Constituants naturels de l’eau

Dans tout l’univers, il est une molécule que l’homme recherche avidement, car sa découverte dans l’atmosphère d’une planète lointaine libérerait aussitôt l’existence d’une vie. Sans elle, il n’y aura pas de vie sur terre. Cette molécule s’appelle « eau». Le développement humain durable repose entièrement sur la disponibilité de l’eau. A Madagascar, les besoins en eau ne cessent d’augmenter, en raison de nos multiples activités, allant de l’agriculture à l’industrie, en passant par une consommation domestique, également en hausse constante, en raison de la forte croissance démographique. Par conséquent, l’offre ne suit plus cette forte poussée de la demande et la disponibilité d’eau potable devient de plus en plus aiguë.

GENERALITES SUR L’EAU

L’eau est la substance minérale la plus répandue à la surface du globe. Elle constitue l’hydrosphère. Son volume est estimé à 1360 millions de kilomètres cubes. Elle est la constituante majeure de la matière vivante: les végétaux, les animaux et l’homme. L’eau se trouve partout et sous formes multiples: pluie, cours d’eau, mers, océans, lacs, nappes souterraines, vapeur, nuages, glaces [1]. L’eau est à l’origine de la vie sur Terre. Elle est le vecteur privilégié de la vie et de l’activité humaine. Elle est aussi une ressource précieuse que vitale. L’eau a, entre autres, depuis longtemps, façonné notre environnement et directement influencé le mode de vie des hommes.

Cycle de l’eau

Sous l’effet du soleil, l’eau s’évapore et monte dans l’atmosphère. Chaque jour, 1000 km2 de l’eau de l’océan s’évapore et monte dans l’atmosphère. Elle emmagasine de la chaleur. Sous l’action du froid rencontré en haute altitude, cette eau condense et forme le nuage, tombe sous forme de pluie. 15 % de cette pluie ruissellent et rejoignent les cours d’eau, les mers, ou les océans. 25 % s’infiltrent et alimentent les nappes et les rivières souterraines. Les 60 % restants s’évaporent à nouveau .

Propriétés de l’eau

Propriétés physiques
La structure de l’eau dépend de son état physique : gaz, liquide, et solide. L’état gazeux (vapeur) correspond exactement à la formule H2O et en particulier au modèle simple triangulaire avec un angle inter atomique de 105° dû à l’électro négativité de deux de ses pôles.

Pourtant l’eau est devenue tout un complexe à l’état condensé (liquide et solide), et c’est cette complication qui explique leurs propriétés anormales. A l’état solide, l’arrangement élémentaire consiste en une molécule d’eau centrale et quatre périphériques. L’ensemble a aussi la forme d’un tétraèdre. A l’état liquide, il y a association de plusieurs molécules par des liaisons hydrogènes. Chaque atome d’hydrogène d’une molécule d’eau est lié à l’atome d’oxygène de la molécule voisine : d’où la structure tétraédrique [3].

Propriétés Chimiques
L’énergie de formation de la molécule d’eau est de 242 K.J.mol-1soit 58Kcal.mol-1. Il s’ensuit que l’eau possède une grande stabilité. Cette stabilité, associée aux propriétés électriques et à la constitution moléculaire de l’eau, la rend particulièrement apte à la mise en solution de nombreux corps [3]. La première opération chimique réalisable avec l’eau est sa dissociation en protons H+ et en ions hydroxyles OH- . La répartition entre les deux se mesure avec le pH (potentiel hydrogène). L’échelle va de 0 à 14. Plus on se rapproche de 0, plus l’eau est acide. Pourtant, plus on se rapproche de 14, plus elle est basique. L’eau est neutre lorsque son pH est à 7.

L’eau joue un rôle très important dans toutes les réactions chimiques qui impliquent des matières chargées électriquement. Outre ses qualités chimiques propres, l’eau est un excellent véhicule, notamment pour les agents agressifs comme les acides ou le gaz carbonique. Le gaz carbonique, dans l’eau, se transforme en un acide faible qui, par la suite dissout, entre autres, le calcaire. Cependant, une élévation de température ou une aération de l’eau précipite le calcaire sous forme de tartre. De la même façon, l’eau des océans régule la teneur en gaz carbonique de l’atmosphère .

Constituants naturels de l’eau

L’eau est composée de gaz dissous essentiellement : de l’oxygène et du gaz carbonique mais elle contient aussi de l’azote et même du méthane. Ils n’ont pas la même solubilité dans l’eau. La solubilité diminue quand la température augmente [4]. L’eau contient également des substances minérales et organiques qui sont sous forme dissoute ou en suspension. Les substances minérales sont limitées à une centaine, pourtant les substances organiques sont innombrables et leur identification individuelle est très difficile.

Les matières minérales

L’eau contient beaucoup d’ions dissous dont les principaux sont le calcium (Ca++), le magnésium (Mg++), le sodium (Na+), le potassium (K+), les carbonates (CO3–), les bicarbonates (HCO3-), les sulfates (SO4–), les chlorures (Cl-) et les nitrates (NO3-). Ces matières minérales proviennent pour l’essentiel du lessivage des sols par les eaux de pluie.

Leur teneur dans l’eau dépend de la nature des roches du bassin hydrographique. Elle peut varier du milligramme par litre au gramme par litre pour les eaux les plus salées [5]. En moins grande concentration (du microgramme au milligramme par litre), l’eau contient aussi des éléments nutritifs, ou nutriments, qui sont l’azote (contenu dans l’ammoniac, les nitrites et les nitrates), le phosphore (contenu dans les phosphates) et la silice, mais aussi le fer et le manganèse .

Certains éléments ne sont présents dans l’eau qu’à l’état de trace (de 0,1 µg.L-1 à 100 µg.L-1), comme l’arsenic, le cuivre, le cadmium, le manganèse, le fer, le zinc, le cobalt, le plomb…. Ils proviennent des roches mais aussi parfois des activités industrielles et domestiques [4]. L’eau contient également des matières minérales en suspension (matériaux argileux, limons, etc.).

Les matières organiques

Les matières organiques peuvent être présentes sous forme dissoute comme le cas des carbohydrates, des acides humiques, des pigments, et des composés d’origine artificielle (les hydrocarbures, les solvants chlorés, ou les pesticides). Elles peuvent aussi être en suspension tels les déchets végétaux [4]. Elles proviennent pour l’essentiel de la dégradation de la matière organique présente dans le milieu ou dans les sols lessivés par les pluies (décomposition de débris des plantes et des animaux), mais aussi de composés issus de l’activité humaine. Leur concentration, infime dans les eaux profondes, peut atteindre quelques dizaines de milligrammes par litre dans les eaux de surface .

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Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre 1. GENERALITES SUR L’EAU
1.1. Cycle de l’eau
1.2. Propriétés de l’eau
1.2.1. Propriétés physiques
1.2.2. Propriétés Chimiques
1.3. Constituants naturels de l’eau
1.3.1. Les matières minérales
1.3.2. Les matières organiques
1.4. Pollution de l’eau
1.4.1. Pollution organique
1.4.2. Pollution inorganique
1.4.3. Pollution microbiologique
1.5. Normes de qualité de l’eau de consommation
1.5.1. Recommandation de l’OMS
1.5.2. Recommandation de l’UE
1.5.3. Recommandation de l’Etat malgache
1.6. Impact sanitaire en cas d’excès de quelques espèces chimiques
1.6.1. Espèce cationique
1.6.2. Espèce anionique
Chapitre 2. THEORIE DE LA CHROMATOGRAPHIE IONIQUE
2.1. Historique
2.2. Généralités de la Chromatographie
2.2.1. Chromatographie d’adsorption
2.2.2. Chromatographie de partage
2.2.3. Chromatographie d’exclusion par diffusion
2.2.4. Chromatographie par échange d’ions ou ionique
2.3. Principe de séparation
2.3.1. La phase mobile
2.3.2. La phase stationnaire
2.3.2.1. Les groupements fonctionnels
2.3.2.2. La structure de l’échangeur
2.3.3. Mécanisme de séparation
2.4. Grandeurs caractéristiques chromatographiques
2.4.1. Coefficient de partage
2.4.2. Grandeurs de rétention
2.4.3. Facteur de capacité
2.4.4. Sélectivité
2.4.5. Efficacité
2.4.6. Résolution
2.5. Mode de détection
2.5.1. Conductimètre
2.5.1.1. Mesure de la conductivité
2.5.1.2. Conductivités des solutions
2.5.2. Détection conductimètrique avec suppresseur
2.5.2.1. Principe de l’auto suppression anionique de mode recyclable
2.5.2.2. Principe de l’auto suppression Cationique de mode recyclable
Chapitre 3. INSTRUMENTATION
3.1. Description
3.1.1. Eluant
3.1.2. Pompe
3.1.3. Vanne d’injection
3.1.4. Pré-colonne
3.1.5. Colonne de séparation
3.1.6. Suppresseur (SRS)
3.1.7. Détecteur (DS4)
3.1.8. Terminal informatique
3.2. Spécification expérimentale
3.2.1. Electrique
3.2.2 Environnement
3.3. Interférences
CONCLUSION