Elément du Module

GESTION DE L’EAU :
QUALITE PHYSICO- CHIMIQUE

Cours de Pr. K. KARA

Année 2022-2023
 DESCRIPTIF DU MODULE

S5M37

GESTION DE L’EAU :
Intitulé du module QUALITÉ PHYSICO- CHIMIQUE ET
MICROBIOLOGIQUE

Etablissement dont relève le module ENSAM

Département d’attache GEE

Nature du module
MODULE SCIENTIFIQUE DE SUPPORT

Semestre d’appartenance du module S5

 SYLLABUS DU MODULE
OBJECTIFS DU MODULE

- Comprendre :
* la Provenance et les Origines des eaux (eaux souterraines, systèmes acquifères, eaux de
surface, eaux thermales,… )
* la Composition de l’eau
* Les Principes de gestion des ressources en eau.
* L’intérêt de différentes opérations entreprises pour les traitements et purification des eaux et
des eaux usées.

- Assimiler les méthodes et techniques applicables a l’élimination des polluants gazeux, minéraux et
organiques des eaux usées.

- Acquérir les méthodes et techniques d’analyses physiques, chimiques et microbiologiques

applicables à la production de l’eau potable.

- Assimiler les techniques du diagnostic bactériologique direct d’un prélèvement du produit

pathologique ou d’un prélèvement d’eau.

- Compréhension et application des techniques de dénombrement bactérien dans les différents

échantillons d’eau :
* Technique de filtration sur membrane filtrante (MF)
* Technique Most probable Number (MPN) ou NPP
 L’EAU C’EST LA VIE

* Tous les organismes vivants sont essentiellement

composés d’eau:
- 60 à 70 % pour les êtres humains.
- 80 à 90 % pour les végétaux.

* Sans eau, l’homme ne peut survivre au-delà de

quelques jours.

* Il en est de même pour les animaux et les plantes,

qui en fonction de leur résistance particulière,
réagissent différemment au manque d’eau
Plus précisément, près de 60 % du corps humain d'un homme adulte est
constitué d'eau, ce qui correspond à peu près à 42 litres d'eau chez une
personne de 70 kg. Chez les femmes, en raison de la proportion plus
importante des tissus adipeux, ce taux est de 55 %.
À la naissance, ce pourcentage atteint même 78 % chez le bébé ! La teneur
totale en eau du corps humain dépend de plusieurs facteurs (corpulence, âge
notamment).

Répartition de l'eau dans le corps humain

Cette eau n'est pas répartie uniformément dans le corps humain, certains
organes en contiennent plus que d'autres :
•poumons : 78 % ;
•sang : 79 % ;
•cerveau : 76 % ;
•muscles lisses : 75 % ;
•os : 22,5 % ;
•tissus adipeux : 10 %.
Chaque jour, le corps humain élimine 2,4 litres d'eau à travers la respiration, la
sueur, l'urine... Il faut donc remplacer ce volume d'eau par la boisson et
l'alimentation pour éviter la déshydratation.
 A la surface de la terre, l'eau recouvre 71 % de la
surface du globe l’eau est principalement
localisée dans les mers et océans : 97% en
volume (également dans l’atmosphère et la
biosphère).

 Le volume total d’eau présent à la surface de la

Terre est évalué à environ 1,4 milliards de km3.

 Si cette eau y était uniformément répartie, elle

représenterait une épaisseur de 3000 mètres.
 Quantité totale (Océans, mers, eau douce, glaciers)
1 400 000 000 km3

2,5 %

Eau douce
97,5 % 35 000 000 km3

86 % 14 %

Océans, mers
Glaciers Lacs, fleuves, eaux souterraines
1 365 000 000 km3 30 000 000 km3 5 000 000 km3
 L’eau dans la nature
Répartition sur la planète et utilisations humaines

Nappes souterraines , eau

douce et calottes glaciaires
: 2,15%
Industrie : 22% Disponible pour
Disponible pour
l’homme : 8%
l’homme : 0,35 %

Agriculture : 70%

Océans, mers et lacs salés :

97,5 % EAU UTILISEE DANS LE
MONDE
 CYCLE HYDROLOGIQUE DE L’EAU :
Evaporation –Précipitation -Ruissellement

Lavoisier : Rien ne se perd, rien se crée, tout se transforme

 CYCLE HYDROLOGIQUE DE L’EAU :
Evaporation –Précipitation -Ruissellement
Vapeur d’eau
Précipitations atmosphérique
110 000 km3/ an 13 000 km3
Evaporations
70 000 km3/ an

Evaporations
430 000 km3/an

Précipitations
390 000 km3/ an

Glaces
30 Millions km3
Lacs et rivières
200 000 km3

OCEANS

Eau piégée dans le sol

8,4 Millions km3
Eau et Développement Durable
 LE DEVELOPPEMENT DURABLE

Concept international sur l'environnement

et le développement

Il s’agit d’un principe fondamental; il est ainsi défini :

«le développement durable (DD) vise à satisfaire EQUITABLEMENT les

besoins relatifs au DEVELOPPEMENT et à l’ENVIRONNEMENT, des
GENERATIONS PRESENTES ET FUTURES»
La notion de DD recouvre trois dimensions essentielles :

i- la limitation de l’épuisement irréversible des ressources

et de la conservation de la biodiversité ;

ii-la lutte contre la pauvreté et le sous-développement;

iii- l’incitation à la prudence dans les utilisations des ressources

écologiques et dans les INNOVATIONS SCIENTIFIQUES et
TECHNIQUES .
La problématique de l’eau potable
Approvisionnement et coût de l’eau en fonction
de l’évolution démographique
 Situation actuelle

Dans de nombreux pays, les systèmes de gestion de l’eau ont peu changé ces
dernières décennies, malgré la croissance énorme de la population et la prise de
conscience accrue de la dégradation des écosystèmes. Les problèmes de gestion
de l’eau incluent :

• Un manque de stratégies nationales pour le développement de l’eau, en partie

dû à une mauvaise compréhension des facteurs qui l’empêchent,
• Une gestion fragmentée des activités utilisant l’eau,
• Une gestion en général centralisée,
• Une prise de conscience limitée au niveau des hommes politiques et du public
en général sur les questions d’eau,
• Une corruption endémique,
• Des institutions incompétentes,
• L’échec d’impliquer toutes les parties prenantes à la prise de décisions et à la
gestion,
• Une pénurie sévère de compétences pour gérer les ressources en eau et fournir
les services liés à l’eau
 Stratégies actuelles et futures

•Nouveaux objectifs de la politique d’eau:

–Gestion de la demande en eau
–Sensibilisation à l’économie de l’eau
–La sauvegarde, la conservation et la protection des ressources d’eau

•La promotion des programmes de développement des technologies de

potabilisation non conventionnels:
–Dessalement de l’eau de mer
–Déminéralisation des eaux saumâtres
 RÉPARTITION SUR LA PLANÈTE
Le tableau suivant donne les réserves d’eau de la planète

Réservoirs Volume Temps de résidence

(10 15 m3)
Océans 1 350 2 500 ans
Glaciers ( Calottes glacières) 33 1 000 à 10 000 ans
Eaux souterraines 8 1 500 ans
Lacs 0,1 17 ans
Eau dans le sol 0,070 1 an
Eau dans l’atmosphère 0,013 8 Jours
Rivières 0,0017 16 Jours
Eau dans la matière vivante 0,0011 Quelques heures
 COMPOSITIONS CHIMIQUES DES EAUX DES MERS ET OCEANS

ORIGINE TENEUR EN
SEL
(en g/ l)
Océan Atlantique 33 – 37,9
Océan Indien 36,5
Océan Pacifique 35,00
Océan 34,7
Antarctique
Mer Baltique 3,0 – 8,0
Mer Noire 18,3 – 22,2
Mer Blanche 25,4 – 29,6
Mer 38,4 – 41,2
Méditerranée 50,9 – 58,5
Mer Rouge 126,7 – 285
Mer Caspienne 192,4 – 260
Mer Morte
COMPOSITIONS CHIMIQUES D’UNE EAU DE MER DE SALINITE 35 g/l
Espèce ionique présente dans Concentration (en g/ l)
l’eau de mer
Cl - 19,0
Na + 10,6
Mg 2+ 1,3
SO4 2- 2,7
Ca 2+ 0,40
K+ 0,38
Br - 0,07
HCO3 - ou CO3 2- 0,03

Les sels contenus dans un 1 kg d’eau de mer

Sels NaCl MgCl2 Na2SO4 CaCl2 KCl NaHCO3 Autres Total

Masse (g) 23,5 5 3,9 1,1 0,65 0,2 0,15 34,5
Terminologie

•Eau salée : eau dans laquelle la concentration en sels est

relativement élevée (plus de 10 g/l)
sels dissous :
-anions : Cl-, SO4--, HCO3-
-cations : Na+, K+, Ca++, Mg++

•Eau saumâtre : eau dont la teneur en sels est sensiblement

inférieure à celle de l’eau de mer. La concentration totale de sels
dissous y généralement comprise entre 1 et 10 g/l

•On distingue ‘’sel’’ au sens courant (NaCl est l’espèce largement

dominante) et ‘’sels’’, constituants de la ‘’salinité’’
Terminologie

•Les eaux très profondes sont très généralement chargées en sels,

car la température augmente la solubilité de nombreuses substances.

•Il n’y a pas de définition précise des eaux salées; les eaux
convenant à la consommation humaine contiennent de 0,05 à 1 g/l
de substances dissoutes par litre.

‘’il s’agit plutôt de recommandations que de normes’’

 Répartition de l’eau et ressources hydriques naturelles

Les eaux superficielles Les eaux souterraines

« Toutes les eaux circulant ou stockées à la surface « Ce sont les eaux qui s’infiltrent dans le sol et
des continents ». s’y accumulent sous forme de nappes aquifères. »

Selon les conditions géologiques on

Se caractérisent par : distingue différents types de nappes :

- Nappe active ou libre

– Variations saisonnières
– La présence de matières organiques - Nappe captive
provenant d’organismes animaux ou
végétaux - Nappes alluviales
– Le développement de zooplancton et - Nappe phréatique
phytoplancton
– La fragilité de cette ressource très
exposée
Figure : différents types d'eau au voisinage d'un grain dans un aquifère
La nappe libre ou active est directement
alimentée par les eaux de ruissellement.
Très sensible à la pollution, elle est à
l’origine des sources et des forages.

Lorsque le fond imperméable est

pratiquement horizontal, la nappe est dite
phréatique dans laquelle on peut creuser
des puits. Le niveau de la nappe à
toujours tendance à suivre régulièrement
les variations de la pluviosité et en
période de sécheresse les puits se
tarissent.
Par opposition, la nappe captive est
séparée de la surface du sol par une
couche imperméable. Elle n’est donc
pas alimentée par le sol. Elle se situe
à des grandes profondeurs et par
conséquence est peu sensible aux
pollutions.

Roche calcaire ( Témara)

Les Nappes alluviales peu profondes et

alimentées directement par les
précipitations pluvieuses ou les
écoulements d’eau en dessus. Il y a
toujours une réserve importante à
explorer et qui est toujours entretenue
par le débit des rivières ainsi que par
les précipitations.
 INEGALITE DE LA REPARTITION DES
RESSOURCES NATURELLES EN EAU
- Inégalités dans l’espace :
- Zones arides : < 100 mm / an
- Zones semi- arides : 250 - 500 mm / an
- Zones humides : 1. 500 mm / an
[Pour mesurer les hauteurs de précipitations on utilise un pluviomètre dont le principe consiste à canaliser les
précipitations pour en mesurer le volume. L'unité utilisée est le mm (millimètre) ou L/m². Le "mm" correspond en
volume, à une hauteur d'eau de 1 mm sur une surface plane de 1 m² (soit 1L) ].

- 9 Pays partagent 60 % des ressources en eau naturelle du monde

(40 000 km3/an ) :
- Brésil, Russie, Chine, Canada, Indonésie, Etats-Unis,
Inde, Colombie, Pérou.

- Evolutions de la disponibilité en eau en m3/ habitant/an:

Brésil Etats-Unis France Chine Maroc Algérie

2000 40 000 10 000 3000 1860 860 420

2025 30 000 8 000 2700 1520 540 270
La consommation domestique ne comprend que 10 % de l'utilisation
mondiale en eau douce:

USA : 300 litres par jour et par habitant

Europe : 100 à 200 litres par jour et par habitant

Pays du tiers-Monde : quelques litres à une dizaine de litres par jour et par
habitant
 Accès à l’eau potable : état des lieux
(1/3)

L’eau non potable est la première cause de mortalité dans le monde. Chaque
année, ce sont huit millions de personnes qui meurent des maladies transmises
par l’eau contaminée (PNUD, 2006), soit près de 22.000 personnes par jour, 15 par
minute !

Les chiffres de l'eau potable

En effet, l'OMS estime que :

- En 2010, que 2,6 milliards de personnes (soit 38 % de la population mondiale)
n’ont pas d’accès à des installations d’hygiène et d’ assainissement de base et
ce chiffre a été de 4,5 milliards en 2015 soit 60% de la population mondiale.

- En 2015, que 2,1 milliards de personnes (soit 30% de la population mondiale)

n’avaient pas accès à des services d’eau potable (1/3 sont en Afrique sub-
saharienne, où cette problématique s’accroît avec les sécheresses et le
changement climatique)

Au Maroc 80% de Marocains ont accès à l’eau potable et 38% disposent d’un accès aux
 Accès à l’eau potable : état des lieux
(2/3)

Pays les plus touchés par le manque d'eau potable

Ces personnes vivent principalement dans les pays en voie de développement

d’Asie et d’Afrique. Elles font face chaque jour à des corvées d’eau épuisantes et
à des épidémies de maladies hydriques. Deux milliards d’entre elles souffrent
ainsi de choléra, de dysenterie, de fièvre typhoïde, de poliomyélite ou encore de
diarrhées.

L’accès à l’eau potable est donc un enjeu majeur du développement pour lutter
contre la mortalité humaine, la misère et les mouvements de populations. Les
solutions à cette problématique sont à la fois financières, techniques, éducatives
et politiques.
 Accès à l’eau potable : état des lieux
(3/3)

Pays les plus touchés par le manque d'eau potable

( selon World Resources Institut, 2019)

L’eau va-t-elle finir par manquer sur notre planète ?

Près d'un quart de la population mondiale, vivant dans 17 pays, se trouve déjà en situation
de pénurie hydrique grave, proche du "jour zéro", lors duquel plus aucune goutte d'eau ne
sortira du robinet, selon un rapport récent

"L'agriculture, l'industrie, et les municipalités absorbent 80 % de la surface disponible et

des eaux souterraines lors d'une année moyenne" dans les 17 pays concernés,
principalement situés au Moyen-Orient et au nord de l'Afrique, précise l'institut.
Ces pays sont le Qatar, Israël, le Liban, l'Iran, la Jordanie, la Libye, le Koweït, l'Arabie
saoudite, l'Érythrée, les Émirats arabes unis, Saint Marin, Bahreïn, le Pakistan, le
Turkménistan, Oman, le Botswana et l'Inde, deuxième pays le plus peuplé du monde.

Vingt-sept (27) autres États figurent sur la liste des pays présentant une "pénurie hydrique
élevée", parmi lesquels figurent la Belgique, la Grèce ou encore l’Espagne. "La pénurie en
eau est la plus grande crise, dont personne ne parle”, a estimé Andrew Steer, PDG de WRI.
“Ses conséquences prennent la forme d'insécurité alimentaire, de conflit, de migration, et
d'instabilité financière«
 LES RESSOURCES EN EAU AU MAROC

Le Maroc reste dans la majeur partie de son territoire, un pays à climat semi-aride à aride

A part la région Nord-Ouest et les sommets de l’Atlas, la pluviométrie reste faible,

comparativement aux pays riverains du Nord de la Méditerranée.

Les précipitations totales sur l’ensemble du territoire sont évaluées en année moyenne à 150
Milliards de mètre cube (Mm3) dont 121 Mm3 vont à l’évapotranspiration (80,6%) et seulement
29 Mm3 (19,3%)représente l’écoulement superficiel et souterrain (soit 22,5 et 6,5 Mm3
respectivement)

Au Maroc, les deux principaux bassins hydrographiques (Oum-er-Rbia et Sebou, qui couvrent
un dixième du territoire) fournissent 50 % des écoulements

Le Maroc dispose en 2020 d’un patrimoine de 145 grands barrages totalisant une capacité de
stockage évaluée à 18,67 milliards de m3 , et de 15 barrages structurants en cours de
construction avec une capacité de stockage totale de 3,4 milliards de m3, ce qui va porter la
capacité de stockage à 22 milliards de m3.
Bassins Hydrauliques du Maroc
 LE S P RI N CI P A L E S N AP P ES
DU R OYA UM E

T AN G E R M E R M E D IT E R RA NN E E
2
4 3
5 8
L A RA CH E 6 7
N 12 9
10
13 40
14 O U JDA
T AZ A 11
K E NI T R A FES 15
RA B A T 16 17 18
C A S AB L AN C A M E KN E S
19
1 IF R AN E
E L JAD I DA 21
22
F IG U IG
23 28 37
26 24
25 E R R AC HI D IA
S AF I 27 36

E S SA O UI RA 30 29
MA R R AK E CH
38
O UA R Z AZ A T E
A G AD I R T AR OU D AN T
31
33
T I Z NI T
32
G UE L M IM
34

T AN - T AN

39
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L A AY O UN E
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35
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T A R F A YA
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B O U J DO U R
41
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Na p p es s u pe rf ic ie ll e s co m pl e xe aq u ife re s
(n a pp e s su p er f ici e lle s e t pr ro f on d es )
A

DA K HL A
2 4 B E N I AM I R 1 C A U SS MO YE N N E A T L AS S I QU E
2 O. AS W AD 4 C HA RF E L AK A B
3 O. M A RT I L 2 5 B E N I MO U S SA
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5 O. L AO 2 6 DO UK K AL A 9 B O UA RE G
6 NE K O R 2 9 T A FI L A L E T 1 0 T R I F FA
3 0 H A OU Z
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7 KE R T E 11 A NG A D B O U H O UR IA
8 G AR E B 3 2 T I Z NI T
33 M . V AL L E E DE DA R A A 14 G H AR B
12 R ' M E L 3 5 F OU M E L O UE D
A

1 5 CO UL O I R F E S - T AZ A
1 3 DR AD E RE S OU E I RE 37 P AL ME R AI S D E F IG U IG 1 7 F E S -M E KN E S
1 6 MA M O RA 3 8 KS O B 1 8 A IN B E NI M AT H A R
N

1 9 T E MA RA 39 T A RF A YA
2 2 CH AO U IA 4 0 N A PP E S D E G U E RC I F 2 1 B E R R E C H ID
2 3 S AH E L 2 7 B A HI RA
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41 C RE T A C E E T P AL E O C E NE DU S A HA R A

Les plus importants systèmes aquifères couvrent une superficie totale de près de 80 000 km²,
soit environ 10 % du territoire.
 I - CARACTÉRISTIQUES DES EAUX NATURELLES

A- EAUX SOUTERRAINES :

Les eaux souterraines ont acquis leurs caractéristiques physico-chimiques à la traversée des
différents compartiments du cycle de l’eau : atmosphère, sol, eaux de surface,…

L’atmosphère apporte, entre autres, chlorures et sulfates, sodium et potassium en

provenance des aérosols marins, mais aussi des composés portés par la pollution
atmosphérique (sulfates, nitrates, hydrocarbures…) provenant de la combustion des énergies
fossiles (charbon, pétrole) : centrales thermiques, chauffage domestique, circulation
automobile….

Le sol, ainsi que les terrains altérés de surface, sont le lieu d’action de l’évaporation, capable
d’y concentrer les traceurs conservatifs des précipitations. La réserve est non seulement un
réservoir d’eau, mais elle stocke aussi chlorures, nitrates, sodium, potassium…, que
l’évaporation concentre dans le sol et que les pluies efficaces suivantes vont lixivier en
direction de la zone non saturée.

Le sol est aussi la première interface entre l’eau et les minéraux : les carbonates, sulfates de
calcium ou de magnésium y sont dissous…

Dans le sol, la dégradation de la matière organique produit du CO2, des nitrates, du

potassium…, et des acides humiques et fulviques.…
B- EAUX DE SURFACE

Elles ont pour origine, soit des nappes souterraines dont l’émergence constitue une source, soit les eaux de
ruissellement. Ces eaux se rassemblent en cours d’eau, caractérisés par une vitesse de circulation
appréciable. Elles peuvent se trouver stockées en réserves naturelles (lacs) ou artificielles (retenues de
barrages) où peut apparaitre une grande hétérogénéité de la qualité selon la profondeur.

La composition chimique des eaux de surface dépend de la nature des terrains rencontrés durant leur
parcours. Au cours de son cheminement, l’eau dissout les différents éléments constitutifs des terrains.

En revanche, sa teneur en gaz dissous (oxygène, azote, gaz carbonique) dépend des échanges à l’interface
eau- atmosphère et de l’activité métabolique des organismes aquatiques au sein de l’eau. Il faut noter :

- la présence de gaz dissous, en particulier l’oxygène ;

- une concentration importante en matières en suspension, tout au moins pour les eaux courantes. Ces
matières en suspension sont très diverses, allant des particules colloïdales aux éléments figurés. Dans
le cas des eaux de barrage, le temps de séjour provoque une décantation naturelle des éléments les
plus grossiers : la turbidité résiduelle est alors faible et colloïdale ;

- La présence de matières organiques d’origine naturelle provenant du métabolisme, puis de la

décomposition des organismes végétaux ou animaux vivant à la surface du bassin versant ou dans la
rivière ;

- La présence de plancton : les eaux de surface sont parfois le siège d’un développement important de
phytoplancton (algues…) et de zooplancton, surtout dans les cas d’eutrophisation
- Certains de ces organismes peuvent sécréter des produits sapides et odorants ou des toxines.
 Principales impuretés des eaux naturelles

Forme Nature et origine

Solides en suspension Débris de roches, sable, argiles, débris végétaux et
animaux
Matières en émulsion Hydrocarbures, corps gras
Matières colloïdales Argiles, silice, composés organiques plus ou moins
dégradés
Matières organiques dissoutes Substances d’origine naturelle ( végétaux, animaux
décomposés, etc)
Substance de synthèse ( pesticide, fongicides, etc)
Matière minérales dissoutes Roches solubilisées, rejets industriels et agricoles
Gaz dissous Gaz de l’air, CO2 provenant de la décomposition
des végétaux, pollution atmosphérique
Organismes vivants du règne Virus, bactéries, champignons, plancton, algues,
végétal ou animal insectes, larves, vers
 Principaux ions présents dans l’eau

Cations Symbole Anions Symbole

Calcium Ca2+ Hydrogénocarbonate HCO-3
Magnésium Mg2+ carbonate CO2-3
Sodium Na+ hydrogénosilicate HSiO-3
Potassium K+ Chlorure Cl-
Fer ferreux Fe2+ Sulfate SO2-4
Fer ferrique Fe3+ Nitrite NO-2
Cuivre Cu2+ Nitrate NO-3
aluminium Al3+ Phosphate PO3-4
 II - EAUX POTABLES

On admet que l’homme consomme en moyenne 2,5 litres d’eau par jour pour la
boisson et la cuisson des aliments. Cette quantité dépend des conditions climatiques
et peut aller jusqu’à 3 ou 4 litres en pays chaud, mais reste faible par rapport à
la consommation domestique de l’eau. Celle-ci peut varier de quelques litres par
jour dans les pays sans adduction publique et à faible confort ménager, jusqu’à
plusieurs centaines de litres dans les pays très développés.

L’eau du robinet est l’un des aliments les plus contrôlés, dont les bilans de qualité
sont les plus accessibles, dont l’alerte en cas de danger est l’une des plus rapides et
dont les normes (ou teneurs limites) sont parmi les plus sévères. Il convient de noter
que l’eau de source ou puits privé (rarement, parfois jamais contrôlée) se révèle bien
plus dangereuse que l’eau de distribution publique,

L’EAU ET LA SANTÉ PUBLIQUE

27 paramètres à contrôler :
Aluminium • Antimoine • Arsenic • Benzène • Bore • Bromates • Cadmium • Chlore •
Chrome •Cuivre • Cyanures • 1,2-dichloroéthane • Fluor • H.P.A. • Mercure • Micro-
organismes • Nickel • Nitrates - nitrites • Pesticides • pH - TH - TAC - agressivité • Plomb •
Sélénium • Sodium •Sulfates • Tetrachloroéthylène et trichloroéthylène • Trihalométhanes
(T.H.M.) • Turbidité.
 III - LES EAUX INDUSTRIELLES

L’industrie recouvre une gamme d’utilisations extrêmement variables, tant en quantité qu’en qualité.
Par ailleurs, les exigences croissantes en matière de protection des ressources et de l’environnement
(normes de rejet, taxes…) se conjuguent pour imposer aux industriels une gestion toujours plus rigoureuse
de leur eau (recyclages, assainissements adéquats,…. )

On distingue :

-les eaux de chaudières, (Suivant la pression à laquelle travaille le générateur de vapeur, on parle de
chaudières à basse pression ( BP ), à moyenne pression ( MP ) ou haute pression ( HP ). L’appareil reçoit de
l’eau d’alimentation qui est constituée par une proportion variable de condensat appelée aussi « eau de
retour » et d’eau neuve, plus ou moins épurée, dite « eau d’appoint »

- Les eaux des circuits de refroidissement, Les principaux équipements à refroidir sont les :
- Condenseurs et échangeurs thermiques ;
- Réfrigérants d’huile, d’air, de gaz, de liquides ;
- Moteurs, compresseurs ;
- Hauts-fourneaux
- réacteurs chimiques ;

- Les eaux de fabrication (propres à chaque industrie : eaux minérales et eaux de source, boissons gazeuses,
industries laitières, sucreries et raffineries de sucre, agro-alimentaires, textiles, fabriques de papiers,
industries du pétrole, sidérurgie, hydrométallurgie, industrie automobile et aéronautique, industries
électroniques, industries pharmaceutiques et biotechnologiques.
 IV - CARACTÉRISTIQUES DES EFFLUENTS URBAINS

Les effluents urbains comprennent :

* les eaux résiduaires ou eaux usées ;
* les eaux pluviales
* les eaux parasites, eaux souterraines s’introduisant dans les réseaux non étanches.

L’origine des eaux résiduaires urbaines est principalement domestique; mais une part est d’origine
industrielle (très variable suivant les agglomérations).

 Les établissements industriels qui rejettent une pollution proportionnellement trop importante
ou exigeant un traitement spécifique sont généralement dotés, d’un système d’épuration
autonome.

 Suivant le niveau de ce traitement, l’effluent industriel rejoint ensuite le milieu récepteur ou le

système de collecte et de traitement des ERU(eaux résiduaires urbaines).

 Souvent une norme définit les polluants et leur concentration limite pouvant être acceptés dans
le réseau
ANALYSE DE L’EAU
1. Paramètres importants dans l’analyse d’une eau

TH : mesure de la dureté (Ca + Mg)

TAC : titre alcalimétrique complet (dureté)
pH
Salinité : conductivité
Potentiel Redox
MES : matières en suspension
MS : matières sèches
Turbidité
DCO : demande chimique en oxygène
DBO : demande biologique en oxygène Le rapport DBO / DCO :
possibilités de traitement biologique
COT : carbone organique total
Indice de colmatage (fouling index)
2. les équilibres acido-basiques

• Tous les éléments dissous dans l’eau, gaz dissous, composés minéraux et
organiques contribuent aux équilibres acido-basiques de l’eau.

• Une importance prépondérante doit être accordée aux éléments minéraux

fondamentaux, càd essentiellement aux éléments du système
calcocarbonique qui joue un rôle majeur pour toutes les eaux naturelles.
3-les relations fondamentales

L’ensemble des cations et anions dissous dans l’eau doit être neutre.
Si l’on exprime les concentrations en millimoles/litre, on peut écrire:

[H+] + 2 [Ca++] + 2 [Mg++] + [Na+] + [K+] + … = 2 [CO3--] + [HCO3-] + [OH-] + 2 [SO4--] + [Cl-] + …

la relation devient:

[H+] + 2 [Ca++] + P = 2 [CO3--] + [HCO3-] + [OH-] + N

 Titre hydrotimétrique (TH)

Ce titre mesure la dureté totale, elle mesure l’ensemble des ions alcalino-
terreux, càd essentiellement les ions calcium et magnésium (Ca2+ et Mg2+). Le
titre hydrotimétrique calcique (ou TH calcique) qui ne mesure que la teneur en
ions calcium est parfois distingué du titre hydrotimétrique magnésien (ou TH
magnésien) qui ne mesure que la teneur en ions magnésium.

La mesure du TH s’effectue par la méthode volumétrique.

 Classification Dureté (mg CaCO3 / l)

Douces 0 – 100 (10°F)

Dureté modérée 100 – 200 (max 20°F)

Dures 200 – 300 (max 30°F)

Très dures > 300

10 mg/l de CaCO3 est équivalent à un degré français (1°F)

alcalinité de l’eau

Les valeurs relatives du Ta et TAC permettent de connaître les

doses d’hydroxydes, de carbonates ou bicarbonates.

TA=1/2[CO3--]+[OH-]
TAC=[CO3--]+[HCO3-]+[OH-]

Remarque: pour toute eau dont le pH<8,3, le TA est nul.

Diagramme de prédominance
Indices d’appréciation d’une eau

a-Indice de Langelier ou un indice de saturation :

IL = pH –pHs
IL < 0 : eau aggressive
càd eau sous-saturée en CaCO3(dissolution de calcaire sous l’action du CO2)
IL > 0 : eau incrustante
formation d’une couche de carbonate de calcium (protège les tuyauteries).

b-Indice de Ryznar :
IR= 2pHs –pH

Il permet de définir la tendance agressive ou entartrante d’une eau aérée

IR < 7 : eau incrustante
IR > 7 : eau agressive
Avec pH, mesure réelle est celui de l'échantillon de l'eau
et pHs, le pH auquel le carbonate de calcium (CaCO3) commence à précipiter c’est le pH de saturation en
carbonate de calcium.
pH, TA, TAC des différents eaux
Minéralisation totale ou TDS

la minéralisation totale (ou total des sels dissous [TDS]) est appelée aussi
salinité totale est la masse totale des sels dissous par litre d’eau en mg/l

Classification des eaux en fonction de la

minéralisation
Classification des eaux douces en fonction de leur
minéralisation
PARAMÈTRES DE LA POLLUTION
 PARAMÈTRES D'ANALYSES DE LA POLLUTION DES EAUX

* Les paramètres physico-chimiques : pH, T°, Conductivité, Oxygène dissous,

potentiel rédox, dureté [°F,…] (taux de Ca++,Mg++)……

* Les paramètres de la pollution particulaire : Turbidité, Matières grossières,

Matières en suspension (MES), Matières volatiles (MV)

•Les paramètres de la pollution organique globale :

DBO, DCO, COT,….

•Les paramètres de la pollution dissoute :

•Composés azotés (NTK,NGL, NO3-, NO2- , NH4+…), Composés phosphatés (PO43-,
PO33- , PT,…), Constituants minéraux (Na+,K+, Ca++,Mg++, …) Composés organiques
(HC, phénols,…)

•Les paramètres microbiologiques :

Coliformes totaux , coliformes fécaux , streptocoques,….
* Les paramètres éco toxicologiques: Métaux lourds( Pb, As, Hg, Cd, cyanures (
CN-),…
Pour les eaux destinées à la consommation humaine :
-paramètres organo-leptiques(couleur, turbidité, odeur, saveur)
-paramètres physico-chimiques(Temp°, pH, ions…)
-substances indésirables(Nitrates, Ammonium, fer , manganèse, cuivre…)
-substances toxiques(Arsenic, Cyanure, Plomb, Pesticides, sous produits de
désinfection…)
-paramètres microbiologiques(coliformes totaux, Streptocoques…)

Pour les eaux résiduaires :

-Matières en suspension (MES)
-Demande chimique en oxygène (DCO)
-Demande Biologique en Oxygène (DBO)
-Azote
-Phosphore
-Germes, métaux lourds, détergents, graisses….
En fonction de l’origine de l’eau et de sa destination

Pour les eaux industrielles:

A traiter au cas par cas vu l’hétérogénéité des besoins.
La mesure de la pollution s’effectue à l’aide de différents
critères.

Connaissance des caractéristiques ou grandeurs

physiques

•pH (acidité, basicité);

•température;

•salinité, minéralisation (par des mesures de conductivité);

•oxygène dissous.
Matières en suspension totales (MES), on distingue:

Les matières en suspension correspondent aux composé Insolubles

mais non directement décantables (fraction colloïdale),

Les matières sèches correspondent aux composés solubles

(organiques et minérales),que l’on retrouve après évaporation de l’eau,
Evaluation de la pollution

Une mesure globale d’appréciation est possible

en utilisant comme référence la quantité
d’oxygène nécessaire à les oxyder. On utilisera
différents critères:
 2 paramètres permettent d'évaluer la teneur en
matières organiques: la DCO et la DBO 5.
La Demande Chimique en Oxygène : DCO
Elle s'exprime en milligramme par litre (mg/l) d'oxygène et correspond
effectivement à la quantité d'oxygène nécessaire pour oxyder dans des
conditions opératoires définies, les matières oxydables présentes dans un
échantillon donné.

L'oxydation est réalisée ici par un réactif ayant un pouvoir d'oxydation puissant
(le permanganate de potassium à chaud en milieu acide).
on mesure ensuite le dichromate en excès par Spectrophotométrie.
La quantité de réactif consommé pour l'oxydation des matières organiques
présentes, rapportée en mg/l d'oxygène, correspond à la DCO.
 La Demande Biochimique en Oxygène: DBO

Les phénomènes d'auto-épuration dans les eaux superficielles résultent

par la dégradation des charges organiques polluantes par les micro-
organismes.

L'activité de ces derniers tend à consommer de l'oxygène et c'est cette

diminution de l'oxygène dans le milieu qui est mesurée par la DBO 5.

En effet, à 20°C la dégradation des matières organiques biodégradables

commence immédiatement . Il a été conventionnellement retenu d'exprimer la
DBO 5 en mg/l d'oxygène consommé pendant 5 jours à 20°C.
Les eaux destinées à la consommation humaine doivent avoir une
DBO 5 de 0 mg/l.
Une eau naturelle de bonne qualité a une DBO5 < 6 mg / l
 DCO représente l'ensemble des matières oxydables
DBO5 représente la part des matières organiques
biodégradables.

La DCO sera toujours supérieure à la DBO5

La différence entre la DCO et la DBO5 représente la

charge en matières organiques peu ou pas biodégradable.

Calcul : DCO / DBO 5 = Rapport de la biodégradabilité .

Pour les eaux usées domestiques le rapport est de 1.5 à 2.

Ce qui correspond à une biodégradation facile. Il peut
atteindre 2.5 à 3 sans inconvénient très sensible.
 Le COT ou Carbone Organique Total est mesuré après
oxydation par des peroxydes, à chaud ou sous UV.

La matière organique est alors oxydée en gaz carbonique

qui est dosé par spectrophotométrie infra-rouge.
 Le Potentiel d'Hydrogène:
Cette mesure physico-chimique effectuée à l'aide d'un pH mètre, permet
de savoir si l'échantillon d'eau est acide, basique ou neutre.
L'échelle des pH varie de 0 à 14. Le pH de neutralité étant 7.
pH des rejets compris entre 5,5 et 8,5

Les Matières en Suspension Totale: MEST

Ces analyses des MEST permettent donc de connaître la quantité de
matière non dissoutes, quelles soient organiques ou minérales,
présentes dans un échantillon.
Les MEST rentrent systématiquement en compte dans un bilan de
pollution. elles s'expriment en mg/l.
Sur une eau domestique, les teneurs de matières en suspension sont
normalement de 200 mg/l.
Une eau naturelle de bonne qualité a une teneur en MES <
25 mg / l
 Les Matières Volatiles en Suspension : MVS

Masse de matières particulaires organiques obtenues par

différence entre les MES et leurs résidus secs après passage au
four à 550°C; expression des résultats en mg/L ou en pour cent
des MES.
Evaluation de la pollution azotée

Les éléments nutritifs contenus dans ERI sont:

l’Azote Total Kjeldahl (NTK) qui mesure la pollution azotée relative à l’azote
organique et ammoniacal;

l’Azote Global (NGL) qui englobe en plus les formes oxydées de l’azote (à savoir
l’azote nitreux et nitrique).

NTotal = NNH4+ NOrganique + NNO2-+ NNO3-

Azote réduit
(Kjeldahl)
Evaluation de la pollution toxique

 Micropollution minérale: métaux lourds

 Micropollution organique :phénols ,pesticides,

hydrocarbures aromatiques polycycliques, produits
organiques aromatiques, phosphorés, soufrés, etc.
Les substances dans les eaux naturelles

Classement des matières:

Etat physico-chimique : gaz dissous, matières en suspension, matières

dissoutes minérales, matières dissoutes organiques

Origine: naturelle ou anthropiques

Matières en suspension
-substances minérales :sable, oxydes métalliques, argiles…
-vivantes : algues, bactéries…

Particules colloïdales
argiles, oxydes métalliques, acides humiques,…

Composés en solution (matières dissoutes)

les plus petites substances présentes dans l’eau : gaz dissous (CO2,
H2S…), composés minéraux, micropolluants org., métaux…
Spectre de taille des substances dans les eaux naturelles
Traitement des eaux
Inventaire exhaustif de toutes les filières de traitements impossible du fait
de la diversité :

-des ressources en eau et donc de leur qualité initiale,

-des applications utilisant de l’eau

Ressources en eau : Applications :

Eaux de surface Production d’eau potable
Eaux souterraines Épuration d’eaux usées (urbaines et
Eaux de mer industrielles)
Production d’eaux industrielles

Il est donc nécessaire pour concevoir une filière de connaître :

-La quantité et la qualité de l’eau à traiter
-La qualité de l’eau requise en fonction de l’application
 Filières de traitement
Les filières de traitement sont des combinaisons d’opérations unitaires
dont l’agencement est étroitement lié à la qualité de la ressource et à
l’objectif de traitement.

Ces filières de traitements sont destinées à agir sur:

- Les matières particulaires

- les matières colloïdales
- Les substances dissoutes
- les microorganismes

Même si chaque opération unitaire vise un objectif précis, elle modifie un

grand nombre de paramètres de qualité qui influencent par conséquent les
opérations unitaires en aval. Il faudra donc toujours raisonner en terme
de filière pour optimiser un traitement et prendre en considération
l’interdépendance des opérations unitaires.
Principales opérations unitaires dans une filière

Prétraitements
Coagulation –floculation
Adsorption sur charbon actif
Décantation
Filtration
Oxydation-Désinfection
Techniques membranaires
Traitements biologiques
Traitement des boues
 1-Coagulation –Floculation

Coagulation: déstabilisation des particules colloïdales et formation de

micromicelles constituées d’hydroxyde métallique et de colloïdes.

Floculation: rassemblement des micromicelles sous forme séparable de

la phase aqueuse.

La difficulté de séparation des colloïdes présents dans une eau provient

du fait que ces particules se trouvent dans l’eau à l’état de particules
charges électriquement (toujours négativement dans les eaux naturelles).
La répulsion mutuelle exercée par ces particules les empêche de
s’agglutiner sous l’effet des forces d’attraction naturelle (appelées à cette
échelle forces de Vander Waals) et d’acquérir ainsi une dimension
suffisante pour devenir décantables ou filtrables
 Colloïdes

Distribution ionique autour d’une particule colloïdale

 Théorie de la coagulation

Le plus souvent, la coagulation consiste à ajouter à l’eau un électrolyte

permettant de neutraliser les charges négatives qui sont à l’origine du maintien
en suspension stable. On utilise généralement des sels d’un métal trivalent,
Fe3+ ou Al3+ .

En d’autres termes l’introduction de ces composés en traîne une annulation de

charge.

L’avantage de ces composés consiste dans le fait qu’ils sont aussi des agents qui
favorisent la floculation de par leur capacité à se complexer, s’hydrater et à
conduire à une grande diversité de polymères:
Pratique de la coagulation-floculation
Plusieurs phases successives :

1.Ajout de réactif coagulant (réactions d’hydrolyse, d’ionisation, de polymérisation)

2.Agitation rapide pendant un temps court (10 secondes à quelques minutes)

Diffusion des réactifs

Réactions avec les colloïdes (déstabilisation)
Formation des précipités
Début de l’agglomération

1.Ajout de réactif floculant (si nécessaire)

2.Agitation rapide pour diffusion des réactifs (si nécessaire)

3.Agitation lente pendant un temps plus long (10 à 30 minutes)

Agglomération des flocs
Grossissement des flocs
 Méthode du Jar-test

Détermination du taux de traitement optimal

Détermination du pH optimal
Détermination des conditions d’agitation
Comparaison des réactifs (coagulants, floculants)

Ajout de doses croissantes de réactifs

 2-La décantation
Opération de clarification

•les particules floculées décantent avec une vitesse qui

augmente au fur et à mesure que les flocs augmentent

vitesse limite de sédimentation : vitesse de HAZEN

vH= débit/Surface

•la décantation est effectuée en flux continu

-décanteur à flux vertical
-décanteur lamellaire
-décanteur à lits de boues
Dimensions moyennes et ordre de grandeur du temps nécessaire pour
que, sous la seul action de leur poids, les particules parcourent
verticalement un mètre d’eau:
 3-Traitement au charbon actif

Dans les usines de traitement, le charbon actif est utilisé:

-soit sous forme de poudre (CAP), après la coagulation-floculation, mais avant la

décantation (diamètre de particules de 10 à 50 μm)
-soit sous forme de grains (CAG) au niveau de la filtration, en filtre bicouche avec du
sable, ou seul en deuxième étape de filtration (diamètre de particules de 0,5 à 3 mm)

Le charbon actif est principalement utilisé pour affiner l’élimination:

-des matières organiques dissoutes (réfractaires aux traitements préalables)
-des micro-polluants organiques à l’état de traces (pesticides, hydrocarbures…)
-de certains composés minéraux (métaux ,sous-produits de désinfection…)

Le principe de l’élimination des substances indésirables est l’adsorption qui peut être:
-physique
-chimique
 L'adsorption

On appelle adsorption, la rétention de molécules sur une surface solide

(à différencier de l'absorption).
 Propriétés du Charbon Actif

Les phénomènes d’adsorption ayant lieu à la surface du charbon, une grande

surface d’échange et une porosité importante constituent les caractéristiques
essentielles d’un adsorbant efficace

La fabrication du charbon actif est étroitement liée à son efficacité.

Le mode de fabrication physique repose sur trois étapes successives :

-le séchage de la matière première (bois, charbon de houille, noix de coco…)

-la carbonisation à 500 -600°C pendant 5 à 6 heures
-l’activation à 800 -1000°C pendant 24 à 72 heures

La fabrication chimique fait appel à un catalyseur qui permet de diminuer les

température de carbonisation et d’activation.
 Tests expérimentaux : type Jar Test

On introduit des quantités connues de Charbon Actif (le plus souvent en

poudre) dans des volumes connus d’eau à traiter, dans un réacteur
batch de type Jar test.

Au bout d’un certain temps de contact, on mesure la concentration

résiduelle de composé présent en solution.
La quantité de composé adsorbé est égale à : x = (C0-Ce).V en mg
Avec C0 , la concentration initiale en composé (mg/L)
Ce , la concentration finale en composé (mg/L)
V, le volume de solution (L)
Le traitement conventionnel (classique)
de l’eau potable
Les différentes opérations de traitement selon la nature et la forme de la pollution
Filières de traitements des eaux résiduaires
Filières de traitements des eaux industrielles avant utilisation
Filières de traitements pour la production d’eau destinée à la consommation
humaine
Echange d’ions
Cette opération modifie la composition ionique du
liquidetout en maintenant l’electroneutralité de
l’ensemble.Il s’agit uniquement d’un transfert de matière.
On distingue deux types de traitement

*régénération par un acide (HCl): dans l’industrie

*régénération au sel (NaCl) : à usage domestique
 Principe

Le liquide à traiter est mis au contact de l’échangeur d’ions, capable d’échanger

certains de ses ions constitutifs contre des ions de même signe se trouvant dans la
solution.
Un système échangeur d’ions fonctionne par percolation.
Les Procédés membranaires
Types de membranes
ANNEXES
L’eau potable doit répondre à 48 paramètres chimiques et bactériologiques.

Paramètres Conductivité Cl- NO3- C.F NH4+ M.O

qualité
µs/cm mg/l mg/l (100 ml) mg/l mg/l
Très <400 <200 <5 <20 <0.1 <3
bonne
Bonne 400-1300 200-300 5-25 20-2000 0.1- 3-5
0.5
Moyenne 1300-2700 300-750 25-50 2000-20 000 0.5-2 5-8

Mauvaise 2700-3000 750-1000 50-100 >20 000 2-8 >8

Très >3000 >1000 >100 - >8 -

mauvaise