Ecole Polytechnique de Ouagadougou (EPO)

Institut du Génie des Systèmes Industriels et Textiles (IGSIT)

Département de Génie du Textile (2ième année)
Année Universitaire 2022-2023

Analyse et traitement des eaux

KANSOLE M. M. R., PhD

Génie de l’Environnement
reginakansole@gmail.com
EPO_2023
2
Introduction
 La pénurie d'eau propre est un problème persistant et de plus en plus
grave, tant dans les pays développés que dans les pays en
développement.

 Une eau propre est essentielle pour l'homme. En effet, de nombreuses

sources d'eau brute contiennent des micro-organismes nuisibles ou
d'autres substances rendant l'eau impropre à la consommation
humaine.
 Ces organismes et substances doivent être éliminés par des procédés de
traitement, afin de rendre l'eau propre à l'usage domestique.

 Le traitement de l'eau brute regroupe de nombreux processus intégrés

dans une usine appelée station de traitement pour produire une eau de la
qualité souhaitée.

 L'utilisation de l'eau engendre un produit appelé l'effluent (eaux usées). Ce

dernier contient plusieurs polluants qui modifieront l'eau de manière
négative à la fois sur la santé et l'environnement.
 Le déversement de grandes quantités d'eaux usées dans le milieu naturel
est devenu une source de préoccupation majeure pour plusieurs pays dont
le Burkina Faso.

 Lorsque l'eau est polluée, sa décontamination devient nécessaire.

 L'épuration des eaux usées est un procédé essentiel pour la protection et

la réutilisation des ressources en eau.

 Les stations d'épurations intègrent de nombreux processus qui permettent

d'atteindre les objectifs de qualité de l'eau susceptibles d‘être rejetée ou
réutilisée.
 Généralités

Les eaux naturelles sont constituées des eaux souterraines (infiltrations,

nappes), des eaux de surface retenues ou écoulement (barrage, lacs,
rivières) et des eaux de mer.
Caractéristiques des eaux naturelles

 Les eaux naturelles sont constituées des eaux souterraines (infiltrations,

nappes), des eaux de surface retenues ou écoulement (barrage, lacs,
rivières) et des eaux de mer.

Les eaux souterraines

On distingue, trois types de nappes souterraines:

 La nappe libre : elle est alimentée directement par l'infiltration des

eaux de ruissellement. Le niveau de cette nappe fluctue en fonction
de la quantité d'eau retenue ;
 La nappe captive : elle est séparée de la surface du sol par une couche
imperméable. Elle est généralement plus profonde.
 La nappe alluviale : c'est une nappe située dans les terrains
alluvionnaires sur lesquels circule un cours d'eau. La qualité de ces
eaux est alors directement influencée par la qualité de l'eau de la
rivière.
Caractéristiques générales :

 La nature géologique du terrain a une influence déterminante

sur la composition chimique de l'eau retenue.

• Par exemple, les eaux circulant dans un sous sol sablonneux ou granitique
sont acides et peu minéralisées.

• Les eaux circulant dans des sols calcaires sont bicarbonatées calciques.

• Les eaux souterraines sont souvent d'une grande pureté bactériologique.

 Les eaux souterraines sont généralement propres et répondant

naturellement aux normes de potabilité. Ces eaux sont en effet moins
sensibles aux pollutions accidentelles.
Les eaux de surface

o Ce terme englobe toutes les eaux circulantes ou stockées à la surface

des continents.

o Elles viennent, soit des nappes profondes dont l‘ émergence constitue

une source d'eau minérale ou de source soit par l'accumulation des eaux
de pluie pour constituer ruisseau, rivière, etc.

o Elles peuvent se trouver stockées en réserves naturelles (lacs) ou

artificielles (retenues, barrages).
Caractéristiques générales

o La composition chimique des eaux de surface dépend de la nature des

terrains traversés par l'eau durant son parcours dans l'ensemble des
bassins versants.

o Ces eaux se chargent en gaz dissous (oxygène, azote, gaz carbonique).

o Elles sont chargées d'une concentration importante en matières en

suspension et matières organiques d'origine naturelle provenant de la
décomposition des organismes végétaux ou animaux.
Potabilité des eaux de surface

o Les eaux de surface sont rarement potables sans aucun traitement.

o Les eaux de surface sont généralement polluées bactériologiquement.

o De plus, elles peuvent présenter plusieurs pollutions :

• d'origine urbaine : les eaux d'assainissement
• d'origine industrielle : polluants et micropolluants organiques
(hydrocarbures, solvants, produits de synthèse, phénols) ou inorganiques
(métaux lourds, ammoniaque, produits toxiques
• d'origine agricole : engrais et produits pesticides ou herbicides.
Les eaux de mer/eaux saumâtres

Elles sont caractérisées par une salinité importante, qui peut varier selon les
origines.

Tableau: Salinité des eaux de quelques océans et mers

Normes de qualité des eaux

• L‘ étude des eaux a pour objet de déterminer leurs possibilités

d'utilisation.

• Elle comporte une analyse physico-chimique et un examen

bactériologique.

• Grâce a ces analyses, on détermine les limites d'utilisation d'une eau

soit :
• à usage domestique
• à usage industriel

• L'analyse physico-chimique permet de déceler les eaux risquant d'exercer

une action chimique sur les canalisations et permet de définir les
traitements de potabilisation.

• L'examen bactériologique permet de déterminer la qualité

microbiologique de l'eau, notamment en vue de son emploi comme eau
potable.

• L‘ unité de base pour la chimie de l'eau est le milligramme par litre

(mg/l). Une unité également employée est le milliéquivalent par litre
(méq/l) d'une substance dissoute et ionisée.
Les paramètres physicochimiques

 Température
• la température d'une eau potable devrait être inferieure en été et
supérieure en hiver à la température de l'air.
• L'eau potable doit être désaltérante et sa température doit se situer entre
8 et 15°C;

 pH
• le pH exprime l‘acidité ou l‘alcalinité de l'eau.
• Le pH est indissociable de la température
• pH<7 : eau acide
• pH>7 : eau alcaline
 Résistivité et conductivité électriques

• La résistivité c'est la résistance électrique de la colonne du liquide

considéré de 1 cm2 de section et de 1 cm de hauteur. Elle est exprimée
en ohms.centimètres (Ω.cm) et varie en raison inverse de la
minéralisation.
• La conductivité est l'inverse de la résistivité. Elle est exprimée en micro-
Siemens par centimètre (µS/cm) et varie proportionnellement avec la
minéralisation. La mesure de la conductivité permet d‘évaluer
rapidement mais très approximativement la minéralisation globale de
l'eau.
 Dureté totale

• La dureté de l'eau (ou titre hydrotimétrique) TH, est l'indicateur de la

minéralisation de l'eau.

• Elle est surtout due aux ions calcium Ca2+ et magnésium Mg2+

• La dureté s'exprime en °TH (degré hydrotimétrique) également appelé

degré français (symbole : °F) en France.
Critères de potabilité

 Une eau potable doit présenter un certain nombre de caractéristiques

physiques, chimiques, biologiques et en outre répondre à des critères
organoleptiques essentiels (incolore, insipide, inodore, fraîche).

 En outre, l'eau potable ne doit pas contenir les organismes

bactériologiques.
Normes Algériennes de potabilité
 La qualité et la
quantité des eaux
utilisées dans
l'industrie sont très
variables, elles
dépendent
du type de l'entreprise
productrice et de sa
taille.

Consommation domestique de l'eau

EXERCICES (partie 1
exo 1)
Traitement des eaux
Procédés de Traitement des eaux

 La plupart du temps, l'eau prélevée dans le milieu naturel n'est pas

directement consommable. Elle est chargée de sables, de limons, de
débris de matières organiques ou minérales, de substances colorantes
dissoutes.

 Pour rendre l'eau potable, on applique des traitements qui, s'ils peuvent
varier suivant l'origine et la qualité de l'eau : on élimine les matières
contenues dans l'eau par étapes successives, jusqu'aux organismes
microscopiques comme les virus et les microbes.
Traitement de clarification

 La coagulation-floculation
• Ce procédé permet de rendre l'eau limpide en la débarrassant des
matières en suspension qu'elle contient dites particules colloïdales (de
diamètre compris entre 0,1 et 10 µm).

• Elle s'effectue en deux temps : on injecte d'abord dans l'eau des réactifs
chimiques (sel d'aluminium par exemple) qui provoquent la coagulation
des particules.
• Ces produits chimiques s'appellent des coagulants. La charge positive du
coagulant neutralise la charge négative des particules dissoutes et
suspendues dans l'eau.

• Ces particules s‘agglomèrent les unes aux autres et forment des « flocons »
: c'est la floculation. Ces « flocons" plus lourds que l'eau, se déposent au
fond d'un bassin de décantation et sont évacués régulièrement sous forme
de boues .
Fig.: Processus de coagulation, floculation et de sédimentation
 Dans une usine de traitement des eaux, lorsqu'un coagulant est ajouté à
l'eau il est rapidement mélangé de sorte qu'il soit distribué partout dans
l'eau.

 La coagulation peut enlever un grand nombre de particules organiques.

 La coagulation peut également enlever les particules suspendues, y

compris les précipités inorganiques, tel que le fer et le carbone
organique dissout
Temps de liaison de plusieurs particules selon le diamètre
Coagulants utilisés

Les principaux coagulants utilisés pour déstabiliser les particules et

pour produire un floc sont des électrolytes minéraux à polycations. Les
coagulants les plus répandus sont :

Tableau: Les
principaux
coagulants utilisés
pour déstabiliser
les particules
 Les produits les plus utilisés pour la purification des eaux sont les sels
d'aluminium et de fer qui libèrent des ions Al3+ et Fe3+.

 Ces ions neutralisent la force de répulsion entre les particules

colloïdales et favorisent ainsi la coagulation.

 Lorsqu'on additionne à l'eau les sels d'aluminium ou de fer, ces derniers

réagissent avec l‘alcalinité de l'eau et produisent des hydroxydes,
Al(OH), ou Fe(OH), insolubles et formant un précipité.
La décantation

 La décantation est la méthode de séparation gravitaire la plus fréquente

des MES (Matières en suspension) et colloïdes (rassemblés sous forme
de flocs après l‘étape de coagulation/floculation).

 Il s'agit d'un procédé de séparation solide/liquide basé sur la pesanteur.

Cette séparation est induite par réduction de la vitesse horizontale qui
doit être inferieure a la vitesse verticale (de chute, de décantation ou
ascensionnelle) afin de favoriser la sédimentation des particules dans un
piège.
Fig.: Schéma type d'une station de traitement
 Ces particules s'accumulent au fond du bassin, d‘où on les extrait
périodiquement. L'eau récoltée en surface est dite clarifiée.

 Les facteurs clefs de la sédimentation sont la différence de masse

volumique entre le solide et le liquide, la taille des particules et la viscosité
du fluide.

Fig.: Principe de décantation des particules

Vitesse de chute de la particule

L‘équilibre de force sur une particule en mouvement par rapport à un fluide

détermine la vitesse de chute de la particule (Vlim).
Types de décanteur

Il existe deux types de décanteurs :

Décanteur simple : le décanteur le plus simple est constitué d'une cuve

parallélépipédique munie d'une zone d‘entrée et de deux zones de
sortie (une pour la sur-verse et l'autre pour les boues). Il existe deux
types de décanteurs dits simples :

• A flux verticaux : Dans ces bassins, la condition pour qu'une particule

soit retenue et qu'elle ait le temps d'atteindre le fond avant le
débordement ou la sortie de l'ouvrage
Fig. 2.4 { Decanteur longitudinal a pont racleur
A flux verticaux: Ce sont des ouvrages de forme conique ou pyramidale pour
permettre un contrôle plus aisé du voile de boues.

Fig.: Décanteur cylindrique

Décanteur lamellaire : Les décanteurs dits lamellaires comportent souvent une
série de lamelles qui permet de multiplier la surface de décantation utile tout
en réduisant la surface au sol par rapport à un bassin de décantation classique
à flux horizontal.

Fig.: Schéma d'un décanteur lamellaire

La filtration
Buts de la filtration : La filtration est un procédé physique destiné à clarifier un
liquide qui contient des MES en le faisant passer à travers un milieu poreux.

 La filtration permet d'obtenir une bonne élimination des bactéries, de la

couleur, de la turbidité et, indirectement, de certains goûts et odeurs.

Matériaux des filtres : Les filtres les plus utilisés peuvent être : des tissus de
fibres, des toiles métalliques ou des pierres poreuses à interstices très fins.
Fig.: Différents matériaux de filtration
Types de filtration :Pour le traitement des eaux potables, on utilise
principalement : a) Filtration sur le sable (lente ou rapide); b) Filtration
membranaire.

o En pratique, la filtration sur sable est la plus utilisée. En ce qui concerne la

filtration lente sur sable, de construction et de fonctionnement simples,
nécessite de grandes superficies ; c'est pourquoi on les utilise surtout dans
les pays ou le climat est moins rigoureux, et lorsqu'on n'est pas limité par
l'espace.
a)Filtration sur le lit de sable : Cette étape achève de clarifier l'eau en
éliminant les derniers flocons. Elle consiste à faire passer l'eau à travers une
épaisse couche de sable fin (80cm à 1,50m) disposée sur un plancher
poreux.

Ce filtre est nettoyé régulièrement par l'envoi d'eau et d'air à contre-courant

(de bas en haut) pour permettre aux flocons de se détacher des grains de
sable et éviter ainsi les risques de colmatage.
Fig.: Schéma du système d'une filtration à sable
  Le sable déposé dans le lit filtrant est relativement fin, c'est- à -dire, ses
gammes de taille effectives comprises entre 0,15 et 0,30 millimètres. La
perte de charge sur le filtre indique la nécessité d'un retro lavage : plus le
filtre est bouché, plus la perte de charge est importante.

 En général, la perte de charge ne peut pas être supérieure à 1 mètre.

b)Filtration membranaire : Les membranes sont fabriquées à partir

de polymères organiques ou à partir de matières inorganiques (métaux, oxydes
métalliques, verre, carbone, carbure de silicium, etc.).
Fig.: Les membranes planes
Pour les rendre opérationnelles, les membranes sont insérées dans des
dispositifs compacts appelés modules membranaires.

Fig.: Modules de membranes planes

Les traitements complémentaires

 Désinfection
• Principe : La désinfection est un traitement qui permet d‘ éliminer les
microorganismes susceptibles de transmettre des maladies.

• On peut procéder à la désinfection en ajoutant à l'eau une certaine

quantité d'un produit chimique doté de propriétés germicides. Les
produits chimiques les plus utilisés sont : le chlore, le dioxyde de chlore,
l'ozone, le brome, l'iode et le permanganate de potassium.

• On peut également désinfecter l'eau grâce à des moyens physiques :

ébullition, ultrasons, ultraviolets ou rayons gamma.
Différents modes de désinfection : Il existe diverses méthodes de
désinfection : les plus répandues sont la chloration, l'ozonation, et la
stérilisation aux rayons ultra-violets.

a) La stérilisation par le chlore ou chloration : Est le procédé le plus

utilisé. On injecte dans l'eau, de l'eau de javel ou du chlore gazeux
suivant un dosage précis. Le bioxyde de chlore est parfois utilisé à la
place du chlore. Il permet d'obtenir une eau de meilleure qualité
gustative.
b) La stérilisation par l'ozone ou ozonation : est un procédé plus coûteux.
• Des bulles d'air ozonées (20g d'ozone par m3 d'air) sont mises au contact
de l'eau dans laquelle l'ozone se dissout.

• Une dissolution de 1 à 4mg de ce gaz dans un litre d'eau garantit la

destruction de tous les éléments pathogènes.

• Il ne donne aucune saveur particulière à l'eau et supprime les couleurs.

c) La stérilisation par rayonnements ultra-violets : est un procédé peu
coûteux, du fait de sa faible persistance.

• Il est utilisé par les communes ayant un réseau peu étendu. Il consiste à
soumettre l'eau a un rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde
précise.

• UV capable de détruire les bactéries et les virus.

Fig.: Module UV de désinfection de l'eau
L'adsorption et l‘échange d'ions

1 L'adsorption : L'adsorption est un phénomène physique de fixation de

molécules sur la surface d'un solide.

• Ce phénomène est utilisé pour "récupérer" des molécules indésirables de

fluide (liquides ou gazeuses) dispersées dans un solvant.

• Le principal adsorbant utilisé en pratique est le charbon actif. Le charbon

actif peut être obtenu soit sous forme de poudre (on obtient des pores de
quelques µm de dimension), soit sous forme de grain.

• Pour le traitement de l'eau, on utilise en général du charbon actif en

grains. L'adsorption sur charbon actif est destinée à traiter des matières
organiques et utilisée avec succès dans le traitement des goûts et odeurs.
2 Echange d'ions : Les résines échangeuses d'ions captent les ions présents
dans l'eau brute (ex : radium, baryum, cuivre, calcium, zinc, fer, magnésium,
potassium, manganèse) pour les remplacer par du sodium.

On fait le procédé d‘échange d'ions pour adoucissement de l'eau.

Fig.: Principe de procédé d‘échange d'ion
La décarbonatation
o Lorsque le TH de l'eau est élevé, on peut adoucir l'eau par
décarbonatation à la chaux.

o Ce procédé est basé sur l'addition de la chaux (Cao) à l'eau pour réduire
la concentration de Mg2+ et Ca2+.
La défluoruration
o La présence de fluorure dans l'eau potable en trop grande quantité peut
avoir des effets nocifs sur le développement des os (maladie de fluorose
dentaire et osseuse).

o C'est pourquoi la recommandation concernant ce produit se situe à 1,5

ppm. Lorsque l'eau brute contient beaucoup de fluorure, on doit chercher
à l'éliminer:
a) Par adsorption sur alumine activée : Pour ce type d'application,
l'alumine activée est un produit granulaire de 0,3mm utilisé en filtration.
La vitesse de filtration sera fonction de la concentration de fluor à
éliminer, à raison de 6 à 20 m/h pour des concentrations de 15 à 5mg/L,
respectivement.

b) Par précipitation à la chaux : Par l'addition d'une dose importante de

chaux, il est possible de réduire la teneur en fluorure de l'eau brute et
l'ajout d'un coagulant peut s‘avérer nécessaire pour clarifier l'eau
traitée.
FIN PARTIE 1