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Cours Master 1 : (LMD Filière Hydraulique Urbaine) Module : Traitement et dessalement des eaux Année Universitaire 2019/2020

Chapitre I :

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CHAPITRE I : GENERALITES ET NORMES I.1 Introduction Une eau potable est une eau qu’on peut boire sans risque pour la santé. Afin de définir précisément une eau potable, des normes (AFNOR, OMS ...) ont été établies. Ces dernières fixent notamment les teneurs limites à ne pas dépasser pour un certain nombre de substances nocives et susceptibles d’être présentes dans l’eau. Le fait qu’une eau soit conforme aux normes, c’est-à-dire potable, ne signifie donc pas qu’elle soit exempte de matières polluantes, mais que leur concentration a été jugée suffisamment faible pour ne pas mettre en danger la santé du consommateur. Outre ces dernières caractéristiques, une eau potable doit être exempte de germes pathogènes (bactéries, virus) et d’organismes parasites, car les risques sanitaires liés à ces microorganismes sont grands. Elle ne doit contenir certaines substances chimiques qu’en quantité limitée : il s’agit en particulier de substances qualifiées d’indésirables ou de toxiques, comme les nitrates et les phosphates, les métaux lourds, ou encore les hydrocarbures et les pesticides, pour lesquelles des "concentrations maximales admissibles " ont été définies. À l’inverse, la présence de certaines substances peut être jugée nécessaire comme les oligo-éléments indispensables à l’organisme. I.2. Différents types des eaux naturelles I.2.1. Eaux souterraines Les eaux souterraines, ce sont des eaux qui proviennent de nappes souterraines plus ou moins profondes et sont captées par forage ou par puits. Elles sont en général pauvres en oxygène et en matières organiques. Dans les terrains géologiques anciens (granit, grés, schistes), la minéralisation est faible ; par contre dans les terrains sédimentaires (calcaire), la minéralisation est importante. Ces eaux souterraines ont une composition stable dans le temps, peu influencée par la pollution de la surface terrestre. Sauf pour certaines nappes phréatiques polluées, elles sont souvent proches des normes de qualité, mais peuvent contenir en fonction de la nature du terrain de stockage des éléments à taux dépassant les normes. I.2.2. Eaux de surface Les eaux de superficielles (surface), ce sont des eaux qui circulent ou qui sont stockées à la surface des continents. Elles ont pour origine, soit des nappes souterraines dont l’émergence constitue une source, soit les eaux de ruissellement. La composition chimique des eaux de surfaces dépend de la nature des terrains traversés par ces eaux durant leurs parcours dans l’ensemble des bassins versants. Il s’agit d’une ressource facilement accessible mais malheureusement fragile et vulnérable, la pollution rendant souvent impropre à l’utilisation en absence d’un traitement préalable.

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I.2.3. Les eaux de mer Les mers sont les grandes masses d'eau salée qui recouvrent les deux-tiers de la surface du globe terrestre, et elles représentent près de 97,4 % de la capacité des grands réservoirs d'eau à la surface de la terre .La teneur moyenne en sel varie en fonction de l’arrivée d’eau douce (pluies et fleuves), plus il y a d’eau douce, moins il y a de sel. Le dessalement de l'eau de mer et celui des eaux saumâtres constitue, aux dernières années, la solution à la pénurie d'eau dans de nombreuses parties du monde. Cependant, le coût de dessalement demeure encore trop élevé. I.3. Paramètres organoleptiques des eaux naturelles Les paramètres organoleptiques sont liés à la couleur, à la saveur et à l’odeur de l’eau. En résumé, afin d’obtenir une qualité organoleptique, l’eau doit être agréable à boire, claire, fraîche et sans odeur. C’est d’ailleurs principalement pour ces aspects que le consommateur apprécie la qualité d’une eau. En effet, ces critères n'ont pas de valeur sanitaire directe. Une eau peut être trouble, colorée ou avoir une odeur spécifique et néanmoins être consommable. I.4. Différents états des constituants de l’eau naturelle L’eau naturelle contient de nombreux composés minéraux ou organiques sous différents états : dissous en suspensions grossières sédimentables et en suspension colloïdale. Ces dernières substances sont beaucoup plus difficiles à déstabiliser et donc à éliminer. I.4.1. éléments dissous Dans une solution vraie, le corps dissous se divise dans tout le solvant et se forme avec lui une phase homogène. La taille des particules (molécules ou ions) est généralement inférieure à un nanomètre. Une telle solution est limpide et traverse les filtres sans séparation I.4.2. Etats dispersé ou matières en suspension (MES) L’état dispersé contient un ensemble de particule gênant le passage de la lumière dans la phase liquide. Une dispersion est retenue par les filtres. Les M.E.S sont les particules solides de densité supérieure à celle de l’eau. Elles sont très divers tant par leur nature que par les dimensions. Elles proviennent, soit de la dégradation des végétaux et d’animaux soit de l’arrachement des sables ou des argiles causées par les eaux de ruissellement. Généralement, la proportion minérale est dominante dans les eaux de surface, surtout en période de crue. Parmi les M.E.S, on peut citer : a) Les matières en suspensions décantables Elles sont soumises aux lois de pesanteur et ont la propriété de sédimentation dans les milieux naturels ou décantation dans les ouvrages des stations de traitement (décanteurs et débourbeurs). Ces M.E.S décantent dès que l’eau n’est plus en mouvement ou faiblement agitée, la loi de Stockes et alors applicable. Cela concerne les particules de dimension ≥ 1µm. 3

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b) Les colloïdales Un système colloïdal contient des particules constituées soit de particules élémentaires, soit de macromolécules. Ces particules portent une charge négative sur leur surface, dans l’eau naturelle, ces charges induisent des forces de répulsion entre les particules et sont un élément de stabilisation de l’état dispersé qui les empêche de s’agglomérer. Les colloïdes ne sont pas sédimentables, ils se déplacent sous l’action d’un champ électrique. Ce sont des M.E.S qui ont des dimensions < 1µm, la loi de Stockes est inapplicable. I.5. Caractérisation de l’eau potable I.5.1. Caractéristiques physico chimiques de l’eau La qualité physico-chimique de l’eau informe sur la localisation et l'évaluation d’un niveau de pollution, en fonction d’un ensemble de paramètre. Basée sur des valeurs de référence, elle s’apprécie à l’aide de plusieurs paramètres : - Qualité physique : matière en suspension, turbidité, transparence, température, conductivité et salinité ; - Qualité chimique : pH, sels minéraux, matière organique (Demande Biologique en Oxygène en 5 jours, Carbone Organique Dissous), oxygène dissous, nutriments (nitrites, nitrates, ammonium, phosphate, silice), pesticides, etc. Ces paramètres permettent d’acquérir des connaissances de base, de développer une surveillance pour détecter des perturbations et de mettre en place un suivi pour rétroagir sur la gestion I.5.1. 1. Gaz dissous L’eau contient des gaz dissous essentiellement de l’oxygène (O2) et du gaz carbonique (CO2) mais aussi de l’azote (N2) grâce à l’interface atmosphérique/surface ou encore du méthane. Tous n’ont pas la même solubilité dans l’eau et celle-ci décroît quand la température augmente. L’augmentation de la température favorise le dégazage (passage de l’eau vers l’atmosphère). La diminution de la température favorise la dissolution de gaz dans l’eau (solubilité). La solubilité d’un gaz : Est la quantité maximale du gaz que l’on peut dissoudre à partir de l’atmosphère vers l’eau. Cette solubilité est donnée par la loi de Henry : [gaz dissous (mg/l)] = k x Pi gaz [gaz dissous (mg/l)] : Concentration en gaz dissous dans l’eau en mg/l. K : Constante de solubilité à température donnée (𝑚𝑔/𝐿*𝑎𝑡𝑚). Pi gaz : pression partielle du gaz dans l’atmosphère (atm). - Soit un mélange de gaz (air) la pression totale est Pt. Pt = Σ 𝑷𝒊 (somme des pressions partielles de tous les gaz).

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a) Oxygène dissous : Les eaux souterraines ne contiennent pas en général d’O2 dissous (absence d’interface avec l’atmosphère). Dans une eau de surface, la présence ou l’absence d’O2 dissous nous renseigne sur le degré de pollution de l’eau. Les micro-organismes dont le rôle est d’épurer naturellement l’eau de surface consommeront plus d’O2 pour dégrader la matière organique polluante. Ce qui détermine la nature du système aquatique. L'oxygène dissous est donc un paramètre utile dans le diagnostic biologique de l’eau b) Gaz d’azote N2 : C’est le constituant majoritaire de l’air (≈ 79 %). Il est chimiquement très réactif et il est fixé par certains algues et certaines bactéries qui le transforment en azote organique (acides aminés, protéines). La solubilité du gaz d’azote varie de 23,5 mg/l à 0 °C à 134 mg/l à 30°C. c) Gaz carbonique (dioxyde de carbone) CO2 : Il est naturellement présent dans l’atmosphère (proportion moyenne est de 0,03 % de l’air) . Une eau de surface peut en renfermer à 20°C de 0,52 mg/l de CO2 libre. Le CO2 est considéré comme un acide faible. I.5.1. 2. Température : Il est important de connaître la température d'une eau puisque les équilibres physiques et chimiques en solution aqueuse en dépendent : la solubilité des sels et surtout des gaz, la dissociation des sels dissous et par là même la conductivité électrique, le pH. L'eau distribuée ne doit pas dépasser25°C au-delà, les risques de contaminations bactériennes et virales augmentent. 1.5.1.3 Turbidité La turbidité est due à la présence de matières en suspension (argiles, plancton, débris organiques...). Elle est mesurée à l’aide d’unturbidimètre. Les unités généralement utilisées sont :  Unité JTU (Jackson Turbidity Unit)  Unité FTU (Formazine Turbidity Unit)  Unité NTU (Nephelometric Turbidity Unit) L’eau potable ne doit pas dépasser 1NTU. Les classes de turbidités usuelles sont les suivantes : Tableau 1 : classes de turbidité usuelles (NTU, nephelometric turbidity unit) NTU < 5 5 < NTU < 30 30 < NTU < 200

Eau claire Eau légèrement trouble Eau trouble 5

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NTU > 200

Eau de surface "Africaine"

L’eau peut être soit acide, soit neutre, soit alcaline mais pour une eau potable, on considère les valeurs comprises entre 7 et 8,5 comme acceptable et comme limites extrêmes les valeurs 6,5 et 9. Le calcul du pH se fait à partir de l'équation suivante : pH = -log [H+]

[H+] =10-pH.

Exemple : pH= 7.2

concentration de [H+]=10-7.2

Tableau 2 : Classification des eaux d’après leur pH pH < 7 pH = 7 pH > 7

Milieu acide Milieu neutre Milieu basique ou alcalin

I.5.2. Les matières minérales I.5.2.1. Paramètres minéraux globaux a) La minéralisation La conductivité mesure la capacité de l’eau à conduire le courant entre deux électrodes. La plupart des matières dissoutes dans l’eau se trouvent sous forme d’ions chargés électriquement. La mesure de la conductivité (μS/cm) permet donc d’apprécier la quantité de sels dissous dans l’eau. La conductivité est également fonction de la température de l'eau : elle est plus importante lorsque la température augmente. Les résultats de mesure doivent donc être présentés en termes de conductivité équivalente à 20 ou 25°C. Les appareils de mesure utilisés sur le terrain effectuent en général automatiquement cette conversion. La minéralisation totale en sels minéraux (mg/l) d’une eau est donnée par une relation simple en fonction de la conductivité. Minéralisation totale = Conductivité × K, K : facteur de correction

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b) Conductivité électrique : La conductivité électrique d'une eau est la conductance d'une colonne d'eau comprise entre deux électrodes métalliques de1 cm2 de surface et séparées l'une de l'autre de 1 cm. Etroitement liée à la concentration des substances dissoutes et à leur nature, elle varie de quelques μS/cm à environ 3000μS/cm. Une eau de bonne qualité a, à une température de20°C, une conductivité inférieure ou égale à 400 μS/cm. Conductivité > 1000 μS/cm : Minéralisation fort 100 μS/cm < Conductivité < 1000 μS/cm : Minéralisation moyenne Conductivité < 1000 μS/cm : Minéralisation faible μS/cm : micro siemens /cm mS/cm : milli siemens /cm c) La dureté (TH) Le titre hydrotimétrique (TH) correspond à la quantité disions calcium (Ca2+) et magnésium (Mg2+) présents dans l’eau, ce paramètre nous renseigne sur la dureté d’une eau. Le tableau suivant donne la qualité d’une eau en fonction de la valeur du TH. La dureté carbonatée ou temporaire concerne les ions calcium et magnésium liés à la quantité de carbonate et de bicarbonates qui peut être éliminée ou précipitée par ébullition. Ce type de dureté est responsable de l’entartrage des canalisations d’eau chaude et des bouilloires. La dureté non carbonatée est due à l’association des cations responsables de la dureté avec les sulfates, les chlorures et des nitrates. On l’appelle également dureté permanente car elle ne peut être éliminée par ébullition.

Tableau4 : Qualité de l’eau en fonction de la valeur du TH

d) Alcalinité et acidité L’alcalinité (le titre d’alcaline) : correspond en majeur partie par anions ou des empèses moléculaires d’acides faibles, principalement l’hydroxyde, le bicarbonate et le carbonate. Le

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titre alcalimétrique complet (TAC) est exprimé par les concentrations de ces éléments an quantités équivalente de carbonate de calcium, de milliéquivalents ou en degré français. Le TAC est exprimé en degrés français (°F) ou en milliéquivalent par litre avec la correspondance suivante : 1°F = 0,2 méq/l. Le TAC d’une eau potable ne doit pas être inférieur à 2,5°F. TAC = [OH-] + [CO32-] + [HCO3-] = TA + [HCO3-] TA = [OH-] + [CO32-] (titre alcalimétrique) ? Le TA = O°F Si le pH de l’eau < 8,3 L’acidité (Acidité totale) : Correspond à la présence d’anhydride carbonique libre, d’acides minéraux et de sels d’acides forts et de bases faibles. L’acidité d’une eau est mesurée par la quantité de base nécessaire pour élever le pH de cette eau jusqu’à une certaine valeur choisie par convention (généralement autour de 8,3). On l’exprime soit en normalité (et plutôt en méq/l), soit en mg/l de CaCO3 équivalents ou encore en °F. Acidité totale de l’eau = Acidité faible + Acidité forte (TAF) Si pH de l’eau < 4,5 Ac totale = Ac faible + TAF Si pH de l’eau ≥ 4,5 Ac totale = Acidité faible = [CO2], TAF=0 I.5.2.2. Eléments minéraux majeurs La minéralisation d’une eau correspond à l’ensemble des sels minéraux dissout dans l’eau et dont la nature dépend des terrains traversés. L’eau contient beaucoup d’ions dissous dont les principaux sont le calcium (Ca2+), le magnésium (Mg2+), le sodium (Na+), le potassium (K+), les bicarbonates (HCO3-), les sulfates (SO4-2) et les chlorures (Cl-). Ils proviennent pour l’essentiel du lessivage des sols par les eaux de pluie. Aussi, leur teneur dépend-elle directement de la nature des roches du bassin versant. Elle peut varier du milligramme par litre au gramme par litre pour les eaux les plus salées. En moins grande concentration (du microgramme au milligramme par litre) 

Ammonium (NH4+) : Si la concentration est supérieure à 0,5 mg/l il faut suspecter une pollution récente d’origine industrielle ou humaine.



Nitrate (NO3-) : Concentration maximale : 50 mg/l. l’ingestion de nitrate à fortes doses est susceptible sous certains conditions de perturber l’oxygénation du sang chez les nourrissons (« maladie bleue » ou méthémoglobinémie). Par ailleurs, ils sont suspectés de participer à l’apparition de cancers digestifs. Dans les eaux douces, ils participent aux phénomènes de prolifération d’algues microscopiques (eutrophisation).



Nitrites (NO2 -) : concentration maximale est de 0,1 mg/l. La présence de nitrites dans les eaux est un signe de pollution, elle justifie une analyse physico chimiques et bactériologiques détaillée.



Fer : concentration maximale est de 200 μg/l. Les besoins journaliers de l’organisme sont de 1 à 2 mg de fer. Les limites de potabilité sont basées sur des effets esthétiques, le seuil gustatif, les effets ménagers et les inconvénients qu’entraîne le fer, à trop fortes concentrations dans les réseaux de distribution. A des concentrations de l’ordre 8

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de 300 μg/l, le fer tache le linge et les installations sanitaires et donne mauvais goût à l’eau. 

Fluor : Les sources principales de fluor dans les eaux souterraines sont les roches sédimentaires (fluorapatite des bassins phosphatés par exemple) mais également les roches magmatiques et certains filons. Les concentrations en fluor sont plus faibles si la teneur en Ca2+, issu du gypse par exemple est forte. Le temps de contact entre roche et eau souterraine ainsi que les réactions chimiques déterminent les teneurs en F-. Le fluor est reconnu comme élément essentiel pour la prévention des caries dentaires mais une ingestion régulière d’eau dont la concentration en fluor est supérieure à 1,5mg/l peut entraîner des problèmes de fluorose osseuse et dentaire (toxicité chronique).

I.5.2.3.Paramètres minéraux toxiques Les éléments toxiques proviennent des roches mais aussi parfois des activités industrielles et domestiques. Ces éléments ne sont présents qu’à l’état de trace (de 0,1 à 100 microgrammes par litre), comme l’arsenic, le cuivre, le cadmium, le manganèse, le fer, le zinc, le cobalt, le plomb…La présence de ces éléments est dangereuse pour la santé en cas de consommation régulière. I.5.3. Matières organiques Ce sont par définition des composés du carbone, de l’hydrogène, de l’oxygène et de l’azote. La matière organique peut être d’origine naturelle, elle provient, soit de l’érosion des sols et soit de la décomposition de matières animales ou végétales qui se trouvent dans l’eau. Comme, elle peuvent être d’origine artificielle. Dans ce cas, elle provienne de l’activité humaine (industries, agriculture, rejets des eaux usées urbaines). Les substances présentes dans l’eau peuvent être classées selon deux modes différents : -Suivent leur états physique : matière dissoute, colloïdales ou en suspension. -Suivent leur nature chimique : minérale ou organique Les substances organiques sont innombrables (plusieurs centaines de mille voire plusieurs millions) et leur identification individuelle très difficile. Leur concentration infime (minime) dans les eaux profondes, peut atteindre quelques dizaines de milligrammes par litre dans les eaux de surface.

I.5.3.1. Paramètres organiques globaux L’ensemble de ces paramètres permet d’estimer la quantité de matières organiques présente dans l’eau. 9

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DBO ou Demande biochimique (Biologique) en Oxygène exprime la quantité d’oxygène nécessaire à la dégradation de la matière organique biodégradable d’une eau par développement de microorganismes, dans des conditions données. Les conditions communément utilisées sont 5 jours (DBO5) 20°C, à l’abri de la lumière et de l’air. Elle est exprimée en mg d’oxygène consommé/l. Cette mesure est très utilisée pour le suivi des rejets des stations d'épuration, car elle donne une approximation de la charge en matières organiques biodégradables. Elle est exprimée en mg d’O2 consommé (Tableau 5). Tableau 5 : Echelle de valeurs de DBO5

DCO ou Demande chimique en oxygène exprime la quantité d’oxygène nécessaire à la dégradation de la matière organique, qu’elle soit biodégradable ou non biodégradable d’une eau à l’aide d’un oxydant puissant le bichromate de potassium, en milieu acide fort (H2 SO4) et au reflux pendant deux heures. La relation empirique suivante lie généralement la DBO5 la DCO et la matière organique de l’échantillon (MO) : MO = (2DBO5 + DCO)/3 La différence entre la DCO et la DBO est due aux substances qui ne peuvent pas être décomposées biologiquement. Le rapport entre la DCO et la DBO5 constitue une mesure indicative de la dégradabilité biochimique des composés présent s dans l’eau. Si Si

DCO DBO5 DCO DBO5

> 3 La majorité de la MO existante est non biodégradable. < 3 La majorité de la MO existante est biodégradable

Oxydabilité au permanganate de potassium (KMnO4) : L’indice permanganate ou oxydabilité au permanganate de potassium est défini comme étant la quantité de matières organiques oxydables présentes dans l’eau. Il est exprimé en milligrammes d’oxygène par litre d’eau. Pour les eaux potables l’indice permanganate doit être de 5mg/l. Carbone organique total COT : Le carbone organique total est la quantité de carbone dû à la présence de matières organiques dans l’eau. L’origine de ces matières est liée aux activités industrielles, agricoles ainsi qu’aux activités naturelles (substances humiques). Les directives relatives à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine imposent des teneurs en COT ne dépassant pas 2mg/l.

I.6. Qualité microbiologique de l’eau 10

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L’analyse biologique complémentaire de l’analyse chimique, fait apparaître différentes espèces de micro-organismes tels que les bactéries, les virus les planctons et les champignons. On distingue deux types de micro-organismes : Ceux qui sont pathogènes et provoquent des maladies Ceux qui sont saprophytes c.à.d. qui n’ont pas un effet sur la santé de l’être humain. Rien n’est plus important que la qualité microbiologique d’une eau, car toutes sortes de maladies (fièvres, typhoïde, choléra, maladie entérovirale gastro-intestinales…), peuvent être transmises par l’eau. D’une façon idéale l’eau potable ne devra contenir aucun micro-organisme pathogène et être exempte de toute bactérie indiquant une pollution fécale. Les différents familles de micro-organismes rencontraient dans une eau sont présentés dans le tableau 6. Tableau 6 : Les différentes familles de micro-organismes rencontraient dans une eau BACTERIES Staphylocoques Escherichia Coli Streptocoques Legionella Pneumophila Salmonella Cyanobactéries I.7. Normes de potabilité d’une eau

VIRUS Entérovirus Hépatites

PROTOZOAIRES Giardia Cryptospridium

Bactériophages

Amibes

Les normes de potabilité d’une eau destinée à la consommation humaine, concernant les paramètres organoleptiques, physico-chimiques, les substances indésirables et toxiques et les paramètres bactériologiques sont rapportées sur les tableaux ci-dessous : 1.7.1. Les paramètres organoleptiques La turbidité, la couleur, l’odeur et la saveur représentent les paramètres organoleptiques d’une eau. Les normes des différentes caractéristiques, rapportées sur le tableau ci-dessous, sont des valeurs maximales admissibles pour une eau potable.

Tableau 7 : Tableau des normes des paramètres organoleptiques d’une eau potable

Normes européennes de potabilité des eaux : CEE 11

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L'Organisation Mondiale de la Santé : OMS

1.7.2. Les paramètres physico-chimiques Les paramètres physico-chimiques, caractérisant une eau potable, sont reproduits sur le tableau suivant : Tableau 8 : Tableau des normes physico-chimiques d’une eau potable.

1.7.3. Les substances indésirables Les substances indésirables contenues dans l’eau destinée à la consommation ne présentent aucun danger pour la santé humaine, mais dépassant un certain seuil, elles peuvent provoquer des désagréments d’ordre esthétique ou organoleptique. Les teneurs maximales admissibles de ces substances sont données par le tableau suivant :

Tableau 9 : Tableau des normes des substances indésirables une eau potable

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I.7. Conclusion Des normes de qualité sont définies afin qu’aucun effet néfaste ne puisse être observé sur la santé du consommateur. Ce travail est mené au niveau international par de experts sous l’égide de la Communauté Européenne ou de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) ou alors au niveau national. Lorsque les normes de qualité sont dépassées, des mesures particulières de protection de la ressource en eau sont prises et le traitement par des procédés physico-chimiques doit être effectué.

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Exercice 1 : L’analyse d’une eau donne : PH=7.4; TH=59°F; TAC=16.5°F; Conductivité = 1520μs/cm. 1) que peut-on dire de la minéralisation et de la dureté de l’eau ? 2) Déterminer le TA et la concentration en bicarbonate en méq/l 3) Calculer la dureté magnésium (THMg2+) en °F, La mesure de l’acidité totale a donné 2.4°F déterminé la teneur en Co2 en méq/l 4) Une analyse complémentaire à donner en méq/l : Na+ 7.0 ; cl-=8.2 ; so42-=6.8 ; No3- =0.3 vérifier la balance ionique. Solution : 1)

minéralisation de l’eau :

*la Conductivité =1520μm >1000μm donc fort minéralisation * dureté totale TH=59°F >50°F avec la (norme de l’OMS) Eau avec dureté élevée eau très dure donc il faut le traiter. 2) TAC = [OH-] + [CO32-] + [ HCO3-] = TA + [ HCO3-] TA = [OH-] + [CO32 -] (titre alcalimétrique) ? Le TA = O°F Si le pH de l’eau < 8,3 pH=7.4 < 8,3

TA=0

TAC = [ HCO3-] concentration en bicarbonate TAC = [ HCO3-] [ HCO3-]=16.5/5=3.3 méq/l 3) la dureté magnésium (TH Mg2+) en °F TH=THCa2++THMg2+

TH Mg2 = TH- TH Ca2+

TH Ca2+= 3*5=15°F TH Mg2+ = 59-15= 44°F 4) la balance ionique L'erreur (𝐸) =

∑ 𝑎𝑛𝑖𝑜𝑛

1 − ∑ 𝑐𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 ∗ 100

cation Ca2+ = 3.0 Mg2+ = 8.8 Na+ = 7.0

anion HCO3-= 3.3 so42-=6.8 No3- =0.3 cl- = 8.2

∑ 𝑐𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 18.8 méq/l

∑ 𝑎𝑛𝑖𝑜𝑛 =18.6 méq/l

L'erreur (𝐸) =

18.6

1 − 18.8 ∗ 100 = 1.073 % < 3%

𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑣𝑒𝑟𝑖𝑓𝑖é𝑒 14

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Chapitre I I :

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Traitement des eaux L’eau potable Pour rendre l’eau potable, on applique des traitements qui, s’ils peuvent varier suivant l’origine et la qualité de l’eau, obéissent tous au même principe : on élimine les matières contenues dans l’eau par étapes successives, jusqu’aux organismes microscopiques comme les virus et les microbes. Toutes ces étapes sont effectuées dans une usine de production d’eau potable. Qu’est-ce que l’eau potable ? L’eau potable est une eau qui ne doit pas porter atteinte à celui qui la consomme. Elle doit répondre à une série de critères, définis par le ministère de la Santé : ■ paramètres organoleptiques : coloration, odeur, turbidité, saveur. ■ paramètres physico-chimiques. En relation avec la structure naturelle des eaux (température, PH, chlorures, sulfates). ■ paramètres chimiques : substances indésirables, toxiques. ■ paramètres micro-biologiques. ■ paramètres micro-polluants.

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Introduction La filière classique de traitement, quelle que soit l’origine de l’eau, est constituée d’une désinfection (étape obligatoire) précédée au plus par trois types de traitement : étapes de prétraitement, étapes de clarification et étapes de désinfection.

Figure 1 : Chaine de traitement physico-chimique d’une eau naturelle

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Les étapes du traitement de l’eau 1) Le captage de l'eau : L’eau qui sert à la consommation est d'origine superficielle (rivières, lacs, fleuves, mer ...) ou souterraine (nappes phréatiques). Elle est pompée par forage ou prélevée directement en surface. Une station d'alerte contrôle la qualité de l'eau en amont du pompage et des périmètres de protection sont installés (clôture située autour du lieu de captage, contrôle des activités existantes sur les terrains alentours).

III. Prétraitement des eaux 2) Dégrillage

Le dégrillage est le passage de l'eau à travers des barreaux plus ou moins espacés à l'entrée d'une station de traitement dont le but est la rétention des objets les plus volumineux tels que les poissons et d'autres animaux aquatiques, les herbages ainsi que les corps flottants afin de protéger les ouvrages aval de la station. Selon l'espacement entre les barreaux, on peut distinguer 2 types de dégrillage :  Pré dégrillage ou dégrillage grossier : E= 5 à 10 cm ; la grille est placée à l’endroit du captage de l’eau le nettoyage est manuel périodiquement.  Dégrillage fin : E = 1 à 2 cm ; la grille est placée à l’entrée de la station, la grille se colmate rapidement et le nettoyage est automatisé avec un moteur.

III.1.2. Caractéristiques de la grille La vitesse de passage de l’eau doit permettre l’application des matières sur la grille sans provoquer de pertes de charge importantes ni entrainer des colmatages en profondeur des barreaux. a- Vitesse de passage : La vitesse moyenne de passage entre les barreaux est comprise 0.6 < V < 1 m/s ou 1.2 à 1.4 m/s en débit maximal. b- Pertes de charge Les pertes de charge crées par les grilles sont de 0.05 à 0.15 m en fonction des caractéristiques de la grille. On peut calculer ΔH par la formule suivant : V2

𝑒 4

Δ𝐻= µ × (2g ) × (𝐸)3 ×𝑠𝑖𝑛𝛼

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Cours Master 1 : (LMD Filière Hydraulique Urbaine) Module : Traitement et dessalement des eaux Année Universitaire 2019/2020

V : vitesse de passage de l’eau entre les barreaux. g : accélération de pesanteur. µ : en fonction de la forme des barreaux Types du barreau

µ

Section rectangulaire

2,42

Section rectangulaire arrondie en semi - circulaire à l’amont

1.83

Section rectangulaire arrondie en semi - circulaire à l’amont et l’aval

1.67

Section circulaire

1.79

Section ovoïde avec une grande avec grande largeur à l’amont

0.76

b- Débit d’eau Le débit d’eau traverse la grille est : 𝑄=𝑉.𝑆 (1−𝛽).𝜁 S : Section mouillée de la grille (m2), S = L.L0 𝑠𝑖𝑛𝛼=𝐻𝑚𝑎𝑥/𝐿 Hmax : profondeur d’eau dans le canal d’amenée, L : longueur mouillé de la grille,

β : Coefficient de vide, β =

e e+E

E : espacement entre deux barreaux, e : épaisseur d’un barreaux, V : Vitesse de passage de l’eau entre les barreaux, 𝜁 : Coefficient de colmatage surtout pour les grilles grossières, 𝜁 : 0.7 à 1 pour les grilles fines nettoyage automatique, 𝜁 : 0.3 à 0.5 pour les grilles grossières. Calcul du nombre de barreaux 𝐿

𝐿

n = 𝑒+𝐸 = 𝑒+𝐸

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Exercice : On veut déterminer les dimensions d’une grille fine à l’entrée d’une station de traitement d’une eau de surface. Le débit traversant la grille est Q= 500 l/s et l’épaisseur d’un barreau 15 mm, espacement entre deux barreaux est 15 mm. La profondeur d’eau dans le canal l’amenée hmax = 0.9 m avec angle 𝛼=60°. 1- Déterminer les dimensions de la grille pour deux cas possible 𝜁=1 et 𝜁=0.7 2- Calculer la perte de charge Δh

Correction : 1- les dimensions de la grille fine 𝑄

𝑄=𝑉. (1−𝛽).𝜁 𝑑𝑜𝑛𝑐 𝑆=𝑉.(1−𝛽).𝜁 e

15

β = e+E = 15+15 = 0.5 V= 1m/s (grille fine nettoyage automatiquement) a- 𝜻=1 Q = 500 l/s = 0.5 m3/s 0.5

𝑆 = 0.5∗1∗1∗1

= 1 𝑚2

S=L×l (section minimale mouillée) L : longueur mouillée, l : largeur de la grille 𝐿=

ℎ sinα sinα

0.9

= sin60 =1.03𝑚

𝑆

𝑙=𝐿 =1/ 1.03=0.97𝑚 a- 𝜻= 0.7 S=1.43m² 𝐿=

ℎ sinα sinα

0.9

= sin60 =1.03𝑚

𝑆

𝑙=𝐿 = 1.43/1.03 = 1.38≈1.4𝑚 2- la perte de charge : 𝑒 4

V2

Δ𝐻= µ × (2g ) × (𝐸)3 ×𝑠𝑖𝑛𝛼

g = 9.81 m/s² , v= 1m/s

µ= 2.42 (section rectangulaire des barreaux) 12

15 4

Δ𝐻= 2.42× (2∗9.81) × (15)3 ×𝑠𝑖𝑛 60 = 0.107m ΔH = 10.7 cm, elle est admissible car 5cm