Les polluants microbiologiques

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Propriétés chimiques

L’énergie de formation de la molécule d’eau est élevée, de l’ordre de 242kJ/mol. Il s’ensuit que l’eau possède une grande stabilité associée aux propriétés électriques et à la constitution moléculaire de l’eau, elle la rend particulièrement apte à la mise en solution de nombreux corps gazeux, liquides polaires, et surtout solide.
La solvatation (ou action hydratante de l’eau) est le résultat d’une destruction complète ou partielle des divers liens électrostatiques entre les atomes et les molécules du corps à dissoudre, pour les remplacer par de nouveaux liens avec les molécules d’eau, et produire ainsi des nouvelles structures : il se produit une véritable réaction chimique (une solvatation complète est une dissolution) (Dégremont, 1989).

Propriétés biologiques

Le développement des êtres vivants a besoin de conditions favorables. Principalement l’eau,  l’oxygène et le dioxyde de carbone contribuent à créer ces conditions. Il existe un cycle biologique, cycle au cours duquel s’effectue une série d’échanges, par exemple l’eau joue un rôle très important dans les êtres vivants. Elle entre dans une grande part de la constitution des êtres vivants.

Le cycle de l’eau

La terre recevant l’énergie solaire, l’hydrosphère chauffée s’évapore, conduisant à la présence d’eau dans l’atmosphère. Cette eau, suite à un refroidissement de l’air, se condense en gouttes ou cristaux de glace et se précipite sous forme de pluie, neige ou grêle sur la lithosphère. L’eau s’infiltre dans le sol, donne à boire aux plantes, remplit les lacs et les fleuves qui se déversent dans la mer et le cycle recommence à l’infini (ONEP, 1990).

Les ressources hydriques

Sur notre planète, les réserves d’eaux naturelles sont constituées des eaux souterraines, des eaux de surface retenues ou en écoulement et des eaux de mer.

Eaux souterraines

L’eau souterraine se trouve dans les formations consolidées et non consolidées, ces formations peuvent constituer un aquifère si elles sont suffisamment poreuses et perméables. Presque tous les aquifères du globe sont constitués de matériaux sédimentaires, ces matériaux incluent aussi les matériaux grossières non consolidés et les roches sédimentaires compacts, telles les calcaires et la dolomite.
Du point de vue hydrogéologique, les couches aquifères se divisent en :
– Nappes phréatiques ou alluviales : ce sont des nappes peu profondes et alimentées par les précipitations pluvieuses ou les écoulements d’eau en dessous.
– Nappes captives : ce sont des nappes plus profondes que les premiers et séparées de la surface par une couche imperméable, dont l’alimentation est assurée par l’infiltration sur leurs bordures (Cardot, 1999).
Les volumes d’eau souterraine dépendent des conditions climatiques et plus particulièrement de la pluviométrie. Le sens de circulation des eaux souterraines dépend des conditions de pente de formations géologiques qui les contiennent et des connexions possibles avec d’autres éléments de l’hydro-système (fleuve, lacs,…) qui peuvent apporter de l’eau aux nappes (ONEP, 1990).

Eaux de surfaces

L’eau de surface est facilement visible sur le milieu naturel. Ce type d’eau englobe toutes les eaux circulantes ou stockées à la surface des continents (rivières, lacs, barrages,…).
Leurs compositions sont très variées suivant plusieurs critères. Par exemple, la composition chimique des eaux de surface dépend de la nature des terrains traversés durant leurs parcours. Les eaux de surface sont favorables à la vie microbienne, donc les microbes peuvent se développer rapidement à cause des déchets rejetés dans un milieu et de contact de leur surface avec le milieu extérieur. C’est ainsi que ces eaux sont rarement potables sans aucun traitement (Dégremont, 1989).

Eaux de mer

Sur notre planète, les 97,2% d’eau existante actuellement sont salées. Donc les mers et les océans constituent des énormes réservoirs d’eau. Les eaux de mers sont appelées aussi « eaux saumâtres » à cause de leur grande concentration en sel, ce qui entraine une difficulté sur l’utilisation car le coût de traitement, pour les rendre potable, est très élevé.

POLLUTION DES EAUX SOUTERRAINES

La pollution des eaux peut être définie comme une dégradation des éléments accumulés dans ces eaux. Ces éléments indésirables proviennent des excréments chimiques, des rejets provenant d’industries diverses, du lessivage des terrains traversés.
Le problème de la pollution des eaux représente des influences sur leur qualité et cette pollution provoque des effets sur les consommateurs et sur l’environnement.

Influence de la qualité de l’eau

Les eaux souterraines représentent une ressource précieuse mais fragile par de nombreux risques de pollution ou de modification des niveaux. La vulnérabilité des aquifères varie en fonction du type de pollution et de la nature du sol au-dessus de l’aquifère quand il existe. Elle s’analyse en deux composantes :
La vulnérabilité intrinsèque correspond aux caractéristiques du milieu naturel qui détermine la sensibilité des eaux souterraines à la pollution. Elle peut être définie selon les critères de surface, les critères propres à la zone non-saturée et zone saturé.
La vulnérabilité spécifique «définit la vulnérabilité à un polluant ou à un groupe de polluants» et prend en compte les spécificités des polluants en relation avec la vulnérabilité intrinsèque (Andrianjafimanana, 2015).

Les polluants

Les polluants physiques

Les polluants physiques représentent les éléments solides dans l’eau. Ils se subdivisent en plusieurs catégories selon leur nature et leur dimension. Ces sont les éléments grossiers, les sables, les limons, l’argile, les MES.

Les polluants chimiques

L’eau étant un très bon solvant permettra la mise en solution de nombreux composés avec lesquels elle sera en contact. Cette réaction provoque la pollution de l’eau mais dépend de quelques paramètres dont les plus représentatives sont :
Température : l’eau doit être évacuée vers le milieu naturel à une température inférieur à 30°C car une eau chaude constitue une pollution, par exemple l’eau de chaudière.
pH : le pH d’une eau est dû à la concentration de cette eau en ion et en ion , alors qu’une eau est dite équilibrée si leur pH est égal à 7.
Les sels : l’eau est polluée s’il contient des sels en grande quantité, tels que les chlorures, les nitrates, les phosphates et les sulfates :
 Les nitrates : Les nitrates sont des sels très solubles qui sont facilement entraînés en profondeur par les eaux d’infiltration. Ils sont présents naturellement dans les eaux. Leur origine est principalement agricole, les apports excessifs ou mal maîtrisés d’engrais azotés provoquent une augmentation de Nitrate dans les ressources.
Les nitrates se transforment en nitrite dans l’estomac. Ces nitrites peuvent provoquer la transformation de l’hémoglobine du sang en méthémoglobine, impropre à fixer l’oxygène. Ce phénomène est à l’origine de cyanoses, notamment chez les nourrissons (Raymond, 1988).
 Les chlores : les taux élevés modifient les saveurs de l’eau. En plus, à la présence des impuretés dans l’eau à traiter, le chlore réagit avec elles en conduisant à la formation des sous-produits chloré (SPC) (Beaudry, 1984 ; Rodier, 1996).
 Les sulfates : les chlorures et les sulfates participent au métabolisme des bactéries contenues dans l’eau, les ASR transforment les sulfates en sulfures avec dégagement de gaz sulfureux.

Les substances toxiques

La plupart des substances toxiques consommées ou répandues dans le milieu naturel provient des aliments et de l’eau. Elles sont un danger pour l’humanité et l’environnement tels que : les métaux lourds, l’HAPs et le pesticide.
Les métaux lourds : le terme « métaux lourds » est définie comme les éléments métalliques ou métalloïdes, utilisé pour un ensemble d’éléments ayant une densité supérieure à 5 kg/ (Rabarijaonaharison, 2015). Les métaux lourds, qui parviennent dans les eaux, font partie des polluants de celle-ci, ils existent sous formes dissoutes et en suspension ainsi que sous une forme difficilement soluble dans les sédiments. Ils sont toxiques, après absorption des métaux lourds, plusieurs symptômes de maladies apparaissent tels que :
 Effets sur le système nerveux (plomb, mercure) .
 Lésions rénales (cadmium) .
 Perturbation de l’hématose (plomb) .
 Effets sur le métabolisme (divers métaux) .
 Cancer (arsenic, nickel, plomb, cadmium) .
L’HAPs : la population est généralement exposée à un mélange d’Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAPs) par voie orale, pulmonaire et cutanée. Certains HAPs pouvaient induire spécifiquement de nombreux effets sur la santé, des effets systémiques (effets hépatiques, hématologiques, immunologiques et développement d’athérosclérose), et/ou des effets sur la reproduction ainsi que des effets génotoxiques et cancérigènes.
Les pesticides : ce sont des composés organochlorés agissant comme insecticide (DDT, lindane, aldrine, dieldrine, heptachlore…) ou herbicides (dérivés chlorés de phénoxyacides), des substances minérales (soufre, sulfate de cuivre, arséniates de plomb et de calcium) et des produits sanitaires (Andrianjafimanana, 2015).

Les polluants microbiologiques

Des microorganismes peuvent être trouvés dans des rivières, lacs et eau souterraine.
Mais ce ne sont pas tous les microorganismes qui peuvent être nuisibles pour notre santé, il y en a certains qui peuvent causer des maladies graves. Ils sont appelés comme pathogènes (virus, bactéries, parasites).

Les différents types de pollution

Pollution domestique

Les eaux usées urbaines sont constituées de matière organique biodégradable mais de grandes consommatrices d’oxygène, de germes pathogènes et de produits chimiques (Dégremont, 1989). Ces eaux usées non traitées se déversent dans le milieu naturel donc elles entraineront la contamination des eaux de surface et s’infiltreront dans l’aquifère ainsi l’eau souterraine deviendra polluée.

Pollution agricole

Elle utilise des engrais chimiques azotés et phosphorés, des produits phytosanitaires destinés à protéger les cultures, ces produits parfois toxiques lorsqu’ils sont utilisés en excès vont contaminer en période de pluie les eaux de surface et les eaux souterraines (Andrianjafimanana, 2015).

Pollution industrielle

Les activités industrielles rejettent un bon nombre de substances qui vont polluer les rivières et les nappes, parfois d’une manière intensive dont on ignore les effets à long terme. Les rejets industriels renferment des produits divers sous forme insoluble ou soluble d’origine minérale et/ou organique, à caractère plus ou moins biodégradable et parfois toxique même à très faible concentration (MES, matières organiques, colorant eau, germes pathogènes) (Andrianjafimanana, 2015).

Pollution par les eaux pluviales

Il ne faut pas oublier par ailleurs la pollution générée par les eaux pluviales. L’eau de pluie se charge d’impuretés au contact de l’air pollué à cause des fumées industrielles et les fumées venant des automobiles. Alors l’eau de pluie devient polluée et elle va contaminer les eaux de surface et les eaux souterraines (Rejseck, 2002).

Pollution d’origine naturelle

Certaines substances naturellement présentes dans l’environnement entraînent parfois des problèmes de contamination de l’eau potable.
Des composés inorganiques comme le baryum, l’arsenic, les fluorures, le sodium, les chlorures, le mercure, le cadmium et les cyanures peuvent contaminer l’eau potable. L’eau souterraine est particulièrement vulnérable lorsqu’il y a présence de métaux dans les formations géologiques environnantes (Ouedraogo, 2005).

La qualité des eaux souterraines

La qualité de l’eau souterraine dépend de la nature géologique du terrain (infiltration, composition,…) et le système de traitement utilisé (produit chimique utilisé, les matériaux de distribution,…). Elle peut contenir de nombreuses substances dissoutes ou non dissoutes ainsi que de nombreux microorganismes. Les paramètres qui permettent de contrôler la qualité de l’eau sont les paramètres organoleptiques, physico-chimiques, les substances toxiques et les paramètres bactériologiques.

Les paramètres organoleptiques

Couleur : Elle peut également être due à la présence de certaines substances minérales ou organiques dissoutes ou non dans celui-ci.
Odeur : elle est définie par des sensations des organes olfactifs. Elle provient soit de produit chimique, soit des matières organiques existant dans l’eau.
Goût : c’est un ensemble des sensations gustatives, olfactifs. Elle provient de la composition de l’eau (produit chimique, matières organiques,…).
Turbidité : La turbidité mesure l’aspect trouble de l’eau. Elle exprime l’atténuation d’un faisceau de lumière blanche au contact de particules colloïdales. L’eau turbide explique la présence des matières en suspensions (MES) comme les argiles, les limons et les microorganismes. Elle est également considérée comme un indicateur du risque microbiologique, car certains microorganismes tels que les virus peuvent y être associés (Levallois, 1997).

Les paramètres physico-chimiques

Température : c’est important de connaître la température de l’eau avec une bonne précision. Elle permet corriger les autres paramètres liés à elle, telle que le pH, conductivité, la cinétique chimique (Kemmer, 1984).
La température élevée peut accélérer la croissance des microorganismes, l’algue, entraînant des odeurs et des goûts désagréables ainsi qu’une augmentation de la turbidité et de la couleur. En outre, cette mesure est très utile pour les études limnologiques (Beaudry, 1984 ; Rodier, 1996).
pH : le paramètre conditionne un grand nombre d’équilibre physico-chimique, et dépend de facteurs multiples, dont la température et l’origine de l’eau, il représente une indication importante en ce qui concerne l’agressivité de l’eau (aptitude à dissoudre le calcaire).
Conductivité électrique : la conductivité représente l’un des moyens de valider les analyses physico-chimiques de l’eau, en effet des contrastes de conductivité mesurés sur un milieu permettant de mettre en évidence des pollutions, des zones de mélange ou d’infiltration…La conductivité est également fonction de la température de l’eau, elle est plus importante lorsque la température augmente. Elle sert aussi d’apprécier la quantité de sels dissous dans l’eau (Rejseck, 2002 ; Andrianjafimanana, 2015).
Dureté : elle est directement liée à la nature des terrains traversés. Ils proviennent des roches calcaires ou dolomitiques. Dans une eau naturelle, on peut distinguer différents types de dureté:
– dureté totale : somme des concentrations en calcium et magnésium .
– dureté calcique : concentration globale en calcium .
– dureté magnésienne : concentration globale en magnésium.
Alcalinité : le Titre Alcalimétrie Total (TAC), qui correspond à la neutralisation de la totalité des espèces carboniques dissociés et s’obtient en poursuivant la neutralisation.
On considère que cette réaction est terminée lorsque le pH du milieu atteint 4,3. La quantité totale de protons nécessaires à la réalisation de cette réaction dans un litre d’eau est appelée le titre alcalimétrie complet (Levallois, 1997).
Les éléments indésirables : ce sont les dérivés azotés comme le nitrate, nitrite et l’ammonium. Le chlore: il provient soit par le traitement utilisé, soit par le milieu naturel. Le chlore est un danger pour la santé humaine et pour la pollution environnemental. Dans le cas de la production des eaux potables, par la réaction avec la matière organique et les bromures contenues dans l’eau brute, le chlore conduit à la formation de sous-produits (SPC) provoquant des effets cancérigènes dont les principaux sont les trihalométhanes (THM) chlorés et bromés (essentiellement le chloroforme, le bromoforme, le dichlorobromométhane) ainsi que des halogénoacétates, les haloaldéhydes (Rodier, 1996).

Table des matières

I. GENERALITE SUR L’EAU
I-1. Propriétés de l’eau
I-1-1. Propriétés physiques
I-1-2. Propriétés chimiques
I-1-3. Propriétés biologiques
I-2. Le cycle de l’eau
I-3. Les ressources hydriques
I-3-1. Eaux souterraines
I-3-2. Eaux de surfaces
I-3-3. Eaux de mer
II. POLLUTION DES EAUX SOUTERRAINES
II-1. Influence de la qualité de l’eau
II-1-1. Les polluants
II-1-1-1. Les polluants physiques
II-1-1-2. Les polluants chimiques
II-1-1-3. Les substances toxiques
II-1-1-4. Les polluants microbiologiques
II-1-2. Les différents types de pollution
II-1-2-1. Pollution domestique
II-1-2-2. Pollution agricole
II-1-2-3. Pollution industrielle
II-1-2-4. Pollution par les eaux pluviales
II-1-2-5. Pollution d’origine naturelle
II-2. La qualité des eaux souterraines
II-2-1. Les paramètres organoleptiques
II-2-2. Les paramètres physico-chimiques
II-2-3. Les substances toxiques
II-2-4. Les paramètres microbiologiques
II-3. Traitement des eaux souterraines
II-4. Amélioration du traitement
II-4-1. Amélioration du traitement au chlore
II-4-2. Elimination des nitrates
Deuxième partie : ETUDES EXPERIMENTALES
III. PROCESSUS DE TRAITEMENT DU SOCOLAIT ET NATURE DES ECHANTILLONS
III-1. Processus de traitement
III-2. Nature des échantillons
IV. METHODES D’ANALYSES
IV-1. Prélèvement des échantillons
IV-2. Analyses des paramètres organoleptiques
IV-3. Analyses physico-chimiques
IV-3-1. Température
IV-3-2. pH
IV-3-3. Conductivité
IV-3-4. Dureté
IV-3-5. Alcalinité
IV-3-6. Chlore
IV-3-7. Nitrate
IV-3-8. Nitrite
IV-3-9. Plomb
IV-4. Analyses bactériologiques
IV-4-1. Recherches des Coliformes Fécaux
IV-4-2. Recherche des Streptocoques fécaux (SF) (ISO 7899-2 :2000)
IV-4-3. Recherche de l’Escherichia coli
IV-4-4. Recherche des spores des bactéries Anaérobies Sulfito-Réductrice
Troisième partie : RESULTATS
V. RESULTATS
V-1. Résultats pour EF
V-2. Résultats pour ES
V-3. Résultats pour EP
V-4. Interprétations
V-4-1. Paramètres organoleptiques
V-4-2. Paramètres physico-chimiques
V-4-3. Paramètres bactériologiques
VI. OPTIMISATION
VI-1. Chloration
VI-1-1. Principe de désinfection au chlore
VI-1-2. Expérience
VI-1-3. Résultats
VI-2. Dénitrification
VI-2-1. Objectif
VI-2-2. Principe de la dénitrification biologique
VI-2-3. Expérience
VI-2-4. Résultats
DISCUSSION
CONCLUSION et PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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