Evaluation de la pollution de l’eau Mme Schellens Labo pollution Evaluation de la pollution de l’eau Mme Schellens

Paramètres physiques

Turbidité Réduction de la transparence d’un liquide dûe à la présence de matières non dissoutes En relation avec la mesure de la matière en suspension(MES)

Mesure de la turbidité : a. Néphélométrie L'unité de mesure est l'UTN (Unité de Turbidité Néphélométrique) NTU < 5 → eau claire 5 < NTU < 30 → eau légèrement trouble NTU > 50 → eau trouble

b. Disque de Seechi Le disque est fixé au bout d'une corde et lesté, qu'on laisse descendre jusqu'à disparition, puis on note la longueur de la corde. On remonte ensuite la corde jusqu'à réapparition puis on note la longueur de la corde. La profondeur du disque de Secchi est le point médian entre ces deux mesures. Cet exercice est répété plusieurs fois de suite. On retient la moyenne des mesures. Cette mesure est liée à la turbidité.

2. Couleur Liée au déversement de composés chimiques solubles présentant une coloration marquée Effluents de teinturerie, jus de décharges riche en acides humiques de couleur brune, effluents d’abattoirs (hémoglobines)… Technique : filtration + mesure par colorimétrie : intensité de couleur comparée à des solutions de références Un dosage colorimétrique est un type de dosage possible lorsqu'une réaction chimique donne des produits colorés et si l'intensité de la coloration est proportionnelle à la concentration de l'élément à doser. Les dosages colorimétriques s'appuient sur la loi de Beer-Lambert.

3. Tension superficielle Associée à tes produits tensio-actifs = détergents anioniques et cationiques La molécule du détergent est amphiphile, c'est-à-dire dotée d'une tête polaire, hydrophile (ou lipophobe), avec un radical OH, attirant l'eau, et d'une longue chaîne hydrocarbonée, apolaire, hydrophobe (ou lipophile), attirant les lipides (huiles et graisses). L'extrémité hydrophile est miscible à l'eau tandis que l'extrémité lipophile de la molécule est miscible au solvant apolaire. Les molécules du détergent peuvent donc s'insérer à l'interface eau-lipide et détacher les graisses d'une surface. Les groupements polaires peuvent être chargés positivement, négativement ou neutres. On distingue : les détergents anioniques (alkylsulfates, alkylsulfonates, alkylarylsulfates) — principalement utilisés dans les lessives et produits de nettoyage ; (exemple: alkylbenzènesulfonate de sodium: C18H29SO3Na) les détergents cationiques (chlorhydrates d'amine, ammoniums quaternaires) — principalement utilisés dans les milieux industriels et hospitaliers, en raison de leur propriété désinfectante ; les détergents ampholytes, s'ionisant négativement (anions) ou positivement (cations), selon les conditions du milieu ; les détergents non-ioniques (hydroxyles) — utilisés dans l'industrie textile, la métallurgie et en cosmétologie (hygiène corporelle et beauté) en raison d'une moindre agressivité et d'un faible pouvoir moussant.

Adjuvants : polyphosphates > hypereutrophisation Origine : effluents urbains (savons), savonnerie, formulation pesticides.. Nuisances : Mousses Ralentissement de la dissolution des gaz dans l’eau (oxygène Nuisent à la décantation et flottaison en station épuration Adjuvants : polyphosphates > hypereutrophisation

Mesure : Spectrophotométrie d’absorption moléculaire Quantité de lumière absorbée est proportionnelle à la concentration du composé recherché Silice, nitrates, nitrites, fer, phosphore, ammonium…

Spectrophotométrie UV et IR quantifier MO, carbone organique total, hydrocarbures totaux Spectrophotométrie d’absrprtion atomique = atomisation à la flamme > plasma d’atomes libres > émissions d’une radiation incidente > mesure > métaux

4. Température Solubilité des gaz > vie aquatique Eaux refroidissement (centrales nucléaires etc…) Niveau des stations d’épuration : Influence cinétique des réactions Influence oxygène dissous Influence vie microbienne

5. Matières en suspension MES désigne l'ensemble des matières solides insolubles visibles à l'œil nu présentes dans un liquide. Plus une eau en contient, plus elle est dite turbide Les MES dans une eau sont d’origine naturelle, en liaison avec les précipitations, produites par les rejets urbains et industriels. Mesure : Filtration sur membrane Séchage à 105°C Gravimétrie ; mg/l

6. Matières volatiles en suspension MVS Fraction organique des MES Mesures : MES calcination à 525°C pendant 2 heures Gravimétrie La perte au freu = fraction organique

7. Matières minérales (MM) et matières sèches totales (MST) MM : résidus des MES après calcination à 525°C MST : MES + matières solubles : évaporation directe sans filtration

8. Matières décantables Fraction de matières en suspension qui sédimentent pendant un temps donné Mesure : cône d’Imhoff Cône gradué ml/l Capacité 1 litre Utile en SE Intérêt décantation

Composition moyenne des effluents domestiques Forme Matières minérales en g/j/hab Matières organiques en g/j/hab Total MES décantables 20 40 60 MES non décantables 10 30 M dissoutes 50 100 TOTAUX 80 110 190

Paramètres chimiques

1. Les demandes en oxygène Eaux résiduaires contiennent des matières consommatrices d’oxygène O2 présent : Oxydation chimique des composés : DCO Métabolisation par bactéries aérobies : DBO O2 absent : Métabolisation par bactéries anaérobies > nuisances odeurs

Niveau O2 dissous dans un milieu récepteur par rapport Consommation d’oxygène des rejets >> connaître DBO5 et DCO

a) DBO 5 Assimilation des MO et synthèse bactérienne > consommation d’O2 sur 5 jours Exprimé en milligramme d’oxygène nécessaire pendant cinq jours pour dégrader la matière organique contenue dans un litre d’eau. Mesure par dilution Eaux résiduaires trop concentrées > consommation trop rapide Dilution 10x ou 100x avec une eau pure saturée en oxygène La DBO est mesurée au bout de 5 jours (=DBO5), à 20 °C (température favorable à l’activité des micro-organismes consommateurs d’O2) et à l’obscurité (afin d’éviter toute photosynthèse parasite). Deux échantillons sont nécessaires : le premier sert à la mesure de la concentration initiale en O2, le second à la mesure de la concentration résiduelle en O2 au bout de 5 jours. La DBO5 est la différence entre ces 2 concentrations. Les mesures seront effectuées sur un même volume et le second échantillon sera conservé 5 jours à l’obscurité et à 20 °C. Afin de mesurer la totalité de la demande, l’O2 ne doit pas devenir un facteur limitant de l’activité microbienne. En effet, une eau abandonnée à elle-même dans un flacon fermé consommera rapidement le dioxygène dissous : il faut donc s’assurer au préalable que ce dioxygène suffira largement à la consommation des micro-organismes. On utilise pour cela la méthode des dilutions, ou l’échantillon à doser est dilué dans une quantité d’eau telle qu’à l’issue de la mesure le taux d’O2 résiduel reste supérieur à 50 % du taux initial. Une quantité réduite du mélange micro-organismes + substrat est ainsi mise en présence du dioxygène d’un important volume d’eau dépourvu de demande propre* (*L'eau pure ne consomme effectivement pas d'oxygène)

Préparation de l’eau de dilution : mettre la veille du prélèvement, dans un récipient de 10 L, de l’eau du robinet dans laquelle on plonge pendant 24 h un aérateur pour la saturer en dioxygène. Laisser reposer 12 h. Choix du facteur de dilution : Le facteur de dilution F dépendra de la charge de l’eau analysée Préparation des flacons de mesure : verser dans le flacon un peu d’eau de dilution puis la quantité prévue d’échantillon puis remplir le reste du flacon avec l’eau de dilution. Fermer le flacon sans y laisser d’air. Faire ainsi deux flacons identiques. Mesure au temps 0 : doser l’O2 dissous dans un flacon d’échantillon dilué (T0 en mg/L). Incubation : placer les deux flacons restants à l’étuve 20 °C et à l’obscurité pendant cinq jours. Mesure au temps 5 jours : doser l’O2dissous dans le flacon d’échantillon dilué restant (T5 en mg/L). Résultats : DBO = F (T0-T5)-(F-1)(D0-D5)

b) DCO Quantité d’oxygène consommé par les MO par oxydation dans des conditions bien précises > estimation des Matières oxydables d’origine organique (amidon, glucose…) et minérales ( Fe2+, NO2-…) Mesure : méthode normalisée au K2Cr2O7 en milieu sulfurique à chaud

Comme oxydant, on utilise en l'occurrence du dichromate de potassium dans un milieu acide. A l'aide d'un réfrigérant, on chauffe le mélange pendant 2 heures à reflux (148°C). Ensuite, on détermine par titrage avec des ions Fe2+ la quantité restante de dichromate de potassium (titrage en retour). On calcule la quantité consommée de dichromate de potassium en mg de O2/l. Par le fait qu'avec ce procédé on parvient à oxyder un plus grand nombre de substances qu'avec des bactéries, la DCO est toujours plus élevée que la DBO.

EXERCICE

Les bactéries qui transforment les matières organiques le font en consommant de l'oxygène. Plus les pollutions organiques sont importantes et plus les bactéries se développent. Il est donc possible en mesurant le taux d'O2 disparu dans le milieu (donc consommé par les bactéries) d'estimer la charge en matière organique polluante. Un échantillon d'eau est prélevé dans un flacon hermétiquement bouché, et maintenu à l'obscurité, à 20°c pendant 5 jours. On veillera à ne laisser aucune bulle d'air. Une mesure de la teneur en O2 est effectuée au moment du prélèvement à l'aide d'une sonde à oxygène reliée à un dispositif EXAO. Une seconde mesure est effectuée 5 jours plus tard. La différence permet de calculer la Demande Biochimique en Oxygène durant les 5 jours, soit la DBO5. NOTA BENE : Une autre méthode plus rapide, permet d'estimer la quantité de matière organique oxydée dans l'eau par une substance chimique puissante (le bichromate de potassium). Cette substance chimique cède de l'oxygène au cours de la réaction, on peut ainsi mesurer la demande chimique en Oxygène : la DCO. Celle-ci est d'autant plus importante, que la pollution organique est grande.

Question 1 Justifiez le protocole expérimental 2 A partir des informations saisies, expliquez la relation entre la valeur de la DBO5 et le degré de pollution

2. Les nutriments : N et P AZOTE et PHOSPHORE Constituants essentiels de la matière vivantes > présence indispensable pour traitement biologique Responsables de l’eutrophisation > contrôler leur rejet Développement normal bactéries rapport DBO5/N/P = 100/5/1

a) L’azote 3 formes : Dosage : Moléculaires N2 = azote dissous > dosage pas utile Réduite = Azote organique et NH4+ Oxydée = NO2- et NO3- Dosage : colorimétrie, spectrophotométrie pour NH4+, NO2- et NO3- Méthode kjeldahl pour N organique et ammoniacal Connaissances des concentrations en matières azotées des effluents rejetés par les SE > bon guide pour apprécier la bonne marche des installations Rejets : Etre humain : 13 g azote total/j Porc : 35 g azote total/j NO3- azote nitrique NO2- azot nitreux Azoteammoniacal NH4+ et NH3azote kjeldhal azote organique + NH4+ Azote total : az kjeldhal + NO3- + NO2- N2 orga et ammonical > DBO élevée et DCO élevée

b) Le phosphate 3 formes : Phosphates total : somme des 3 formes Orthophosphates = lessive Polyphosphates : lessive Organophosphates = organiques ou industriels Phosphates total : somme des 3 formes Action microorganismes : polyP et organoP hydrolysés en orthoP Mesures chromatographie en phase gazeuse (PG) ou phase liquide haute pression (HPLC)

Séparation des molécules selon gradient de température

Temps de rétention Position du pic en fonction du temps : identification Hauteur du pic : quantification

Paramètres biologiques

Germes banaux commensaux Effluents domestiques Effluents hospitaliers Effluents d’élevage Effluents industries agro-alimentaires = matières fécales + déchets organiques Germes banaux commensaux + germes pathogènes Qu'est-ce que sont des bactéries commensales ? Les bactéries commensales sont des bactéries qui vivent des déchets qui se trouvent à l'extérieur de nos tissus (comme la peau et les muqueuses de la bouche, de la gorge et du reste du système digestif). Ils sont parfaitement adaptés pour survivre dans ces endroits bien spécifiques. L'avantage de ces commensales est que, d'une part, ils stimulent de façon continue notre système de défense et nous permet de construire notre immunité, et que, d'autre part, ils occupent les places disponibles au niveau de nos muqueuses accessibles, (nez, bouche, pharynx, intestin, cavité vaginale, etc…), ce qui empêche que des intrus non désirables viennent s'y fixer. Notre système immunitaire empêche que les commensales ne pénètrent dans les tissus ou ils pourraient causer des infections. En fait, ce sont des pathogènes facilement domptables. Parmi les diverses sortes de commensales il existe une dizaine de variantes qui sont continuellement échangés entre des personnes saines et contre lesquelles nous devons fabriquer à chaque fois des anticorps spécifiques pour les garder à distance. Lors d'une infection avec une nouvelle variante il existe un petit risque que les microbes peuvent pénétrer avant que l'hôte ait pu construire une défense efficace, c'est la maladie infectieuse. Que sont les pathogènes? Les pathogènes sont des micro-organismes qui peuvent causer des dommages ou des troubles après contamination auprès de l'hôte. Ils sont transmis principalement par contact direct ou indirect avec des malades, des convalescents ou des personnes guéries mais porteurs de germes. La nocivité des pathogènes se nomme également virulence. Les facteurs de virulence qui peuvent engendrer des dégâts peuvent être des toxines qui travaillent à distance, des facteurs qui détruisent localement des cellules ou des tissus, ou simplement, l'aptitude pour le micro-organisme à pénétrer rapidement dans les tissus (invasivité) et d'échapper temporairement aux mécanismes de défenses de l'hôte.

Classement des microorganismes pathogènes Bactéries pathogènes (surtout des entérobactéries) Salmonelles Shigelles Colobacilles Leptospires Mycobactéries … Virus : Entérovirus (affections respiratoires Rotavirus (diarhées) Virus hépatite A … Parasites : œufs de taenia et ascaris, kystes d’amibes Champignons : mycotoxines…

Contamination de l’eau La contamination par des matières fécales humaines ou animales représente la principale source de pathogènes dans l’eau potable. Fosses septiques et rejets d’eau usées mal traités Lessivage de fumiers animaux Eaux de ruissellement Animaux domestiques ou sauvage

Germes témoins de contamination fécale Coliformes fécaux : surtout E. coli Streptococques fécaux Clostridium sulfito-réducteurs Très abondants Mise en évidence facile et rapide Non pathogènes

Analyses germes