du Jar test
La mise en place d’un kit de fractionnement de la MON
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 15 2.2.1- Prélèvement et conservation des échantillons d’eau brute
L’eau étudiée provient du barrage d’Ilauko. Le prélèvement et la conservation ont été faits selon les normes AFNOR en vigueur (Rodier, 2009). Les paramètres physico-chimiques tels que le pH, la conductivité, l’oxygène dissous, la température et le potentiel redox ont été effectués in situ. Deux bidons (préalablement lavés et rincés à l’eau distillée) de 25 litres chacun ont été remplis à ras bord et hermétiquement fermés destinés aux analyses spécifiques de la qualité de l’eau et aux essais de la coagulation-floculation. Pour les analyses microbiologiques, l’eau a été prélevée dans des bouteilles pré-stérilisées au trois quart. Tous les prélèvements ont été faits en introduisant les flacons dans l’eau de manière verticale.
Pour le transport vers le laboratoire, la conservation des échantillons a été assurée par des accumulateurs de froid. Le tableau ci-dessous, décrit la technique de conservation pour chacun des paramètres analysés.
Tableau 2 : Conservation d’échantillons pour les analyses effectuées (RODIER 2009)
Paramètres Techniques de conservation
Volume prélevé (ml)
Température de conservation
(°C)
Délai de mesure
Oxygène dissous Analyse sur site indispensable dans un bécher en verre sur 300mL pH et rH Analyse sur site indispensable sur 100mL
Turbidité - 100 4 24 heures
MES - 500 4 48 heures
Conductivité
Mesure in situ de
préférence 100 4 24 h (obscurité)
Dureté (TH)
Acide nitrique
100 – 1 mois
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 16 Afin d’éviter d’éventuels changements physico-chimiques, les différents essais de jar test ont été réalisés aussitôt que les échantillons sont apportés au laboratoire.
2.2.2- Analyses effectuées sur l’eau brute
Les analyses in situ
Les différents paramètres physico-chimiques effectués in situ sont le potentiel d’hydrogène (pH), la température (T), l’oxygène dissous (O2) et la conductivité électrique (x) et le potentiel redox (eH).
Le pH
Le pH ou potentiel d'hydrogène mesure l’acidité de l’eau c’est -à-dire la concentration en ions d’hydrogène (H+). Il traduit l'acidité, la neutralité ou la basicité (qui conditionne la formation, l’altération et la dissolution des minéraux).
La mesure du pH de l’eau a été faite par la méthode potentiométrique (selon la norme NFT 90-008) avec le pH-mètre pH 3110 SET 3(WTW) : la calibration de l’appareil s’effectue à l’aide de deux solutions tampon de pH 4 et 7, la précision sur la mesure utilisée est de 0,01 unité de pH. De manière pratique on immerge la sonde dans l’échantillon et on attend la stabilisation de la valeur affichée à l’écran. Le pH-mètre a permis également de mesurer le potentiel redox eH et d’en déduire le pouvoir oxydant rH d’après la formule :
rH=
L’oxygène dissous (O2) et la température
L’oxygène dissous dans l’échantillon a été déterminé par une méthode électrochimique normalisée (NF T 90-106) grâce à un Oxymètre Oxi 730 WTW inolab (sonde à oxygène). Cet appareil affiche la température du milieu. L’oxygène dissous est un Coliformes
totaux Flacons stériles 250 4 24 h (obscurité)
Couleur - 500 4 6 heures (obscurité)
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 17 facteur essentiel, sa présence assure l’oxydation des matières biodégradables et la respiration des microorganismes. La technique de mesure est semblable à celle du pH : calibration et mesure.
La conductivité électrique
La conductivité mesure la capacité de l’eau à conduire le courant entre deux électrodes. La mesure de la conductivité permet donc d’apprécier la quantité de sels dissous dans l’eau. Elle nous renseigne sur le taux de minéralisation de l’eau et s’exprime généralement en microsiemens par centimètre (μS /cm). Nous avons utilisé un conductivimètre pH/EC/TDS waterproof Family selon la norme NF EN 27888 (Janvier 1994). Une mesure intégrée de la température permet une compensation automatique de la valeur de conductivité en fonction de la température de la solution (température de référence: 25°C).
Les analyses effectuées au laboratoire
Plusieurs analyses ont été faites au laboratoire afin de d’apprécier la qualité de l’eau.
La couleur
Il en existe deux types (NF T 90-002) : la couleur vraie (tenant seulement compte des substances dissoutes) et la couleur apparente. Dans cette étude, la couleur déterminée est la couleur vraie. La méthode utilisée est celle instrumentale par la mesure de l’absorbance (Couleur PtCo) au spectrophotomètre d’adsorption moléculaire Hach LANGE DR 2800 après filtration de l’échantillon. Cette méthode consiste à mettre l’échantillon filtré dans une cuve normalisée jusqu’au trait de jauge de 10 ml ; de même qu’un essai blanc avec de l’eau distillée qui sert de faire le zéro avant d’introduire la cuve de l’échantillon dans le spectrophotomètre pour la mesure.
La turbidité
La turbidité est le premier indicateur de la présence de particules en suspension et dissoutes dans un milieu. Elle a été déterminée par la méthode néphélométrique de diffusion de la lumière (NFT 90-033) grâce au turbidimètre TURBIQUANT 110 IR MERCK.
Les Matières En Suspensions (MES)
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 18 Les Matières en Suspensions (MES) ont été déterminées selon la méthode par filtration (NFT 90-105-1 remplacé par EN 872) avec des filtres en microfibres de verres 693, VWR de 1, 2 µm. Le séchage à 105°C pendant 24h est effectué avec une étuve VWR DRY-Line. Le calcul de la concentration en MES est donnée par l’expression :
[MES]= 1000
Avec
[MES]: Teneur en MES (mg/l)
M0 : Masse du disque filtrant lavé avant utilisation (mg)
M1 : Masse du disque filtrant après utilisation et séchage à 105°C (mg) V : Volume d’eau utilisé (ml)
Les différentes masses ont été pesées à l’aide d’une balance électronique VWR Science Education de précision 1mg.
La dureté
La dureté traduit la présence de certains cations alcalinoterreux dans l’eau. Il s’agit notamment du calcium et du magnésium et dans la moindre mesure de lithium. Elle a été mesurée par la méthode colorimétrique avec le KIT TH TEST CTA 14 KT10.
L’oxydabilité au permanganate
L’indice de permanganate d’une eau est la quantité d’oxygène équivalente à la quantité d’ions permanganate consommée quand un échantillon d’eau est traité par le permanganate dans des conditions définies. Le principe consiste au chauffage d’un échantillon dans un bain d’eau bouillante en présence d’une quantité connue de permanganate de potassium et d’acide sulfurique pendant 10 minutes. Une partie du permanganate est réduite par les matières oxydables de l’échantillon et on détermine l’excès de permanganate par addition d’un excès d’une solution d’oxalate, suivie du titrage de l’oxalate en excès par le permanganate.
Réactifs utilisés :
- Acide sulfurique C(H2SO4) = 7,5 mol/l*
- Acide sulfirique C(H2SO4) = 2 mol/l**
- Oxalate de sodium, solution mère C(Na2C2O4) = 0,05 mol/l*
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 19
- Oxalate de sodium, solution étalon C(Na2C2O4) = 5 mmol/l**
- Permanganate de potassium, solution mère C(KMnO4)ᴝ20 mmol/l*
Permanganate de potassium, solution titrée C(KMnO4) ᴝ 2mmol/l**
Appareillage : - Bain d’eau - Tubes à essai - Burettes - Fioles jaugées - Pipettes
Mode opératoire :
- Immédiatement après réception de l’échantillon au laboratoire, ajouter 5 ml d’acide sulfurique (*) par litre d’échantillon si cela n’a pas été fait au moment du prélèvement sur le témoin et si l’échantillon doit être stocké ou non ;
- Agiter les bouteilles utilisées pour la conservation pour s’assurer de l’homogénéisation des échantillons ;
- S’assurer de la propreté de tous les appareillages à utiliser ;
- Transférer à l’aide d’une pipette, 25ml ± 0,25ml dans un tube à essai. Ajouter 5ml ± 0,5ml d’acide sulfurique (**) et mélanger en agitant doucement ;
- Placer le tube à essai dans le bain d’eau bouillante pendant 10min ± 2min ; - Ajouter 5ml ± 0,05ml de la solution étalon de permanganate de potassium (**)
et démarrer le chronomètre ;
- Après 10min ± 15s ajouter 5ml ± 0,05ml de la solution étalon d’oxalate de sodium (*) et attendre que la solution se décolore. Titrer pendant que la solution est encore chaude, avec la solution étalon de permanganate de potassium (**) jusqu’à coloration rose pâle persistante pendant environ 30s.
Noter le volume V1 de solution de permanganate consommée ;
- Effectuer parallèlement à la détermination un essai à blanc en utilisant le même mode opératoire, mais en remplaçant la prise d’essai par 25mL d’eau distillé.
Noter le volume V0 de volume de permanganate consommé ;
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 20 - Conserver la solution titrée, pour l’étalonnage de la solution de la solution
étalon de permanganate de potassium ;
- A la solution titrée conservée pour la détermination du blanc, ajouter 5mL ± 0,05ml de solution d’oxalate de sodium (**), si nécessaire réchauffer la solution à 80°C et titrer avec le permanganate (**) jusqu'à l’apparition d’une coloration rose persistante pendant environ 30s. Noter le volume V2, de la solution de permanganate consommé.
L’indice de permanganate est déterminé par la formule :
Avec :
Imn : Indice d’oxydabilité au permanganate
f : facteur en milligrammes par litre, utilisé pour recalculer l’oxygène et pour tenir compte du volume d’échantillon utilisé. Ici f = 16 mg/l
Analyses microbiologiques
Les E. coli et coliformes totaux sont les paramètres microbiologiques effectués sur l’eau brute. Ils ont été réalisés par le laboratoire de la Direction Nationale de la Santé Publique (DNSP).
2.2.3- Expérimentation du Jar test
L’étude du procédé de coagulation-floculation classique est réalisée sous forme de manipulation Jar-test (photo 3) à l’aide d’un floculateur Stuart Floculator SW6 dont les caractéristiques techniques sont :
• Nombre d’échantillons : 6
• Plages de vitesses : 25 à 250 tr/min
• Minuteur : 0 à 99 minutes
• Programmes préréglés : 2
• Affichages numériques : électroluminescent
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 21
• Dimensions : 75×21×46 cm
• Poids net : 17 kg
• Puissance : 200 W
Les conditions de coagulation-floculation expérimentées sont les suivantes : - Dans chaque bécher, introduire un 1l d’échantillon ;
- Agiter rapidement à (150tr/min pendant 5minutes) ; au cours de cette phase on ajouter les différentes doses du coagulant calculer dans chaque bécher pour permettre l’étape de coagulation et une meilleure rencontre entre les particules colloïdales, des solutions d’acide (HCl,) et de soude (NaOH,) servent ensuite à ajuster le pH (pH-mètre) à la valeur souhaitée ;
- Agiter lentement à (30 tr/min pendant 15 minutes) pour permettre l’étape de floculation et favoriser le grossissement des flocs ;
- Laisser décanter sans agitation pendant 30 minutes pour séparer la phase floculée de la phase liquide.
Pour la présente étude, l’ajustement du pH a été fait grâce aux solutions de HCl (1mol) et de NaOH (1mol).
Les deux coagulants utilisés sont le sulfate d’aluminium et le chlorure ferrique avec une gamme large initiale de 10,3 à 61,6 mg/l de fer ou d’aluminium pur qui correspond à un volume d’injection du coagulant de 2 à 12 ml par pas de 2. Cette gamme large correspond à une concentration massique de 65,0 à 390,1 mg/l de sulfate d’aluminium (Al2(SO4)3, 14H20) et de 29,7 à 178,4 mg/l de chlorure ferrique (FeCl3 à 41%).
Les volumes d’injection ont été calculés comme suit :
Le sulfate d’aluminium, la solution mère a une concentration
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 22 Pour obtenir une concentration d’essai jar test donnée dans un volume
final , le volume de la solution mère à prélever se détermine de la relation :
Soit :
Le chlorure ferrique, la solution initiale a une concentration de .
Après une dilution par 40, la solution à utiliser est égale à . Etant donné que la solution commerciale est pure à 41%, la solution mère préparée est :
Pour obtenir une concentration d’essai jar test donnée dans un volume
final , le volume de la solution mère à prélever se détermine de la relation :
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 23 Soit :
Les essais de jar test réalisés ont permis de faire le choix du meilleur coagulant et de déterminer les conditions optimales (dose et pH) pour un meilleur rendement d’élimination de la matière organique. En effet, quatre essais de Jar test ont été effectués : deux gammes larges pour le choix du meilleur coagulant, une gamme fine pour la détermination de la dose optimale et une variation de pH à dose constante pour la détermination du pH optimum. Le pH d’essai varie entre 5,5 et 7,5. Les paramètres suivis sont l’oxydabilité au permanganate et la turbidité résiduelle.
Photo 3 : Essai de coagulation floculation sur l’eau brute
2.2.4- Présentation du dispositif expérimentale et du protocole
La coagulation-floculation a permis d’éliminer une partie de la matière organique contenue dans l’eau du barrage. L’objectif de la mise en place d’un dispositif de fractionnement est d’identifier la fraction de la matière organique qui s’élimine par le
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 24 procédé de coagulation-floculation. C’est un outil indispensable dans la conception d’une filière de traitement adéquat. Au cours de notre stage, un dispositif expérimental a été conçu pour le fractionnement.
Présentation du dispositif expérimental
Il est composé deux colonnes de fractionnements maintenues par une potence.
L’alimentation des colonnes est assurée par une pompe péristaltique.
Les colonnes de fractionnements: fabriquées en bronze (photo 4), elles sont au nombre de 2 de dimensions 1,5 cm pour le diamètre et 7cm pour la longueur. Elles sont creuses à l’intérieur pour contenir une quantité de résine donnée. Elles possèdent chacune deux extrémités servant pour l’une de point de jonction entre la conduite normalisée de la pompe péristaltique et la colonne elle-même. La deuxième extrémité sert de point d’écoulement (point de sortie) pour le substrat ayant percolé à travers les résines.
Photo 4 : Colonnes de fractionnement
La potence: La potence conçue est de 80 cm de longueur. Son rôle est de maintenir les deux colonnes de fractionnement (Photo 5).
La pompe péristaltique Master Flex.: Accessoire majeur, la pompe permettra de faire percoler l’eau brute sur les résines. C’est une pompe péristaltique de type pompe Master Flex L/S « console drive », dont la tête est de type Easy- Load II, modèle 7518-10(photo 6). La conduite fixée sur la tête de la pompe est
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 25 une conduite ordinaire permettant de délivrer un débit d’alimentation entre 12 et 135l/h.
Photo 5: Potence soutenant les colonnes de fractionnement
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 26 Photo 6 : Pompe péristaltique Masterflex
Les résines : Les résines utilisées sont de type DAX8 et XAD4. Ce sont elles qui grâce à leur propriété chimiques spécifiques retiennent les différentes fractions auxquelles elles sont affiliées. Il faut noter que l’expérimentation du fractionnement n’a pas été prise en compte par notre stage.
Protocole de fractionnement de la MO
Le protocole de fractionnement qui sera utilisé est celui de Malcolm & McCarthy, 1992. Ce protocole a fait l’objet de plusieurs études à cause de sa simplicité de mise en œuvre (Jérôme, 2004 ; Céline, 2006). Il permet de séparer les molécules organiques en 4 fractions : les Acides Humiques (AH), les composés hydrophobes (HPO), les composés transphiliques (TPH) et les composés hydrophiles (HPI). La figure 3 ci- dessous illustre le fonctionnement du protocole.
Figure 3: Synopsis du fractionnement de la matière organique selon le protocole de Malcolm & McCarty (1992) adapté par Labanowski (2004)
Les acides humiques (AH) sont éliminés par acidification avec HCl à 37% et filtration sur 0,45µm. Le filtrat percole ensuite sur les résines DAX-8 puis XAD-4 afin d’en assurer son fractionnement. Les composés hydrophobes (HPO) sont
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 27 retenus sur la résine DAX-8, les composés intermédiaires transphiliques (TPH) sont retenus sur la résine XAD-4 et les composés hydrophiles (HPI) ne sont pas adsorbés sur les résines et constituent la fraction résiduel du filtrat final.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 28
Chapitre 3 : RESULTATS ET
DISCUSSION
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 29
L’eau brute étudiée est celle de la du barrage d’Ilauko sur le fleuve Ouémé. Ce chapitre est essentiellement consacré à la présentation des résultats des différentes analyses effectuées puis à leur discussion. Dans un premier temps il est présenté la caractérisation de l’eau étudiée et dans un second temps, les rendements d’élimination de la MON par coagulation-floculation.
3.1- Caractérisation de l’eau du barrage d’Ilauko
Le barrage d’Ilauko est la prise d’eau pour l’alimentation en eau potable de la ville de Savè. Les tableaux 5, 6 et 7 présentent les caractéristiques de l’eau prélevée au barrage Ilauko le 20 octobre 2015.
Tableau 3 : Paramètres physico-chimique généraux de l’eau du barrage d’Ilauko
Paramètres Unités Précisions Valeurs
pH - ± 0,01 7,48
O2 mg O2/L ± 0,01 7,20
Température °C ± 0,1 24,8
Conductivité Electrique
µs/cm ± 1 113
eH mV ± 0,1 -34,3
Couleur PtCo mg/L de PtCo ± 1 142
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 30 Tableau 4 : Paramètres physico-chimique spécifiques liés à la qualité de l’eau du barrage
Paramètres Unités Précisions Valeurs
MES mg/L ± 1 20
dureté °F ± 1 4
KMnO4 mg.L-1O2 ± 0,1 3,4
Turbidité NTU ± 0,01 4,14
Tableau 5 : paramètre microbiologiques liés à la qualité de l’eau du barrage
Paramètres Unités Précisions Valeurs
Coliformes totaux Nbre/100ml ± 1 4800
E. Coli Nbre/100ml ± 1 0
La réglementation béninoise du système d’évaluation de la qualité des cours d’eaux repose sur celle française (circulaire interministérielles des 29/07/1971 ; 17/03/1978 ; arrêtés du 29/11/1979 ; 15/10/1980 et du décret 91-1283). Elle définit cinq classe (1A ; 1B ; 2 ; 3 et HC) de qualité des eaux de surfaces. En effet, l’utilisation de la ressource superficielle d’eau nécessite la connaissance préalable de sa qualité. Les résultats d’analyse de l’eau brute étudiée ont montré que le pH est proche de la neutralité (compris entre 6,5 et 8,5) avec une forte teneur en oxygène dissous (O2> 7 à 24,8°C).
La conductivité de l’eau est en dessous de 400µs/cm (eau faiblement minéralisée). Ces caractéristiques sont conformes à une eau de qualité meilleure (1A). Toutefois l’oxydabilité au permanganate est supérieure à 3 mais 5 inférieurs à mgO2/l.
Quant aux paramètres microbiologiques, l’eau ne contient pas d’E.coli mais les coliformes totaux sont de l’ordre de 4800/100ml. On peut conclure que d’un point de vue physico-organique et microbiologique, l’eau du barrage d’Ilauko est de qualité 1B.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 31 Par ailleurs, les eaux de classe 1B sont de qualité bonne, et peuvent être utilisées pour une alimentation en eau potable après un traitement simple ou normal, une utilisation industrielle, baignade, loisirs, abreuvage des animaux. Ainsi un prétraitement (par coagulation-floculation) suivi d’une désinfection serait suffisant pour la rendre potable. C’est ce qui justifierait, l’utilisation de cette eau comme source d’approvisionnement de la SONEB à Savè. Le traitement par coagulation-floculation de la MON de l’eau de surface est un processus de validation expérimentale des résultats du fractionnement.
3.2- Choix du meilleur coagulant pour l’élimination de la MON par coagulation – floculation.
Le premier critère d’optimisation des essais de coagulation-floculation est le choix du coagulant. Le fer et l’aluminium sont les deux coagulants testés dans le cadre de la présente étude. Le tableau 6 présente les conditions d’expérimentation de la gamme large comprise entre 10,3 et 61,6mg/l.
Tableau 6 : Conditions expérimentales de la gamme (large testée)
Gamme large testée
Concentration en Fe3+/Al3+ (mg/l) 10,3 20,5 30,8 41,0 51,3 61,6
Concentration en coagulant FeCl3
(mg/l)
29,7 59,5 89,2 118,9 148,6 178,4
Concentration en coagulant (Al2
(SO4)3, 14H2O) (mg/l)
65,0 130,0 195,1 260,1 325,1 390,1
Volume de Solution mère prélevé FeCl3/ Al2 (SO 4)3 ,14H 2O
2 4 6 8 10 12
pH de coagulation 5,5 – 7,5
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 32 Pour ces doses appliquées, les turbidités résiduelles obtenues varient entre 0,77 et 2,34 NTU pour le chlorure ferrique et entre 0,5 et 2,03 NTU pour le sulfate d’aluminium (figure 4).
Figure 4: Evolution de la turbidité en fonction de la dose de coagulant appliquée
On constate que les turbidités résiduelles obtenues sont très peu variables quel que soit le coagulant utilisé. Toutefois, le meilleur abattement est celui de l’aluminium avec une dose de 10,3 mg/l d’aluminium pur pour une turbidité résiduelle de 0,5 NTU. Ainsi l’aluminium se présenterait comme le meilleur coagulant. Mais des études récentes ont révélé que l’utilisation de l’aluminium comme coagulant pour traiter l’eau présente des risques de maladies chez l’homme notamment celle d’alzheimer (Anu, 2010), il est donc préférable de choisir comme meilleure coagulant le fer. Ce choix n’est pas préjudiciable à notre étude étant donné que les turbidités résiduelles minimales obtenues pour les deux coagulants sont inférieures à 1 NTU ; valeur limite fixée par les normes de potabilisation.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 33 Il en résulte que le fer (sous forme de chlorure ferrique) est choisi comme le meilleur coagulant pour les essais de coagulation-floculation sur l’eau du barrage d’Ilauko.
Pour une meilleure précision de la dose optimale à appliquer, une gamme fine de la concentration de 10,3 mg/l de fer est souhaitable.
3.3- Détermination de la dose optimale de coagulant Fe3+
L’optimisation de la dose de coagulant est faite en variant cette dernière entre 6,33 et 30,8 mg/l de fer pur qui correspond à 18,26 mg/l et 89,2 mg/l de Fecl3 (Tableau 7).
Tableau 7: conditions expérimentales de la Gamme fine testée Gamme fine testée
Concentration en Fe3+(mg/l) 6,33 10,3 15,43 20,5 25,75 30,8
Concentration en coagulant FeCl3 (mg/l)
18,26 29,7 44,5 59,5 74,25 89,2
Volume de Solution mère prélevé FeCl3 (ml)
1 2 3 4 5 6
pH de coagulation 5,5 – 7,5
Les résultats obtenus sont présentés sur la figure 5.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 34 Figure 5: Evolution de la turbidité en fonction de la dose de Fer
On observe une décroissance de la turbidité résiduelle de 6,33 à 15,43mg/l. A partir de 15,43mg/l, la turbidité résiduelle croît. La dose de 15,43mg/l de fer pur (soit 44,5 mg/l de FeCl3) est donc la dose optimale à appliquer pour les essais de coagulation-floculation. Par ailleurs Akowanou (2013) a montré que le pH des essais a une influence sur l’abattement de traitement. Ce qui justifie la variation du pH d’essai à dose constante.
3.4- Détermination du pH optimum
Les essais de coagulation-floculation ont été réalisés avec du chlorure ferrique à une concentration constante de 44,5 mg/l mais à des valeurs pH variées en vue de déterminer le pH optimum d’essai. Le tableau 08 présente les conditions d’expérimentation de la gamme de pH testée comprise entre 5,5 et 7,5 pH et les résultats obtenus sont présentées par la figure 6.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 35 Tableau8 : Conditions expérimentales de variation du pH
Gamme pH 5,5 6 6,5 7 7,5
Concentration Fe3+(mg/l) 15,43
Concentration en coagulant FeCl3 (mg/l) 44 ,5
Volume de Solution (ml) 3
Tableau 9 : Conditions expérimentales de variation du pH
Figure 6: Evolution de la turbidité en fonction du pH
On constate que les deux pics inférieurs de turbidités résiduelles à pH 5,5 et pH 7 respectivement égales à 0,4 NTU et 0,66 NTU. Il en résulte que le pH optimum pour le
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 36 traitement est 5,5 pH. De même les teneurs en oxydabilité au permanganate confirment ce résultat (figure 7).
Figure 7: Evolution de l’oxydabilité au permanganate en fonction du pH On constate que les valeurs de l’indice de permanganate varient légèrement entre 1,63 mg/l et 3,2 mg/l avec deux pics inférieurs à 5,5 pH et 6,5 pH respectivement égal à 1,63 mg/l et 1,8 mg/l. Le pH optimum confirmé pour le traitement est 5,5 mg/l.
Les rendements d’élimination de la MON ont été déterminés afin de juger de la qualité du traitement fait.
3.5- Rendement d’élimination de la MON par le procédé de coagulation- floculation
Les rendements ont été déterminés sur les échantillons traités à dose optimal de coagulant et à pH variés. Les résultats obtenus sont présentés sur la figure 8. Les abattements ont été calculés grâce aux formules suivantes :
- La turbidité :
Ab=
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 37
- L’oxydabilité au permanganate :
Ab=
avec: Imn l’indice d’oxydabilité aupermanganate.
Figure 8: Abattement de la MON en fonction du pH d’essai de coagulation On constate que les abattements obtenus pour les turbidités résiduelles sont supérieurs à ceux de l’oxydabilité au permanganate. Les abattements maximums obtenus sont de 90,1% pour la turbidité contre 62,1% pour l’oxydabilité au permanganate. Rappelons que la turbidité mesure surtout la MON particulaire.
Le traitement de l’eau du barrage d’Ilauko par le procédé de coagulation- floculation a eu des résultats satisfaisants. Les rendements d’élimination obtenus sont similaires à ceux d’Akowanou (2013) et Nabil (2013). Ce fort taux d’élimination de la turbidité est un indice qui montre que l’élimination de la fraction hydrophobe a été efficace. La MON due à l’oxydabilité au permanganate résiduelle (37,9%) serait hydrophiles et transphylique (Labanowski, 2004 ; Matilaien, 2010). Toutefois le fractionnement de cette MO permettrait de pourvoir quantifier et de classifier ces
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 38 différentes fractions et pourra renseigner sur l’efficacité du procédé de coagulation- floculation sur l’élimination de la fraction hydrophobe d’une MON.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 39 Conclusion
Ce stage de fin de formation nous a permis d’acquérir de nouvelles connaissances dans le domaine du traitement des eaux naturelles. Les activités effectuées entrent dans le cadre de l’élaboration d’un protocole expérimentale de fractionnement de la Matière Organique et de sa validation. Le milieu d’étude est le barrage d’Ilauko utilisée comme source d’approvisionnement en eau potable de la ville de Savè par la SONEB. Les travaux effectués ont permis de conclure que :
- L’eau étudiée est de qualité 1B, donc peut être utilisée comme source d’approvisionnement en eau potable.
- Le meilleur coagulant pour traiter l’eau par le procédé de coagulation- floculation est le fer.
- La dose optimale de ce coagulant à utiliser est de 15,43 mg/l de fer pur soit 44,5mg/l de chlorure ferrique.
- Le pH optimum de coagulation est de 5,5.
- Le rendement d’élimination est de 90,1% et de 62,1% respectivement pour la
turbidité et l’oxydabilité au permanganate.
Au vu de ces résultats, nous suggérons que :
- Le kit de fractionnement conçu soit expérimenté afin de quantifier les différentes formes de la MON contenu dans cette ressource.
- D’autres procédés comme le charbon actif soit couplé à la coagulation- floculation pour une élimination complète de la Matière Organique dissoute.
- Faire un suivi de la qualité de l’eau en fonction des saisons.
- Faire des recherches sur les coagulants-floculants locaux.
Rédigé et présenté par YEHOUNMEY Jireh N.A Page 40 Références bibliographiques
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