Soutenance mémoire
L’eau constitue un nutriment essentiel pour l’homme car indispensable au bon fonctionnement de l’organisme humain. Cependant, aucune des eaux à la disposition de l’homme n’est absolument pure en l’état. Ces eaux renferment toutes, à des concentrations plus ou moins élevées, de multiples substances dissoutes ou en suspension qui peuvent être bénéfiques ou nuisibles au consommateur : calcium, potassium, magnésium, sodium, manganèse, strontium, baryum, sulfates, chlorures, etc. Les différentes concentrations de ces différents éléments, ou de ceux parmi eux, les plus importants pour la santé de l’homme, constituent les critères de potabilité d’abord, ensuite de qualité des eaux de boisson ou alors des critères de dégradation qui imposent un traitement de l’eau. Or, l’effet d’une substance dépend de sa dose. PARACELSE (1) disait au XVI ème siècle déjà : “ toutes les substances sont des poisons, sans exception. C’est la dose qui fait le poison ou le remède.” La plupart des eaux potables, sinon toutes, renferment des quantités de fluorures, pouvant être toxiques ou bénéfiques pour l’homme. Ainsi, l’eau de DIOURBEL et particulièrement celle de PATAR ayant une dose excessive (de 2 à 8 mg/L Fˉ) en fluorure et qui est à l’origine de certaines maladies à savoir la fluorose dentaire et osseuse confirme cette assertion. Il convient donc de défluorurer cette eau. Il existe plusieurs méthodes de défluoruration qui utilisent des procédés physiques, chimiques ou physico-chimiques. Il est important pour le choix de la méthode à utiliser de tenir compte des réalités du milieu (site où est réalisée la défluoruration) comme le contexte social et économique ainsi que le contexte technique ou technologique. Ainsi, dans les pays en développement comme le Sénégal, des facteurs importants à prendre en compte sont : la faisabilité en termes de technologie, de coût et d’échelle d’application (échelle domestique ou site de traitement centralisé). Pour des solutions efficaces et durables, ces éléments deviennent essentiels.
HISTORIQUE DU FLUOR
L’attaque de la cryolite par l’acide sulfurique dégage un produit gazeux dont SCHWANKARDT (2) (Nuremberg) se servit pour la gravure sur verre en 1760. SCHEELE (3), (Suède) le premier étudie ce produit gazeux : en 1771 il en prépare une solution aqueuse sans toutefois pouvoir l’isoler, l’acide fluorhydrique obtenu n’est pas pur : il contient de l’acide silicique. Il faut attendre 1783 pour que WENZEL (4) obtienne de l’acide fluorhydrique fumant et exempt de silice grâce à la préparation dans un appareil approprié. GAY –LUSSAC et THENARD (5) obtiennent à leur tour un acide en 1810 en chauffant la fluorine dans un récipient en plomb : mais il n’est pas réellement anhydre. Le produit chimique résultant de l’union de l’hydrogène avec un élément proche du chlore fut appelé « fluor » en 1813 par DAVY. (6) FREMY (7) pour la première fois en 1850, prépare un acide fluorhydrique véritablement privé d’eau. MOISSON (8) (France) Prix Nobel de chimie en 1906, isole enfin cet élément chimique, qui tend à se recombiner avec la plupart des matériaux usuels au moyen de la méthode électrolytique.
PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DU FLUOR
Le fluor
Le fluor et les fluorures sont déjà universellement présents dans les milieux ambiants. Ils prennent de plus en plus d’importance dans l’environnement du fait de leur utilisation croissante dans l’industrie. Le fluor, de symbole Fˉ et de poids atomique 19, est le premier élément d’une famille de corps chimique appelés halogènes, à côté du chlore, du brome et de l’iode. Cette position implique d’emblée une grande réactivité chimique et biologique. A la température ambiante, le fluor est un gaz de couleur vert- jaune pale, extrêmement toxique et le plus fortement électronégatif. Il est donc tout à fait exceptionnel de le trouver à l’état élémentaire dans la nature. Le fluor se combine directement, à température ordinaire ou à température plus élevée, à tous les éléments à l’exception de l’oxygène et de l’azote: il réagit donc énergétiquement sur la plupart des composés organiques.
Fluor et métaux : les ions fluorures ont une forte tendance à constituer des complexes avec les ions métalliques lourds en solution aqueuse (Aluminium, Fer, Manganèse, Zirconium, Thorium). La toxicité potentielle des fluorures minéraux découle principalement de cette formation de complexes et de la formation de fluorures insolubles.
Certains fluorures à point de fusion élevée, par exemple d’aluminium, ne sont jamais entièrement décomposés, même par l’acide sulfurique bouillant.
Fluor et métalloïdes : le fluor et le fluorure d’hydrogène réagissent sur les métalloïdes en donnant naissance à des composés covalents très volatils dont le point de fusion est bas.
Les dérivés du fluor
Elément assez répandu dans la nature sous forme de combinaisons diverses, le fluor est un élément constant des émanations du noyau terrestre, et qui, par la suite, s’est fixé sur un grand nombre de rochers et de minéraux. On le rencontre surtout à l’état de fluorosillicate et fluorures divers, principalement sous forme de fluorine CaF2, de cryolite Na3AlF6 et fluoro-apatite CaF2, 3Ca3 (PO4)2 qui représentent les principaux minéraux fluorés et sont des dérivés du fluor. (10) Ceux-ci sont très nombreux et se répartissent en dérivés inorganiques et organiques.
LES SOURCES D’APPORT EN FLUOR CHEZ L’HOMME
Les roches, le sol, l’eau, les plantes et les animaux renferment tous des fluorures, à des concentrations fort variées. Ce fait ne tient qu’à la très forte réactivité du fluor qui se combine avec la presque totalité des éléments pour former des fluorures minéraux ou organiques. Le fluor sous forme de fluorure, occupe la treizième place par ordre d’abondance parmi les principaux éléments de l’écorce terrestre. Il n’est donc pas surprenant de trouver d’importantes quantités de fluorures dans l’eau de mer, dans les sources d’eau potable, dans des gîtes minéraux (fluorine, cryolite et fluoro-apatite) et dans les poussières superficielles au voisinage de certains de ces gisements.
LE FLUOR DANS LES EAUX SOUTERRAINES DU SENEGAL
Une région géographique peut naturellement avoir du fluor dans ses eaux de boisson. De même, on peut aussi rajouter artificiellement du fluor dans les eaux de boisson d’une région qui en est dépourvue. Dans les deux cas, il y a pour chaque eau de boisson un seuil en fluor à ne pas dépasser, au risque d’être toxique pour la consommation humaine Les eaux souterraines comportant des teneurs en fluor supérieures aux normes admissibles alors qu’elles représentent les seuls moyens d’approvisionnement en eau potable. Les eaux de surfaces, qui généralement n’excèdent pas 0,3 mg/l de fluorures, sont polluées par d’autres sources, lorsque celles-ci se trouvent proches de rochers volcaniques contenant une concentration en fluorures extrêmement élevée (> 1,0 mg/l). La pollution par les poussières fluorures près des zones de gisements. Ajout par l’Homme (Pour les Etats Unis et le Canada) .
Origine du fluor
L’examen du cadre physique montre qu’il n’existe pas d’apport de phosphate dans le bassin par les activités humaines. L’utilisation d’engrais phosphatés est très limitée dans l’agriculture et il n y a pas de rejets de produits phosphatés par des usines. L’étude géologique indique des sources potentielles de fluor: il s’agit notamment des niveaux phosphatés de la base de l’Eocène inférieur et des minéralisations diffuses de phosphate dans ce même étage. Dans la nappe Quaternaire, on trouve du phosphate remanié susceptible d’apporter du fluor. Ce sont les eaux des puits captant l’Eocène qui sont les plus fortement fluorurées. Dans la nappe du Continental Terminal et du Quaternaire, les eaux sont généralement moins minéralisées en fluor. Des phénomènes particuliers tels que le recreusement des puits, les échanges entre aquifères superposés ou l’intensité de l’exploitation explique parfois les valeurs élevées en fluor.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : REVUE DE LA BIBLIOGRAPHIE
Chapitre I : Etude du fluor et de ses dérivés
I – Historique
II – Propriétés physico-chimiques du fluor
II .1- Le fluor
II .2- Les dérivés du fluor
III – Sources d’apport de fluor chez l’homme
IV – Le fluor dans les eaux souterraines du Sénégal
Chapitre II : Les technologies de défluoruration des eaux potables
I – Procédés d’abattement des fluorures
I .1- Les méthodes physiques de filtration sur membrane
I .2- Les méthodes impliquant l’usage d’un champ électrique
I .3- Les procédés de coagulation, floculation, et précipitation chimique
I .4- Les procédés d’adsorption
II – Adsorption sur des cendres d’os
Chapitre III : Réalisation du four et du filtre
I – Projet du four
II – Réalisation du four
III – Réalisation du filtre
III .1- Préparation du seau
III .2- Préparation de la cendre
III .3- Disposition de la cendre dans le filtre
DEUXIEME PARTIE : TRAVAUX PERSONNELS
Chapitre IV : Procédures expérimentales
I – Présentation de la zone d’étude de DIOURBEL
I.1- Localisation de la zone
I.2- Limites de la zone
I.3- Le climat
I.4- Caractéristiques démographiques, socioculturelles et économiques
I.5- Les ressources hydrogéologiques
I.6- Les points d’eau
II – Procédure de calcination
III – Procédure de filtration
Chapitre V: Analyse des résultats
I – Résultats globaux de la calcination
II – Résultats globaux de la filtration
II .1- Analyse des points d’eau de DIOURBEL (PATAR)
II .2- Analyse de l’eau filtrée
III .2.a- Paramètres organoleptiques
III .2.b-Paramètres physico-chimiques
III .2.c- Substances indésirables
III .2.d- Substances toxiques
III .2.e- Paramètres microbiologiques
Chapitre VI : Discussion et commentaires
Chapitre VII : Conclusions et recommandations
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
