CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DE L’EAU D’UNE RIVIERE

Résistivité et conductivité électriques

               Les solutions électrolytiques ont toutes les propriétés de conducteurs électriques et en particulier sont caractérisées par une conductivité. La détermination de cette dernière nécessite un appareil appelé le conductimètre. Cet appareil consiste à l’utilisation quantitative des lois qui régissent les caractéristiques électriques d’une solution étudiée.
Définition de la conductivité (4) La conductivité est la capacité de conduire un courant électrique à travers une solution contenant des ions dissouts. Dans une solution aqueuse, c’est la conductivité électrolytique due à un flux d’ions qui nous intéresse. La conductivité équivalente est l’inverse de la résistance d’une solution contenant un équivalent-gramme d’électrolyte dans un volume V connu d’une eau pure placée entre deux électrodes planes de surfaces indéterminées mais identiques, parallèles et de distance unitaire.
Conductibilité électrique d’une solution aqueuse (4) Le phénomène de passage du courant s’observe en plongeant dans la solution deux conducteurs métalliques inattaquables (électrodes) reliés aux deux pôles d’un générateur de courant continu. Lorsqu’on les soumet à une différence de potentielle U, il apparait un courant d’intensité i traduisant la circulation d’ions entre les deux électrodes. Dans le volume entre les deux électrodes les cations se déplacent dans le sens du courant i et les anions dans le sens contraire.
Expressions de la conductivité et la résistivité électrique. La loi d’Ohm se vérifie pour les électrolytes dissous entre les électrodes. La tension et le courant sont proportionnels, tant que restent constants. Toutefois, il faut éviter l’électrolyse des électrolytes en utilisant un courant alternatif. La résistance de la solution R se définie comme pour un métal cylindrique. (17) La résistivité est une constante qui ne dépend que de la nature de la composition et de la température de la solution. Physiquement, c’est la résistance d’une cellule de section et de longueur unitaire. En pratique, la caractéristique géométrique du système ne peut pas être exprimée par une relation aussi simple que le rapport l/s, mais il est toujours possible d’écrire R = ρ K ou K désigne la constante géométrique de la cellule qui est déterminé par étalonnage. L’inverse de ρ, notée X est appelée conductivité de l’électrolyte. Connaissant K, X est donnée par la relation X = K/R. Ainsi la conductivité mesure la facilité avec laquelle un courant électrique traverse la solution d’un cube unitaire. En pratique, on préfère utiliser la conductance G qui est l’inverse de la résistance R. On a alors X = KG. G est en Siemens noté S et X en S. m-1. G est en Siemens noté S et X en S. m-1. On peut dire que la résistivité permet d’avoir une estimation globale de la quantité des matières minérales pour une eau donnée.
Conductimètre Un conductimètre est un ohmmètre. Il sert à mesurer la conductance d’une portion de solution. Il est constitué d’une cellule conductimètrique et d’un appareil électronique. La cellule comporte essentiellement de deux plaques parallèles entre lesquelles est située la portion d’électrolyte de conductance G tandis que l’appareil électronique donne directement sa valeur. La mesure de la conductance est une masure de résistance qui se fait à l’aide du pont de Kohlrausch. (4) Pour atténuer au maximum l’électrolyse, on utilise un courant alternatif de fréquence suffisamment grande. Pour apprécier la capacité de la cellule, on a recours à un condensateur de capacité variable C pour obtenir l’équilibre qui est caractérisé par la nullité du courant indiqué par le détecteur. A l’équilibre R/r = b/a avec a, b et r sont des résistances connues.

La densité

Principe Il s’agit de peser la masse d’un certain volume d’eau brute afin de calculer sa masse volumique. Pour réaliser cette manipulation, on utilisera le pycnomètre. Un pycnomètre est un récipient en verre en forme de ballon à fond rond à petite dimension ; surplombé d’une gorge tubulaire jaugée.
Mesure Il s’agit de mesurer le rapport de masse entre le pycnomètre rempli d’échantillon et celle de celui-ci vide. Ce rapport donne directement la densité de l’échantillon.

La stérilisation : demande en chlore

                       La stérilisation est une étape très importante dans le traitement de l’eau car elle désinfecte l’eau des bactéries et des agents pathogènes (13). Divers produits peuvent être utilisés : le chlore et ses dérivés, l’ozone, le permanganate de potassium, l’iode et le brome. Bref, des agents oxydants forts (2). L’hypochlorite de calcium permet d’obtenir une eau filtrée limpide, exempte des bactéries. L’ozone a un effet bactéricide et virucide très rapide par rapport au chlore mais difficile à obtenir. Les rayons Ultra- Violets n’ont aucun effet nuisible mais à grande échelle ils ne donnent pas des résultats probants car une forte valeur de la turbidité de l’échantillon limite leur action. Alors on a utilisé l’hypochlorite de calcium à 1g/l.

CONCLUSION GENERALE

                       L’eau est un terme très connu dans la vie quotidienne. Sans elle, aucune vie n’est apparue. Ce qui la place en tête parmi nos ressources et notre richesse. Cependant, elle est si complexe car pour qu’une source d’eau soit buvable, elle devrait respecter les critères de consommation (norme de potabilité) comme le pH, les teneurs en alcalis, les matières organiques et surtout la forte probabilité de présence des agents pathogènes. La détermination de ces paramètres relève de la chimie. En effet, pour caractériser une eau, les théories de dosage volumétrique, d’oxydoréduction, de précipitation et le principe de la spectrophotométrie ont été appliquées pour le cas de la rivière d’Andromba ; qui est liée étroitement à la vie de la population de la commune rurale de Behenjy, notamment dans le village d’Amboasary. On a constaté aussi que les villageois se contentent de la source d’Antampihy en espérant que cette dernière soit beaucoup plus potable. Or d’après les analyses faites dans ce travail, les quatre échantillons ne devraient pas être buvables à moins qu’un traitement approprié et adéquat soit appliqué. Par contre selon l’essaie de traitement, on a pu dire qu’il est préférable de traiter E4 (source d’Antampihy) à cause de ses caractéristiques dont certains respectent les normes et d’autres présentent un faible excès et surtout l’absence des substances toxiques comme le nitrite. Sur le plan éducatif, comme la plupart des gens ne connaissent pas les dangers qu’une eau brute pourrait apporter et ou un manque de ressource, ils se contenteraient de ce qui existe, alors l’enseignement au lycée se place en premier lieu comme solution. En effet, la chimie pourrait apporter ces contributions. D’où l’intérêt pédagogique de ce présent travail. Il s’agit donc d’expliciter aux élèves que les phénomènes chimiques sont observables et applicables dans la vie quotidienne. Bref, l’enseignement apprentissage de la chimie est incontournable à la contribution sur l’amélioration de la vie quotidienne. Le cas de l’eau en est l’exemple. Enfin ce présent travail, pourrait être encore approfondi sur des divers angles comme la possibilité de présence des métaux assez lourds, un essaie de traitement plus poussé et les aménagements des infrastructures.

Table des matières

INTTRODUCTION GENERALE
Première partie: GENERALITES SUR L’EAU
I.L’EAU ET SON ORIGINE
I.1 Définition
I.2. Structure de l’eau
I.2.1- Etat gazeux
I.2.2 Etat liquide
I.2.3 Etat solide
I.3. Propriétés physiques et chimiques de la molécule d’eau
I.4. L’eau à l’état naturel
I.4.1.Cycle de l’eau
I.4.2. Diagramme d’équilibre entre les états physiques de l’eau
I.4.3. Origine et différents types d’eau
II- LES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DE L’EAU
II.1. La température
II.2. La densité
II.3. La turbidité
II.3.1. Définition
II.3.2. Turbidimètre et unité
II.3.3. Classification des eaux brutes
I.4. Résistivité et conductivité électriques
II.4.1. Définition de la conductivité
II.4.2. Conductibilité électrique d’une solution aqueuse
II.4.3.Expressions de la conductivité et la résistivité électrique
II.4.4. Conductimètre
II.5.Hydrodynamisme
II.5.1. Débit d’un fluide
II.5.2. Vitesse moyenne du fluide
III. LES CARACTERISTIQUES CHIMIQUES DE L’EAU
III.1.Potentiel en Hydrogène
III.2.Titre hydrométrique ou dureté totale en eau : TH
II.3. Alcalinité
III.3.1.Titre alcalimétrique: TA
III.3.2.Titre alcalimétrique complet: TAC
III.4. Oxydabilité en KMnO4
III.5.Teneur en Fer
III.6. Teneur en chlorure
III.7. Teneur en ions potassium et sodium
III.8. Substances toxiques
III.9. Les composés azotés: nitrites et nitrates
III.10. Les sulfates et phosphates
III.11. Oxygène dissous dans l’eau
III.12. Anhydride carbonique libre
III.13. Demande chimique en oxygène: DCO
IV. AUTRES PROPRIETES
IV.1.Propriétés organoleptiques
IV.1.1. Couleur
IV.1.2. Odeur
IV.1.3.Gout et saveur
IV.2. Propriétés bactériologiques
IV.2.1. Demande biochimique en oxygène pendant 5 jours
V. NORMES DE POTABILITE 
V.1. Norme des paramètres chimiques
V.2. Norme des paramètres physiques
V.3. Norme des paramètres organoleptiques
V.4. Rôles biologiques des certaines entités chimiques présentes dans l’eau
VI.4.1. Rôle du calcium
VI.4.2. Rôle du magnésium
V.4.3. Rôle de bicarbonate
V.4.4.Rôle du Sulfate
VI. LA RIVIERE D’ANDROMBA ET SON ENVIRONNEMENT
VI.1. Localisation de la rivière d’Andromba
VI.2- Climatologie de la zone d’étude
VI.3- Hydrogéologie de la zone d’étude
VI.3.1.Structure géologique de la région de Vakinakaratra
VI.3.2.Bassin versant
VI.3.3. Végétation
VI.4.Population locale et ses besoins en eau (village de Behenjy)
VI.4.1. Population
VI.4.2. Besoins en eau de la population de Behenjy
VI.4.3. Santé publique locale
VII.5. Echantillonnage
CONCLUSION DE LA PREMIERE PARTIE
Deuxième partie: METHODES D’ANALYSES ET EXPERIMENTATIOS
I.LES METHODES D’ANALYSE DES PARAMETRES PHYSIQUES
I.1. La température
I.1.1. Principe
I.1.2. Lecture de la valeur de la température
I.2. La densité
I.2.1. Principe
I.2.2. Mesure
I.3. Turbidité
I.3.1. Echantillonnage
I.3.2. Appareillage
I.3.3. Etalonnage
I.3.4. Principe
I.3.5. Mesure la turbidité
I.4. Conductivité et résistivité
I.5. Débit d’un écoulement d’eau
II. METHODES D’ANALYSE DES PARAMETRES CHIMIQUES
II. 1. Dosage acido-basique
II.1.1. Définitions
II.1.2. Indicateur coloré
II.1.3. Principe
II.2. Dosage d’oxydoréduction
II.2.1. Définitions
II.2.2. Potentiel Normal d’un couple redox
II.2.3. Caractéristiques du dosage par oxydoréduction
II.3. Dosage par la méthode hydrocure
I.3.1. Définition
I.3.2. Principe
II.3.3. Mesure
II.4. Dosage colorimétrique
II.4.1. Loi de Beer-Lambert
II.4.2. Conditions générales de réalisation de l’expérience
II.4.3. Courbe d’étalonnage.
IV. MESURES DES PARAMETRES PHYSIQUES
IV.1.1. Principe
IV.1.2. Résultats
IV.1.3. Interprétations des résultats
IV.2. Mesure de la turbidité de l’eau brute
VI.2.1. Principe
IV.2.2. Résultats
IV.2.3. Interprétations des résultats
IV.3. Mesure de la conductivité
IV.3.1. Principe
IV.3.2. Résultats
IV.3.3. Interprétations
IV.3.4. Conclusion
IV.4. Mesure du débit
V. MESURES DES PARAMETRES CHIMIQUES
V.1. Mesure du potentiel en Hydrogène
V.1.1. Principe
V.1.2. Résultats
V.1.3. Interprétations
V.2. Mesure de la dureté
V.2.1. Principe
V.2.2. Résultats
V.2.3. Interprétations
V.3. Mesure de l’oxydabilité en KMnO4
IV.3.1. But de la manipulation
IV.3.2. Principe
IV.3.3. Résultats
V.3.5. Interprétations des résultats
V.3.6. Conclusion
V.4. Détermination du titre alcalimétrique
V.4.1. Principe
V.4.2. Résultats
V.4.3. Interprétations
V.5. Détermination du titre alcalimétrique complet
V.5.1. Principe
V.5.2. Résultats
IV.5.3. Interprétations
V.6. Détermination de l’anhydride carbonique.
V.6.1. Principe et méthode
V.6.2. Résultats
V.6.3. Interprétations des résultats
V.7. Détermination de la teneur en chlorure
V.7.1. Principe
V.7.2. Résultats
V.8. Dosage du fer
V.8.1. Principe
V.8.2. Résultats
V.8.3. Interprétations
V.8.4. Conclusion
V.9. Dosage du potassium
V.9.1. Principe et méthode utilisée
V.9.2. Résultats
V.9.3. Interprétations
V.9.4. Conclusion
V.10. Détermination de la teneur en sodium
V.10.1. Principe et méthode utilisée
V.10.2. Résultats
V.10.3. Interprétations
V.10.4. Conclusion
V.11. Analyse des nitrites et nitrates
V.11.1. Analyse qualitative des nitrites
V.11.2. Détermination qualitative des nitrates
V.12. Détermination du taux des sulfates
V.12.1. Principe et méthode
V.12.2. Résultats
V.12.3. Interprétation
V.13. Détermination de la DCO
V.13.1. Principe et méthode
V.13.2. Réactifs
VI. ESSAIE DE TRAITEMENT
VI.1. Deferrisation
VI.1.1. Principe
VI.1.2. Résultats
VI.1.3. Interprétations
VI.1.4. Conclusion
VI.2. Clarification
VI.2.1. La coagulation-floculation
VI.2.2. La décantation des flocs
VI.2.3. La filtration
VI.3. La stérilisation : demande en chlore
VI.3.1. Principe et méthode
VI.3.2. Résultats
VI.3.3. Interprétations
VI.3.4. Principes actifs du chlore
VI.3.5. Conclusion
CONCLUSION DE LA DEUXIEME PARTIE
Troisième partie: INTERETS PEDAGOGIQUES
I.GENERALITES SUR LA PEDAGOGIE
I.1. Objectifs pédagogiques
I.1.1. Définitions
I.1.2. Opérationnalisation des objectifs
I.2. Niveaux taxonomiques selon BLOOM
I.3. Fiches pédagogiques
I.3.1. Définition
I.3.2. Caractéristique d’une fiche pédagogique
I.3.3. Intérêts d’une fiche pédagogique
II. PROPOSITION DES FICHES PEDAGOGIQUES POUR COURS ET TRAVAUX PRATIQUES
II. 1.Proposition de cours et fiche de travaux pratiques en classe de seconde
I.1.1. Analyse du programme
I.1.2. Fiche de préparation pour cours
I.1.3. Fiche de travaux pratiques
I.1.4. Analyse taxonomique des questionnaires
I.1.5. Recommandation
II.2. Proposition de cours et fiche de travaux pratiques en classe de première
II.2.1. Analyse du programme scolaire
II.2.2. Fiche de préparation pour cours
II.2.3. Fiche pédagogique pour travaux pratiques
II.2.5. Exemple de compte rendu
II.3. Proposition de cours et fiche de travaux pratiques pour terminale S
II.3.1. Analyse du programme
II.3.2. Proposition de cours théorique sur les acides et bases forts
II.3.3. Fiche de travaux pratiques
II.3.4. Analyse taxonomique des questionnaires
II.3.5. Exemple de compte rendu
CONCLUSION DE LA TROISIEME PARTIE
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
ANNEXES I: MODES OPERATOIRES DES MANIPULATIONS
ANNEXES II: DEBIT DE LA RIVIERE D’ANDROMBA, MOIS DE JANVIER 2002, 2004, 2006
COUPLES REDOX

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