Etude Et Optimisation Du Phénomène de La Décarbonatation de L'eau Minérale Ain Saiss - MECHROUT Monir
Etude Et Optimisation Du Phénomène de La Décarbonatation de L'eau Minérale Ain Saiss - MECHROUT Monir
Etude Et Optimisation Du Phénomène de La Décarbonatation de L'eau Minérale Ain Saiss - MECHROUT Monir
Présenté par :
- Mr.MECHROUT Monir
Encadré par :
Dédicace
Remerciements
Mon premier remerciement va à Allah soubhanou Wa ta hala.
Je tiens à exprimer ici mes sincères remerciements à tous ceux qui ont
contribué à la réalisation de ce mémoire et au bon déroulement de ce stage de
projet de fin d’études :
Mr. CHAOUQI Mohammed mon encadrant de stage, pour avoir été à mon
écoute, son soutien, sa gentillesse et les efforts qu’il a déployé.
Pour finir, je n’oublie pas Mr.A.BOUKIR ainsi que tous les enseignants de la faculté
des sciences et techniques FSTF, je les remercie pour leur patience, leur bonne volonté
et leur gentillesse et amabilités.
SOMMAIRE
INTRODUCTION ……………………………………...……………………………1
II-Analyses quantitatives……………………………………………………………...16
Conclusion.......................................................................................................31
Figure 2: Stérilisateur UV
Liste d’abréviation
SH : Sidi Harazem.
pH : Potentiel hydrogène.
TH : Titre hydrotimétrique.
INTRODUCTION
Une eau minérale naturelle correspond à une eau d'origine souterraine, faisant en général
l'objet d'une exploitation commerciale, elle est produite à l'abri de tout risque de pollution,
microbiologiquement saine dès l'origine, elle n'est perturbée par aucune contamination d'origine
humaine. La principale caractéristique de l'eau minérale naturelle réside dans sa composition
minéralogique stable qui est une exigence de la réglementation, elle présente des minéraux
(calcium, magnésium, bicarbonates, chlorures…) qui lui confèrent des propriétés bénéfiques.
En particulier des sels de calcium et de magnésium, ces ions sont en équilibre à une
température de 18° C et à un pH neutre, le changement de ces conditions provoquerait le dépôt
de ces sels sous forme de cristaux insolubles, ce problème est connu sous le nom de la
décarbonatation qui présente l’objectif de notre travail qui se déroule sur l’étude et
l’optimisation du phénomène de la décarbonatation de l’eau minérale naturelle Ain Saiss qui
est considérer parmi les produits de la société du thermalisme marocain (sotherma).
A- Présentation
I-2. Activités :
I-3. Organigramme :
Directeur
générale
Assistance de
Directeur direction et
d'exploitation planificatiion des
commandes
Responsable Service
Division Service Service
Resource prioduction
qualité maintenance d'expédition
humaine
Les sources de Sidi Harazem prennent naissance dans un massif de travertin. La principale
est dite source de « Sidi Harazem », elle émerge à une température entre 32°c à 33°c.
Aujourd’hui comme autrefois, les gens viennent à Sidi Harazem, attirés non seulement par le
tourisme mais aussi et surtout pour boire directement gratuitement l’eau à la source publique.
Le site de Sidi Harazem et ses eaux constituent donc des valeurs qu’il convient de sauvegarder
et valoriser.
Pour exploiter les eaux de Sidi Harazem à l’échelle industrielle, SOTHERMA a été créé
et mise en service en 1968. Le forage artésien est exécuté sur une profondeur de 90m dans une
zone de verdure protégée par une clôture et ayant 2,5 hectares de superficie. C’est une zone qui
est interdit au public.
L’eau de Sidi Harazem est recommandée pour les affections rénales, biliaires, la goutte,
hépatiques ; l'uricémie et l'hypercholestérolémie. De plus, Sidi Harazem peut servir à la
consommation courante comme eau de table.
Réputée pour son eau Sidi Harazem , SOTHERMA a lancé une Nouvelle Eau : Danone Ain
Saiss, qui est une eau minérale naturelle captée par un forage de 750 m de profondeur rocheuse
calcique, abritée par les montagnes du Moyen Atlas et du Rif au cœur de la plaine de Saïss. Il
s'agit d'une eau plate bicarbonatée magnésienne, non gazeuse, peu minéralisée. L'usine se
trouve en contrebas par rapport au point de forage avec une distance de 14 km, ce qui donne
une pression d'eau à l'arrivée de 4 bars. Le débit exploité est de 11 à12 litre / seconde.
Figure 2 : Stérilisateur UV
L’eau minérale naturelle est une appellation qui désigne une catégorie d'eau vendue en
bouteille. Elle est définie par un certain nombre de caractéristiques selon les réglementations.
L’eau minérale naturelle est une eau qui se distingue nettement de l’eau de boisson ordinaire
du fait que:
- Elle est caractérisée par sa teneur en certains sels minéraux et la présence d’oligo-éléments;
- Elle provient directement de nappes souterraines par des émergences naturelles ou forées
pour lesquelles toutes les précautions devraient être prises afin d’éviter toute pollution ou
influence extérieure sur les propriétés physiques et chimiques de l’eau minérale naturelle;
- Elle est constante dans sa composition et stable dans son débit et sa température.
- Elle est captée dans des conditions qui garantissent la pureté microbiologique et la
composition chimique de ses constituants essentiels;
- Elle est conditionnée à proximité de l’émergence de la source avec des précautions
d’hygiène particulières;
- Elle n’est soumise à aucun traitement autre que ceux autorisés par la norme CODEX STAN
108-1981, à savoir la séparation de constituants instables, tels que les composés contenant
du fer, du manganèse, du soufre ou de l’arsenic, par décantation et/ou filtration.
II- L’origine et la composition chimique de l’eau minérale naturelle
La quasi- totalité des eaux minérales naturelles a une origine météorique : l’eau de pluie
traverse l’atmosphère chargée en dioxyde de carbone. Au cours de son infiltration dans les sous-
sols, elle va solubiliser des sels minéraux des roches qui misent en contact avec cette eau par
l’action de l’eau chargée en CO2. Après dissolution les sels perdent leur individualité et mise
en équilibre cation-anion.
Les eaux minérales naturelles séjournent très longtemps (parfois près de 10 000 ans) au contact
de roches dans des couches profondes avant de revenir vers la surface par l’émergence
Les eaux minérales naturelles ne sont pas des eaux pures. Elles contiennent des espèces
dissoutes nommées des sels minéraux qui se retrouvent dans l’eau sous forme d’ions. Ces ions
sont :
- Les ions secondaires : Na+, K+, Fe2+ et, NO3-, SiO32- , Mn2+ ,Cu 2+ etc.
Plus ces ions certaines eaux minérales naturelles contiennent des gaz dissous tels : CO2 exemple
Oulmès et H2S exemple Moulay Yakoub.
L’eau doit être agréable à boire, claire, fraîche et sans odeur. C’est principalement par ces
aspects que le consommateur apprécie la qualité d’une eau.
III-2. Paramètres microbiologiques :
L’eau ne doit pas contenir des germes (bactéries, virus, parasites…) qui provoqueraient des
maladies chez les consommateurs, tel que :
conductivité, le pH, la turbidité, TAC, TH, TA, [Ca2+], [HCO3-] et [Cl-] sont également prisent
compte.
- La température: La température de l'eau est un paramètre de confort pour les
consommateurs, elle permet de corriger les paramètres d’analyse dont les valeurs sont liées
à la température. Elle agit aussi comme un facteur physiologique agissant sur le
métabolisme de croissance des micro-organismes vivant dans l’eau.
- Le pH : (potentiel Hydrogène) est l’un des caractéristiques fondamentales de l'eau. Celui-
ci est représentatif de la concentration en ions H+ dans l'eau.
- La Conductivité: 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 des sels
dissous dans l’eau, elle est exprimée en micro-siemens par centimètre (μS/cm).
- La turbidité: La turbidité est la représentative de la transparence d'une eau. Cette
transparence peut être affectée par la présence de particules en suspension et de matières
colloïdales dans l'eau (argiles, micro-organismes...).
- Le titre hydrotimétrique (TH) : Plus communément désigné par le terme "dureté", est un
indicateur de la minéralisation de l'eau. Il correspond à la somme des concentrations en
calcium (Ca2+) et magnésium (Mg2+).
- Le titre alcalimétrique (TA) : Le titre alcalimétrique d’une eau permet de connaître sa
concentration en carbonates (CO32-) et en bases fortes, autrement dit son alcalinité.
- Le titre alcalimétrique complet (TAC): Le titre alcalimétrique complet d’une eau
correspond à la présence d’espèces basiques telles que les ions hydroxyde (OH-), les ions
carbonates (CO32-), les ions hydrogénocarbonates (HCO3-).
Présentation de la problématique :
Le produit eau minérale plate Ain Saïss conditionné en verre est un produit de haute
qualité, sa production est destinée vers les hôtels et les restaurants de luxe, ce produit
prestigieux connait un problème persistant exprimé par une instabilité chimique des minéraux
au cours du stockage, ce problème est connu sous le nom de la décarbonatation, qui est un
processus physico-chimique lié à la minéralisation de l'eau minérale qui aboutit à un
changement d'état physique, exprimé par l’apparition des petits cristaux blanchâtres à la surface
intérieure de la paroi de quelques bouteilles d’eau plate Ain Saïss conditionnées en verre.
(Figure 3)
L’eau minérale contient de nombreux ions (Ca2+, Mg2+, HCO3-, CO32- …), et selon les
conditions physico-chimiques (Température, pression…) dans lesquelles cette eau est
conditionnée, ces minéraux peuvent précipiter et donnent naissance à des sels insolubles de
différente nature, d’où la nécessité d’identifier la composition chimique des cristaux formés par
le phénomène de décarbonatation.
I-Analyses qualitatives:
L’eau minérale Ain Saïss contient beaucoup de sels dissous sous forme d’ions, en
particulier des sels de calcium et de magnésium, ces ions sont en équilibre à une température
de 18° C et à un pH neutre, le changement de ces conditions provoquerait le dépôt de ces sels
sous forme de cristaux insolubles.
Parmi ces sels le carbonate de calcium (CaCO3) et le carbonate de magnésium (MgCO3) sont
les éléments qui ont plus tendance à se déposer, par ce qu’ils possèdent la solubilité la plus
faible. (Tableau 4)
.
Composé Solubilité g/l
CaCO3 0.0061
MgCO3 0.39
CaSO4 2.65
MgSO4 337
MgCl2 542
D’après ce tableau, on remarque que le sel le plus probable de se déposer est le CaCO3, à
cet effet, on a décidé de procéder à des analyses qualitatives et quantitatives des ions : Ca2+,
CO32- et Mg2+
a-Principe :
Quand une solution d'oxalate d’ammonium (NH4)2C2O4 est ajoutée à une solution
contenant des ions de calcium (Ca2+), un précipité blanc d'oxalate de calcium CaC2O4 est
formé. L’équation de la réaction est la suivante :
b-Mode opératoire :
jouter à la solution préparée, 2 ml d’oxalate d’ammonium concentré.
c-Résultat :
La formation d’un précipité blanc, ce qui montre la présence des ions de calcium Ca2+.
a-Principe :
L’addition d’acide chlorhydrique à une solution contenant des ions carbonate CO32- provoque
la production du gaz carbonique CO2 selon la réaction (1).
Le gaz carbonique est mis en évidence par barbotage dans l’eau de la chaux qui se trouble
selon la réaction (2) :
c-Résultat :
L’eau de la chaux est devenue trouble ce qui montre le dégagement du gaz carbonique et par
la suite l’existence des ions CO32-.
b-Réactions :
À pH = 10, le noir d’Eriochrome T est bleu, on le note In3- (aq). En présence d'ions
calcium Ca2+ (aq) et magnésium Mg2+ (aq), le NET forme deux ions complexes, notés [Caln]-
(aq) et [Mgln]- (aq) de couleur rouge violet selon les réactions (1) et (2).
En milieu basique, les ions calcium Ca2+(aq) et magnésium Mg2+(aq), contenus dans
l’eau minérale DAS réagissent avec les ions éthylène diamine tétra acétate, ou EDTA, notés
Y4-(aq), pour former des ions complexes très stables et incolores selon les réactions totales
(3) et (4).
Ensuite l’EDTA détruit les complexes [Mgln]- (aq) et [Caln]- (aq), libérant ainsi le NET
ce qui se traduit par le virage de la couleur du rouge violet au bleu (réaction 5)
b-Réactions :
À pH environ 12 l’indicateur coloré NET n’est plus utilisable, on choisit alors un autre
indicateur coloré : Murexide noté In.
En présence de Ca2+, le murexide forme un ion complexe, noté [Caln]2+, de couleur rose
selon la réaction suivante :
En milieu basique, les ions calcium Ca2+ (aq), contenus dans l’eau minérale DAS réagissent
avec les ions éthylène diamine tétra acétate (EDTA), noté Y4- (aq), pour former des ions
complexes très stables et incolores selon la réaction suivante :
Ensuite l’EDTA détruit les complexes [Caln]2+ (aq), libérant ainsi le Murexide ce qui se traduit
par le virage de la couleur du rose au bleu, la réaction est la suivante :
c-Mode opératoire :
Pipeter 20 ml de l’eau minérale naturelle à l’aide de pipette
Introduire dans un erlenmeyer de 250 ml
Ajouter 3 à 4 ml de la solution de KOH
Ajouter l’indicateur coloré Murexide
Titrer par l’EDTA jusqu’à au point du virage rose au violet
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES FES
– Route d’Imouzzer – FES
– Standard : 212 (0)5 35 60 82 14
Site web : http://www.fst-usmba.ac.ma
UNIVERSITE SIDI MOHAMMED BEN ABDELLAH
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUE
DEPARTEMENT DE CHIMIE
[Ca2+] = V1 * 2* 20
[Mg2+] = (Vi /5 – V2 ) * 2* 12.15
V1 : Le volume d’EDTA versé (mg).
Vi : Le volume d’EDTA versé dans le dosage du TH (mg)
[Ca2+] et [Mg2+] exprimés en mg/l
C-Expression es résultats :
Après l’équivalence, il ne reste plus d’ions Cl- en solution, les ions argent Ag+ versés en
excès, réagissent avec les ions chromate CrO42- et donnent un précipité orange Ag2CrO4.
(Réaction 2).
CrO42- + 2Ag+→ Ag2CrO4 (orange) (2)
b-Mode opératoire :
Prélever 100 ml de l’eau minérale naturelle à l’aide de l’éprouvette et introduire dans
un erlenmeyer de 250 ml.
Ajouter quelques gouttes de chromate de potassium K2CrO4.
Titrer par une solution de nitrate d’argent AgNO3 jusqu'au virage orange.
c-Expression des résultats :
III-Résultats :
Une comparaison des caractéristiques de l’eau minérale naturelle Ain Saiss entre une
bouteille normale ( non décarbonatée) et une bouteille présente le problème du sel blanchâtre
donne les résultats présentés dans le tableau suivant :
400
350
300
250
200
150
100
50
0
HCO3- Ca++ Mg++ Cl-
Eau non déacarbonatée Eau décarbonatée
35
30
25
20
15
10
0
TH TA TAC
Eau non décarbonatée Eau décarbonatée
L’eau contient les bicarbonates de calcium Ca(HCO3)2 sous une forme soluble, à
chaud ces derniers se décomposent avec dégagement de CO2 suivant la réaction (A), ce qui
explique la diminution importante de la concentration des bicarbonates (HCO3-) :
Les ions calcium et les ions carbonate précipitent car les carbonates de calcium sont peu
solubles dans l’eau, ce qui explique la diminution du taux de calcium, la réaction de
précipitation est la suivante :
Le dégagement de CO2 et la disparition des ions carbonates contribue à rendre la réaction (A)
quasi-totale (sens 1).
En se basant sur les résultats des analyses qualitatives et des analyses quantitatives, on peut
conclure que le sel précipité s’agit du carbonate de calcium CaCO3, qui se forme selon les
réactions (A) et (B), ce qui aboutit à l’apparition des cristaux blanchâtres à la surface intérieure
des parois des bouteilles avec un dégagement de CO2, C’est le phénomène de la
décarbonatation.
Donc on peut dire que la décarbonatation est un phénomène naturel est causé par
l’augmentation de la température. Ce dernier facteur est difficilement contrôlable surtout à
l’échelle industrielle. Mais :
Est-ce que ce problème est causé juste par le facteur de la température ?
Est-ce qu’il n’y a pas d’autres facteurs qui influent sur la décarbonatation de l’eau Ain
Saiss ?
Qu’est-il la nature de cet effet ?
Comment régler ces facteurs afin de résoudre le problème de décarbonatation ?
Niveau de remplissage
Etanchéité de la bouteille
Ce diagramme nous informe sur les causes possibles de défaillance constatée, cependant il ne
nous renseigne pas sur la gravité de ces causes, d’où la nécessité d’avoir recours à une autre
méthode qui est le diagramme de Pareto, qui nous permet de savoir 80% des causes principales
sur lesquels on va faire des traitements (Annexe 5).
Température de stockage 20 °C 45 °C
Position de stockage 1 2
Niveau de remplissage 14 mm 53 mm
Après 15 jours de stockage, nous avons dosé le calcium dans les 16 bouteilles selon le mode
opératoire cité précédemment. Les résultats sont présentés dans le tableau .il faut noter que la
teneur du calcium avant les essais a été 64mg/L
Après avoir effectué les 16 expériences et avoir pris soigneusement leurs réponses, on fait entrer
ces dernières au plan d’expérimentation.
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES FES
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FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUE
DEPARTEMENT DE CHIMIE
1 45 1 1.6 53 61.66
2 20 1 1.6 53 63.33
3 45 2 1.6 53 62.00
4 20 2 1.6 53 63.66
5 45 1 1.0 53 57.00
6 20 1 1.0 53 62.00
7 45 2 1.0 53 57.33
8 20 2 1.0 53 62.20
9 45 1 1.6 14 58.60
10 20 1 1.6 14 61.33
11 45 2 1.6 14 59.00
12 20 2 1.6 14 61.70
13 45 1 1.0 14 48.00
14 20 1 1.0 14 60.00
15 45 2 1.0 14 49.10
16 20 2 1.0 14 60.50
Après les résultats, on passe à l’analyse graphique des effets des facteurs par le diagramme de
Pareto qui va nous permet de déterminer les facteurs influents par ordre de contribution
décroissante. Il est également possible de tracer la fonction cumulée de ces contributions : les
valeurs sont alors reprises et additionnées au fur et à mesure.
- L’étanchéité doit être au niveau haut (1.6 Nm), pour une interdiction efficace du
dégagement de CO2, qui rend totale la réaction de la décarbonatation.
CONCLUSION
D’après le travail qu’on a effectué, on a constaté que la décarbonatation n’est donc pas
une pollution, mais correspond à la formation d’un dépôt d’une partie des sels minéraux
contenus naturellement dans l’eau minérale.
Références bibliographiques
ftp://ftp.fao.org/codex/Publications/booklets/Waters/Waters_2007_FR.pd
f
Codex STAN 108-1981 norme codex pour les eaux minérales naturelles
version 2007.
Paramètre VMA
Annexe N° 2 :
Turbidité 5 NTU
Température Acceptable °C
Arsenic As 10 μg/l
Cadmium Cd 3 μg/l
Annexe N°3 :
L’objectif de cet outil, c’est de Résoudre un problème en groupe de progrès en cherchant les
causes et les solutions.
La durée des séances pourra être de 3 à 4h chacune cela permettant de faire disparaitre toutes
les inhibitions, soit 1 à 2h pour garder une vivacité d’esprit plus grande.
Quoi qu’il en soit, des pauses seront ménagées entre chaque réunion pour laisser reposer les
idées afin de mieux les réexaminer par la suite.
Brainstorming
Etapes de la Séance
La 1er séance:
Annexe N°4 :
Les premiers diagrammes causes-effet ont été développés par le professeur KAORU
ISHIKAWA en 1943. Ce type de diagramme est de ce fait également appelé, diagramme
d’Ishikawa, ou diagramme en arrête e poisson (fishbone diagram).
Identifier l’ensemble des causes d’un problème et sélectionner celle qui fera
l’objet d’une analyse poussé, afin de trouver des solutions.
* Définir clairement le problème en termes d’effet, par une flèche horizontale, pointée vers le
problème
Matière : M1. Recense les causes ayant pour origine les supports techniques et les produits
utilisés.
Matériel : M3. Causes relatives aux machines, aux équipement et Moyens concernés.
Milieu : M5. Environnement physique : lumière, bruit, poussière, localisation signalétique etc.
* Identifier chaque flèche secondaire par le nom d’une des familles de causes potentielles.
* Inscrire sur les mini-flèches les causes rattachées à chacune des familles. Toutes les causes
doivent être retenus, et cela sans exception.
* Le diagramme est réalisé. Il faut maintenant rechercher les causes réelles du problème
identifié.
Diagramme d’ISHIKAWA
Etapes de la Séance
Conseils pratiques
Et en fin, le classement des aidées (relevés par le Brainstorming) dans le diagramme
selon leur relation avec les 5M.
Annexe N°5 :
Diagramme de Pareto
Etapes de la Séance
Champs d’application