Partie 2 : Nourrir l’Humanité
Chapitre 5 : Qualité des sols et de l’eau
Compétences :
Réaliser une analyse qualitative d’une eau.
Rechercher et exploiter des informations concernant la potabilité d’une eau, le traitement des eaux naturelles, l’adoucissement d’une eau dure.
1/ De l’eau naturelle à l’eau potable.
A/ Critères de potabilité et agents polluants
Document :
Aujourd’hui, 63 paramètres contrôlent la qualité de l’eau potable en Europe, contre six à la fin du XIXe siècle. Les directives européennes imposent des normes depuis la zone de captage jusqu’au robinet du consommateur. En France l’eau fait l’objet d’une surveillance continue assurée par chaque commune mais aussi par les pouvoirs publics
(DDASS).
Les paramètres de l’eau surveillés sont :
- Les critères organoleptiques (couleur, turbidité, odeur, saveur, goût, limpidité…)
- Les critères physico-chimiques naturels (température, pH, teneur en oligo-éléments, teneur en ions etc…)
- Les critères toxicologiques (teneur en ions nitrate < 50 mg/L, ions nitrite, pesticides, métaux (plomb, cadmium, arsenic), hydrocarbures etc…)
- les critères microbiologiques (l'eau ne doit pas contenir d'organismes pathogènes comme les salmonelles ou les staphylocoques)
La recherche de la qualité commence dès le captage de l’eau. On ne peut pas pomper n’importe quelle eau dans la nature pour faire de l'eau potable. En effet, l’eau peut contenir des polluants naturels (par exemple des matières
"organiques" provenant de la décomposition des végétaux et des animaux). Elle peut aussi contenir des polluants venant des activités humaines (industrie, agriculture, déchets, etc.). C’est pourquoi, avant d’être utilisée pour produire de l’eau potable, l’eau à l’état naturel doit déjà être "sélectionnée" : les eaux trop polluées dans la nature sont exclues.
Dans la nature, plusieurs sortes de pollutions menacent l’eau. Les premières sont des pollutions chimiques.
Elles proviennent de l’eau de pluie qui a ruisselé sur les toits et les routes et qui s’est ainsi chargée de pollutions. Elles peuvent aussi provenir des champs cultivés et des prairies. Là encore, la pluie entraîne les engrais, les pesticides dans l’eau. Il peut également y avoir une pollution industrielle (venant des usines).
La deuxième sorte de pollution est due à la présence de virus et de bactéries. Les bactéries proviennent des rejets par l’intestin des animaux et de l’homme dans les sols ou les cours d’eau. Pour lutter contre cette pollution, on désinfecte les eaux.
Espèce chimique Teneur maximale autorisée en mg.L-1
Nitrates 50
Plomb 0,05
Nitrites 0,05
Chrome 0,05
Mercure 0,000001
Hydrocarbures 0,00001
détergents 0,0002
Questions :
1/ Relever dans ce document les différents polluants cités.
……….
……….
2/ Quels sont les 2 types de pollution d’une eau ?
……….
3/ Les agriculteurs bretons utilisent beaucoup d’engrais à base de nitrate. Pourquoi recommande-t-on aux Bretons de ne pas boire l’eau du robinet ?
……….
……….
……….
B/ Traitement des eaux usées : des WC jusqu’à la rivière…
C/ Potabilisation de l’eau C/ Potabilisation de l’eau : de la rivière jusqu’au robinet…
1/ En France, d’où provient l’eau du robinet ? ………
………
2/ Quelles étapes correspondent à une filtration ?...
………
3/ Quelles étapes correspondent à une désinfection biologique de l’eau ? ……….
………
3/ Différents types d’eau A/ Généralités
L’eau est une molécule essentielle à la vie.
L’eau n’existe rarement totalement pure. Elle contient toujours des ions en plus ou moins grande quantité.
Exemple : Elle contient des ions H+, des ions HO- qui sont à l’origine du pH.
Carte d’identité de l’eau
Formule brute : H2O
Formule développée : H-O-H
Aspect : Liquide incolore, insipide, inodore
Caractéristiques :
Teb = 100 °C
Tfus = 0°C
densité = 1
Meau = 18 g.mol-1
A quoi sert chacune des étapes de l’épuration des eaux usées ? 1/Dégrillage : ………..
2/ Dessablage : ………
3/ Dégraissage : ………..
4/ Décantation primaire : ……….
5/ bassin d’aération : ………
6/ Décantation secondaire : ………
7/ Retour à la nature : ………
L’eau rejetée est-elle potable ?
………
1/ Tamisage et dégrillage: Elimination des corps flottants et des grosses particules (de tailles supérieures à 1,5 mm) par passage à travers des grilles ou tamis fins.
2/ Floculation : Agglomération des particules encore en suspension, en ajoutant des agents floculants ou coagulants (sels de fer et
d’aluminium)
Puis on laisse décanter : les particules agglomérées (appelés flocons ou flocs) se déposent en formant des boues dans le bac de décantation.
Remarque : possibilité de reminéralisation en ajoutant du calcaire 3/ Filtration sur lit de sable : Permet de retenir les particules agglomérées qui ne se sont pas déposées.
5/ Filtration sur charbon actif : Filtration sur poudre de carbone très fine qui permet l’élimination des micropolluants (pesticides, hydrocarbures…).
6/ Oxydation par l’ozone ou ozonation : Traitement par l’ozone pour éliminer les matières organiques dissoutes, les bactéries et les virus.
Donne l’aspect « bleuté » à l’eau et lui redonne du goût.
7/ Traitement par chloration: Assure la désinfection de l’eau pour éviter toute contamination lors de son transport dans les canalisations.
8/ Stockage de l’eau potable dans les châteaux d’eau.
9/ Transport de l’eau potable vers les habitations.
B/ Quelle différence entre eau de source, eau du robinet et eau minérale ?
Les eaux destinées à la consommation humaine peuvent être de 3 types :
Eau du robinet : répond aux critères règlementaires stricts de l'eau potable.
Eau de source : Eau d'origine souterraine ayant bénéficié
d'une protection contre la pollution, et n'ayant subi ni traitement chimique, ni adjonction. Elle doit donc être naturellement conforme (Elle doit satisfaire tous les critères de potabilité). Elle n’a pas obligation d’avoir une composition chimique stable toute l’année.
Eau minérale naturelle : eau d'origine souterraine, protégée de toute pollution humaine. Ses caractéristiques chimiques stables dans le temps lui confèrent des propriétés favorables à la santé. Néanmoins cette eau n'est généralement pas potable au sens règlementaire car elle contient des substances minérales en quantités trop importantes pour pouvoir servir de boisson exclusive. Les eaux minérales font donc l'objet d'autorisations spécifiques, après analyse de leurs effets thérapeutiques. Elle a pour obligation d’avoir une composition chimique stable toute l’année.
Question :
1/ Quelle différence essentielle existe entre une eau minérale naturelle et une eau de source naturelle ?
………
………
2/ Peut-on boire de l’eau du robinet ?
………..
3/ Peut-on boire toute l’année de l’eau minérale naturelle HEPAR ?
………
………
C/ TP : Analyse qualitative d’une eau.
Les publicités prônent les bienfaits sur la santé de nombreuses eaux. On peut lire ou entendre les messages suivants : Courmayeur « mon eau minceur » ; Hépar, « source de magnésium » ; Vittel, « source naturelle de calcium » ; Volvic « ressentez la pleine forme ».
La particularité de ces eaux est due à des ions. Comment vérifier la présence de certains ions dans une eau minérale Courmayeur® ?
Ions testés
Ion chlorure
Cl-
Ion sulfate
SO42–
Ion calcium Ca2+ et magnésium
Mg2+
Ion fer II Fe2+
Détecteur de
présence Nitrate d’argent
Chlorure de baryum
soude
Hydroxyde de sodium (soude)
Observation
Précipité blanc laiteux
(qui noircit à la
lumière)
Précipité blanc
Précipité blanc
Précipité vert kaki
Résultat pH =
Protocole pour la recherche d’un ion dans une eau : - Verser 2 mL d’eau à tester dans un tube à essais.
- Ajouter 1 ou 2 mL du détecteur de présence correspondant et observer Expérience : Teste la présence des 5 ions dans l’eau Courmayeur et teste le pH
En plus : L’eau du robinet contient-elle ces ions tous ces ions ? Si tu as le temps, fais les tests
Matériel :
Mini station d’épuration et de potabilisation individuelle
Eau sale (une goutte de bleu de méthylène, une goutte d’huile essentielle, terre, sable) 4 tubes à essais + support
Chlorure de baryum (0,1 M) Nitrate d’argent (0,1 M) Soude 0,1 M
Eau courmayeur
Les concentrations n’ont pas besoin d’être précises. Si des solutions sont déjà prêtes et de concentrations différentes, aucun problème
3/ Dureté d’une eau A/ Généralités
« Les lavages durent plus longtemps avec Calgon » : Vous avez certainement déjà entendu cette publicité à la TV, vantant la protection des lave-linge. En effet le calcaire (sels minéraux à base de calcium, de magnésium…) se dépose partout sur votre lave-linge (résistance, tuyaux) et entartre votre machine.
Une eau est qualifiée de dure lorsqu'elle contient beaucoup d'ions calcium Ca2+ et d'ions magnésium Mg2+: l'eau est dite « calcaire » dans le langage courant.
En opposition, une eau douce est une eau pauvre en ion calcium et magnésium.
Le titre hydrotimétrique, noté T.H. et exprimé en degré français (°f), donne la dureté d’une eau.
1 °f correspond à 4 mg de calcium par litre d’eau soit 10 mg de calcaire CaCO3 dissous par litre d’eau.
Document : avantages et inconvénients d’une eau dure.
Avantages de l'eau dure Inconvénients de l'eau dure
L'eau dure apporte à l'organisme une partie des ions calcium et magnésium nécessaires. (AJR)
Elle mousse difficilement et demande plus de savon lors du lavage.
Les eaux trop adoucies peuvent être dangereuses pour la santé. En tant qu'eau de boisson, elles contiennent beaucoup d'ions sodium, et sont donc contre-indiqués pour certaines personnes nécessitant un régime hyposodé.
Elle « entartre » les circuits d'eau chaude par dépôt de carbonate de calcium (CaCO3 ), de carbonate de
magnésium ( MgCO3)ou de sulfate de calcium (CaSO4).
Comme ce sont de mauvais conducteurs de la chaleur, il faut beaucoup plus d'énergie pour chauffer.
Il peut aussi se produire des proliférations microbiennes dans les résines échangeuses d'ions avec toutes les conséquences que cela peut entraîner.
Elle modifie le goût lors de la cuisson.
Pour augmenter la durée de vie des équipements (lave- linge, lave-vaisselle, chauffe-eau...), il faut traiter l'eau dure pour la rendre plus douce par précipitation(ajout de poly phosphates par exemple)ou par passage à travers des résines échangeuses d'ions.
Ville Paris Lille Carcassonne Caen Brest St
Etienne
Nancy Var
Dureté °f 27 > 40 38 38 4 3 10 47
Commentaires Moyennement dure
Très dure
Très dure Très dure Très douce Très douce Faible dureté
Très dure
Questions :
1/ Quel est, en théorie, le T.H. de l’eau distillée ? Pourquoi ?
……….
2/ La concentration en ion calcium de l’eau Hépar est de 550 mg/L. Déterminer sa dureté en °f. Conclure.
……….
……….
3/ Dans le var, est-il préconisé d’adoucir l’eau pour la rendre moins dure ?
……….
4/ On chauffe de l’eau dure dans une casserole jusqu’à ce qu’elle soir totalement évaporée. Que va-t-il rester au fond de la casserole ?
……….
……….
B/ Expériences
Expérience n°1 : Action sur l’eau savonneuse :
- Dans un tube à essais, verser environ 3 mL d’eau distillée.
- Ajouter 3 gouttes de savon liquide et agiter.
- Noter la quantité de mousse obtenue et la présence ou non d'un trouble.
- Recommencer l’expérience avec une eau dite dure (eau du robinet par exemple ou eau courmayeur) et noter à nouveau ces observations.
Conclusion : Pour laver le linge et utiliser moins de savon, il vaut mieux utiliser une eau……….
Expérience n°2 : Adoucissement de l’eau dure avec des résines échangeuses d’ions
On utilise des adoucisseurs d’eau remplis de résines cationiques (sel de lave-vaisselle) qui retiennent les ions positifs et les remplacent par des ions Na+
Expérience : On fait passer de l’eau dure à travers une résine cationique et on fait un test de présence de l’ion calcium à l’aide d’un test à l’oxalate d’ammonium. Si le test est positif, il apparait un précipité blanc.
Résine cationique Eau dure
Test à l’oxalate de potassium
avec de l’eau dure Test à l’oxalate de potassium
avec de l’eau adoucie
Matériel prof:
Résine échangeuse d’ion (sel de lave vaisselle) Buchner + filtre papier
2 béchers
Oxalate d’ammonium (0,1 M) Matériel élève:
2 tubes à essais + support
Solution d’eau savonneuse ( liqueur de savon)
