optimisation de la qualite des eaux de...
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MEMOIRE DE FIN D’ETUDE
MEMOIRE DE FIN D’ETUDE
En vue de l’obtention du diplôme de
MASTER II EN CHIMIE
Présenté par : RAFALIMANANA Rémi Charles
Le 01 Août 2016 devant la commission d’examen composée de :
Président : Monsieur Pierre Hervé RAVELONANDRO, Professeur Titulaire à la
Faculté des Sciences de l’Université d’Antananarivo
Rapporteur : Monsieur Rado RASOLOMAMPIANINA, Maître de Recherches au
Centre National de Recherche sur l’Environnement.
Examinateur : Monsieur Mahandrimanana ANDRIANAINARIVELO, Maître de
Conférences à la Faculté des Sciences de l’Université d’Antananarivo
OPTIMISATION DE LA QUALITE DES EAUX DE FORAGES UTILISEES AU SEIN
DE L’USINE SOCOLAIT ANTSIRABE
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
Domaine : SCIENCES ET TECHNOLOGIE
Mention : PROCEDES ET ECOLOGIE
INDUSTRIELLE
Parcours : Génie de l’Eau et Génie de
l’Environnement (2GE)
Remerciements
J’adresse mes premiers remerciements à Dieu tout puissant. Il m’a donné la santé, le courage
et la force pour que je puisse réaliser mon travail lequel a été réalisé au sein du Laboratoire de
l’usine SOCOLAIT Antsirabe. Sa réalisation n’aurait pas abouti sans la participation et le
soutien des personnes citées ci-dessous :
Monsieur Pierre Hervé RAVELONANDRO, Professeur Titulaire à la Faculté des Sciences
de l’Université d’Antananarivo et Responsable du Master en Chimie, Parcours Génie de l’Eau
et Génie de l’Environnement, qui nous fait l’honneur de sa présence en tant que Président du
jury;
Monsieur Mahandrimanana ANDRIANAINARIVELO, Maître de Conférences à la
Facultés de Sciences de l’Université d’Antananarivo, Responsable du Mention Procédés et
Ecologie Industrielle et Responsable du Parcours Chimie des Matériaux, pour apporter ses
compétences dans le jugement de ce travail ;
Monsieur Rado RASOLOMAMPIANINA, Maître de Recherches et Chef de Laboratoire
Microbiologie de l’Environnement du Centre National de Recherches sur l’Environnement
(CNRE), Rapporteur de ce mémoire, pour avoir accepté de diriger mes travaux, je lui exprime
ma profonde gratitude pour m’avoir fait bénéficier de ses profondes connaissances
scientifiques ainsi que pour la confiance qu’il m’a témoignée.
Monsieur Andrianaivoravelona RAJAONA RAFIHAVANANA, Maître de Conférences,
Responsable de l’Unité de Recherche en Génie de Procédés et Génie de l’Environnement
(URGPGE), pour son aide et son conseil tout au long de la réalisation de ce travail.
Monsieur David DE LA FUENTE, Directeur de l’usine SOCOLAIT Antsirabe, pour m’avoir
accepté de faire le stage au sein de leur usine pour la réalisation de ce travail ;
Monsieur Andrianiaina RIVOSON, Responsable du Laboratoire de l’usine Brasserie STAR
Antsirabe, pour m’accepter de faire quelques analyses au sein de leur laboratoire ;
Madame Aina Midget ANDRIANARILALA, Responsable du Laboratoire de SOCOLAIT,
mon Encadreur professionnel, pour tous ses multiples occupations, sa patience;
A tous les personnels de l’usine SOCOLAIT, pour leur aide et leur disponibilité et toutes les
personnes que j’ai éventuellement omises et qui m’ont été d’une aide quelconque.
Table des matières GLOSSAIRE ........................................................................................................................ i
LISTE DES ABREVIATIONS ........................................................................................... ii
LISTE DES FIGURES ....................................................................................................... iii
LISTE DES TABLEAUX ................................................................................................... iv
I. GENERALITE SUR L’EAU.........................................................................................3
I-1. Propriétés de l’eau ....................................................................................................3
I-1-1. Propriétés physiques ..........................................................................................3
I-1-2. Propriétés chimiques .........................................................................................4
I-1-3. Propriétés biologiques .......................................................................................4
I-2. Le cycle de l’eau ......................................................................................................4
I-3. Les ressources hydriques ..........................................................................................5
I-3-1. Eaux souterraines ..............................................................................................5
I-3-2. Eaux de surfaces ................................................................................................5
I-3-3. Eaux de mer ......................................................................................................6
II. POLLUTION DES EAUX SOUTERRAINES .............................................................6
II-1. Influence de la qualité de l’eau .................................................................................6
II-1-1. Les polluants .....................................................................................................6
II-1-1-1. Les polluants physiques ........................................................................... 6
II-1-1-2. Les polluants chimiques ........................................................................... 7
II-1-1-3. Les substances toxiques ........................................................................... 7
II-1-1-4. Les polluants microbiologiques ................................................................ 8
II-1-2. Les différents types de pollution ..........................................................................8
II-1-2-1. Pollution domestique ................................................................................ 8
II-1-2-2. Pollution agricole ...................................................................................... 9
II-1-2-3. Pollution industrielle ................................................................................. 9
II-1-2-4. Pollution par les eaux pluviales ................................................................. 9
II-1-2-5. Pollution d'origine naturelle ....................................................................... 9
II-2. La qualité des eaux souterraines ...............................................................................9
II-2-1. Les paramètres organoleptiques ....................................................................... 10
II-2-2. Les paramètres physico-chimiques .................................................................. 10
II-2-3. Les substances toxiques ................................................................................... 11
II-2-4. Les paramètres microbiologiques ........................................................................ 12
II-3. Traitement des eaux souterraines ............................................................................ 12
II-4. Amélioration du traitement ..................................................................................... 14
II-4-1. Amélioration du traitement au chlore ............................................................... 14
II-4-2. Elimination des nitrates .................................................................................. 15
Deuxième partie : ETUDES EXPERIMENTALES
III. PROCESSUS DE TRAITEMENT DU SOCOLAIT ET NATURE DES
ECHANTILLONS .............................................................................................................. 17
III-1. Processus de traitement .......................................................................................... 17
III-2. Nature des échantillons ........................................................................................... 18
IV. METHODES D’ANALYSES .................................................................................. 19
IV-1. Prélèvement des échantillons ................................................................................... 19
IV-2. Analyses des paramètres organoleptiques ................................................................ 19
IV-3. Analyses physico-chimiques ................................................................................... 20
IV-3-1. Température ................................................................................................... 20
IV-3-2. pH .................................................................................................................. 20
IV-3-3. Conductivité ................................................................................................... 20
IV-3-4. Dureté ............................................................................................................. 20
IV-3-5. Alcalinité ........................................................................................................ 20
IV-3-6. Chlore ............................................................................................................. 21
IV-3-7. Nitrate ............................................................................................................ 21
IV-3-8. Nitrite ............................................................................................................. 21
IV-3-9. Plomb ............................................................................................................. 21
IV-4. Analyses bactériologiques ....................................................................................... 22
IV-4-1. Recherches des Coliformes Fécaux ............................................................... 22
IV-4-2. Recherche des Streptocoques fécaux (SF) (ISO 7899-2 :2000) ....................... 22
IV-4-3. Recherche de l'Escherichia coli...................................................................... 22
IV-4-4. Recherche des spores des bactéries Anaérobies Sulfito-Réductrice ................. 22
Troisième partie : RESULTATS
V. RESULTATS ................................................................................................................ 23
V-1. Résultats pour EF ...................................................................................................... 23
V-2. Résultats pour ES ..................................................................................................... 24
V-3. Résultats pour EP ..................................................................................................... 25
V-4. Interprétations ...................................................................................................... 25
V-4-1. Paramètres organoleptiques ............................................................................... 25
V-4-2. Paramètres physico-chimiques .......................................................................... 27
V-4-3. Paramètres bactériologiques .............................................................................. 30
VI. OPTIMISATION ......................................................................................................... 31
VI-1. Chloration ................................................................................................................ 31
VI-1-1. Principe de désinfection au chlore ..................................................................... 31
VI-1-2. Expérience ........................................................................................................ 31
VI-1-3. Résultats ........................................................................................................... 32
VI-2. Dénitrification......................................................................................................... 33
VI-2-1. Objectif ............................................................................................................. 33
VI-2-2. Principe de la dénitrification biologique ............................................................ 33
VI-2-3. Expérience ....................................................................................................... 34
VI-2-4. Résultats ........................................................................................................... 34
DISCUSSION ..................................................................................................................... 36
CONCLUSION et PERSPECTIVES ................................................................................. 38
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES .......................................................................... 40
Glossaire
i
GLOSSAIRE
Adsorption : c’est un phénomène physique qui retient des matières
organiques ou minérales sur la surface spécifique d’un
adsorbant.
Affinage : c’est un phénomène physique sur le traitement d’eau qui utilise
le CAG comme adsorbant.
Bactéries ubiquitaire : ce sont des bactéries présentes dans l’Ecosystème.
Bactéries dénitrifiantes : ce sont des bactéries qui peuvent réagir avec des nitrates en
produisant de l’azote gazeux.
Biodégradable : que les microorganismes peuvent dégrader.
Désinfection : inactivation et élimination des microorganismes en utilisant le
désinfectant chimique ou physique.
Filtration : c’est un procédé de séparation d’un mélange solide-liquide à
travers un milieu poreux.
Neutralisation : c’est le fait de ramener le pH d’un liquide à une valeur définie.
Sous-produits chlorés : substances obtenues par la réaction de chlore et les éléments
organiques ou minérales existant dans l’eau.
Substances cancérigènes : ce sont des substances qui provoquent le cancer.
Liste des abréviations
ii
LISTE DES ABREVIATIONS
2GE : Génie de l’Eau et Génie de l’Environnement
E. coli : Escherichia coli
SOCOLAIT : SOciété COmmercial LAITière
CIP : Clean In Place
UV : Ultra-violet
HClO : Acide hypochloreux
: Hypochlorite
CAG : Charbon Actif en Grain
TH : Titre Hydrotimétrique
NTU : Nephelometric Turbidity Units
UFC : Unité Formant Colonies
pH : Potentiel hydrogène
TA : Titre Alcalimétrie
TAC : Titre Alcalimétrie Total
°f : Degré français
µS : Micro Siemens
EF : Eau de Forages
ES : Eau de Service
EP : Eau de Production
THM : TriHaloMéthane
SPC : Sous-Produits Chlorés
DPD : Diéthyl para-Phénilène Diamine
Lmd : Limite de détection
Moy : Moyenne
Cond : Conductivité
T° : Température
HAPs : Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques
Chlore L : Chlore libre
Liste des figures
iii
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Le cycle de l'eau ........................................................................................4
Figure 2 : Le rayonnement ultra-violet .................................................................... 13
Figure 3 : Désinfection par la chloration .................................................................. 13
Figure 4 : Etape du traitement d'eau dans l'usine SOCOLAIT .................................. 17
Figure 5 : Usine SOCOLAIT ................................................................................... 18
Figure 6 : Les turbidités de ces trois échantillons ..................................................... 26
Figure 7 : Evolution de pH des eaux analysées ........................................................ 27
Figure 8 : Evolution de TH des eaux ....................................................................... 28
Figure 9 : L'alcalinité des eaux ................................................................................ 28
Figure 10 : Le taux des Nitrates et des Nitrites dans les eaux ..................................... 29
Figure 11 : Taux de Chlore résiduel dans les eaux ..................................................... 29
Figure 12 : Chloration au break-point ........................................................................ 32
Figure 13 : Variation du taux des Nitrates ................................................................. 34
Figure 14 : Etapes de la dénitrification biologique ..................................................... 35
Liste des tableaux
iv
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Caractéristiques de l'eau de la ville d'Akokan .......................................... 14
Tableau 2 : Taux de Chlore résiduel de la ville d'Akokan ........................................... 15
Tableau 3 : Résultats de traitement par le réacteur Nitraflux ...................................... 17
Tableau 4 : Les caractéristiques de forages ................................................................ 19
Tableau 5 : Caractéristiques de l’eau de forages ......................................................... 23
Tableau 6 : Caractéristiques de l’eau de service ......................................................... 24
Tableau 7 : Caractéristiques de l’eau de production ................................................... 25
Tableau 8 : Différences entre les unités des grandeurs pour la détermination de la
demande en chlore au niveau du laboratoire et industrielle. ....................... 31
Tableau 9 : Demande en chlore .................................................................................. 32
Tableau 10 : Résultats d'analyses des Nitrates dans l'eau après la dénitrification .......... 34
Introduction
1
INTRODUCTION
L’eau est une ressource naturelle vitale chez les êtres vivants et un cœur de l’industrie. Elle
est une ressource renouvelable car elle participe à un cycle (ONEP, 1990). Aujourd’hui,
l’agriculture et les industries sont des grands consommateurs d’eau dans le monde mais la
problématique de l’eau est un problème de quantité (ressource) et de qualité (pollution).
Du point de vu de la ressource, on distinguera d’un côté les eaux de surfaces et d’autre les
eaux souterraines. Ce sont les eaux de sources superficielles qui peuvent être captée, par
puits, forages ou par prise d’eau, à partir de leur gisement souterrain, d’un lac ou cours d’eau
pour avoir l’eau potable (Dégremont, 1989 ; Cardot, 1999). L’eau contient des substances ou
des microorganismes de nature ou concentration indispensables, acceptables, indésirables,
voir toxiques ou dangereux. Cependant, l’eau prélevée dans le milieu naturel (surface ou
souterraine) n’est généralement pas utilisable directement pour la consommation humaines ou
industrielles car des éléments liés à l’activité de l’homme peuvent être entraînés (nitrates,
matières organiques, pesticides, MES, microorganismes,…).
Pour le cas de l’usine SOCOLAIT, l’eau utilisée est de type souterrain dont le traitement est
assuré par la société DOM’EAU. Comme toutes les industries agroalimentaires, elle utilise
beaucoup de l’eau pour le besoin du personnel, pour la préparation des aliments, pour le CIP
et pour faire fonctionner la chaudière. Pour leur fonctionnement, l’eau utilisée doit respecter
la norme pour avoir des produits alimentaires de haute qualité et sans danger pour les
consommateurs. C’est une route vers la certification internationale sur la qualité ISO 9001 et
sur la sécurité des aliments ISO 22 000.
Le maintien de la qualité de l’eau de la source au robinet est une préoccupation majeure de
tous les traiteurs et les distributeurs d’eau (Sibille, 1997). Après traitement, il est nécessaire de
faire les analyses physico-chimiques et microbiologiques de l’eau avant la consommation
pour connaître que le système de traitement utilisé est efficace ou non. Ici, d’après les
analyses physico-chimiques, le taux des nitrates et le taux de chlore libre sont très élevés,
supérieurs à la norme directive selon OMS. Le système de traitement dans l’usine
SOCOLAIT n’est pas efficace à l’élimination des nitrates, qui entrainent des effets majeurs
dans le corps humain si leur taux est élevé (Laferriere, 1995). L’eau peut se dégrader durant
son stockage et son passage à travers les lignes de distribution. Le traitement nécessite une
désinfection chimique en utilisant le chlore, mais il peut produire d’autres pollutions (sous-
produit chloré SPC) qui sont cancérigènes comme le trihalométhane (THM), le bromoforme,
Introduction
2
le chloroforme,… (Levallois, 1997). Pour cela, ce système de traitement d’eau nécessite des
améliorations continues pour l’élimination de nitrates et l’utilisation de désinfectant chlore.
D’où le but de ce travail qui est d’optimiser la qualité des eaux de forages utilisées au sein de
l’usine SOCOLAIT.
Le travail effectué est présenté dans ce document structuré en trois grandes parties.
Premièrement, la partie synthèse bibliographique qui explique les caractéristiques des eaux
selon la nature, l’origine comme l’eau souterraine, l’eau superficielle et l’eau de mer ainsi que
les méthodes de traitements des eaux souterraines. Deuxièmement, la partie études
expérimentales qui donne la nature de l’échantillon d’étude et les méthodes des analyses
organoleptiques, physico-chimiques et microbiologiques. Enfin, troisièmement la partie
résultats avec l’amélioration de traitement d’eau sur l’utilisation de chlore et sur l’élimination
des nitrates. La première partie est précédée par une introduction générale, et la dernière
partie est terminée par la conclusion ainsi que les perspectives.
Synthèse bibliographique
3
I. GENERALITE SUR L’EAU
L’eau est indispensable à la vie. Sur terre, elle existe dans les trois phases : liquide (eau
proprement dite), solide (glace), gazeux (vapeur d’eau). Ces trois phases coexistent dans la
nature, toujours observables deux à deux, et plus ou moins en équilibre : eau-glace, eau-
vapeur, glace-vapeur selon les conditions de température et de pression.
I-1. Propriétés de l’eau
I-1-1. Propriétés physiques
L’eau ou monoxyde de dihydrogène est une molécule polaire, chargé négativement autour de
l’atome d’oxygène et positivement autour des atomes d’hydrogènes. Ce caractère polaire de
la molécule d’eau est l’origine d’association possible entre les molécules d’eau ; il donnera
lieu à des anomalies physiques que nous signalons brièvement telles que :
La température d’ébullition : anormalement élevée, si on la compare avec celle des composés
de masse moléculaire du même ordre et possédant plusieurs atomes d’hydrogènes. Dans les
conditions normales, elle est de 100°C à une pression de 1,01325 bar (Andrianjafimanana,
2015).
La masse volumique : elle varie avec la température, la pression, mais aussi avec la teneur en
sels dissous. L’eau à une masse volumique 1g/ à 4°C.
La viscosité : elle varie avec la température, elle diminue si la température croit, par contre,
elle augmente avec la teneur en sels dissous.
La conductivité électrique : l’eau est légèrement conductrice, cette conductivité est très faible,
cela est expliquée par une légère dissolution de la molécule d’eau selon l’équation chimique :
O +
Indice de réfraction : l’eau est un milieu transparent d’indice de réfraction 1,33.
La tension superficielle : c’est la force de traction exercée sur la surface de liquide qui tend
toujours à réduire l’étendue de cette surface. L’intensité de cette force est de l’ordre de 73
erg/cm (Dégremont, 1989).
Apparence : l’eau est un liquide incolore, inodore et insipide.
Synthèse bibliographique
4
I-1-2. 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).
I-1-3. 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.
I-2. 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).
Figure 1: Le cycle de l'eau.
ENERGIE
SOLAIRE
EVAPORATION
PRECIPITATION
HYDROOSPHERE ATMOSPHERE CONDENSATION
Synthèse bibliographique
5
I-3. 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.
I-3-1. 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).
I-3-2. 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).
Synthèse bibliographique
6
I-3-3. 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.
II. 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.
II-1. 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).
II-1-1. Les polluants
II-1-1-1. 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.
Synthèse bibliographique
7
II-1-1-2. 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.
II-1-1-3. 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
Synthèse bibliographique
8
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).
II-1-1-4. 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).
II-1-2. Les différents types de pollution
II-1-2-1. 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.
Synthèse bibliographique
9
II-1-2-2. 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).
II-1-2-3. 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).
II-1-2-4. 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).
II-1-2-5. 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).
II-2. 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
Synthèse bibliographique
10
l’eau sont les paramètres organoleptiques, physico-chimiques, les substances toxiques et les
paramètres bactériologiques.
II-2-1. 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).
II-2-2. 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
Synthèse bibliographique
11
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).
II-2-3. Les substances toxiques
Le plomb : le plomb est le métal qui focalise actuellement le plus d’attention. Il est très
rarement détecté dans les eaux souterraines, dans lesquelles ses teneurs sont inférieures à 10
µg/L (limite de qualité). Le dépassement des concentrations autorisées en plomb au robinet du
consommateur est généralement produit par la présence de tuyaux en plomb ou de brasures de
plomb (Rabarijaonaharison, 2015).
Synthèse bibliographique
12
II-2-4. Les paramètres microbiologiques
L’analyse de ces paramètres est très importante dans le contrôle de la qualité de l’eau. Cette
analyse consiste à déterminer la présence des microorganismes pathogènes qui sont
l’indicateur de contamination fécale :
Escherichia coli : qui a une haute spécificité diagnostique, sa présence dans une eau est signe
de contamination par des excréments humains ou animaux.
Streptocoques fécaux : ce sont des bactéries en chaînette, des flores normales des matières
fécales humaines et animales. Ils peuvent être extrêmement résistants aux produits chlorés.
Coliformes totaux et fécaux ont une forme bâtonnets, non sporulés, aérobies et capables de
vivre à 30°C.
II-3. Traitement des eaux souterraines
Il y a plusieurs méthodes utilisées dans le système de traitement de l’eau souterraine pour
avoir l’eau potable mais ils dépendent l’état initial de l’eau à traiter (Fiche technique
DYNAVIVE, 1945). L’analyse préliminaire de l’eau brute donne des idées pour les méthodes
de traitements applicables à une ressource :
Traitement physique :
- Affinage : cette méthode utilise le filtre sur charbon actif en grain ou en poudre, ce
filtre consiste à biodégrader et oxyder les matières organiques ainsi qu’éliminer ou adsorber
certains micropolluants chimiques dangereux comme les produits phytosanitaires
(insecticides, herbicides, pesticides), les composés organiques volatils (les hydrocarbures
aromatiques, le phénol, le benzène,…) et les métaux lourds (mercure, plomb,…). Donc ce
filtre peut améliorer le goût, l’odeur et la couleur de l’eau (fiche technique DYNAVIVE,
1945).
- Filtration : c’est un procédé de séparation solide/liquide par passage à travers un
milieu poreux comme le filtre sur sable, le filtre à membrane (nano ou microfiltration,
l’osmose inverse),…Ces filtres ont pour but essentiel de la réduction de la turbidité par
piégeage des matières en suspensions (MES) dans la masse granulaire donc ils retiennent les
particules dans les interstices (Kemmer, 1984 ; Dégremont, 1989).
- Irradiation : désinfection de l’eau par passage à travers aux lampes à rayonnement
ultra-violet, ils ont un effet bactéricide maximum à 250 nm et sont obtenues au moyen de
lampe à basse pression de vapeur de mercure. La désinfection chimique modifie la qualité
Synthèse bibliographique
13
organoleptique de l’eau, tandis que le traitement aux UV ne modifie pas les paramètres
organoleptiques (Desjardins, 1997).
Figure 2 : Le rayonnement ultra-violet (source : site cartel’eau).
Traitement chimique :
- Oxydation chimique : elle consiste à oxyder le fer ferreux en fer ferrique
capable de se précipiter. L’utilisation d’un oxydant plus puissant peut parfois être
nécessaire comme le dioxyde de chlore, le permanganate de potassium et l’ozone.
- Désinfection : c’est l’étape finale indispensable dans toute filière de potabilisation de
l’eau et dans la distribution et correspond à la destruction ou l’inactivation des
microorganismes pathogènes pour l’homme (Ouedraogo, 2005). Le procédé de chloration
consiste à injecter du chlore dans l’eau, mais le produit utilisé ne doit pas être nécessairement
du chlore pur, c’est comme le chlore gazeux ( ), de l'eau de Javel (NaClO), du dioxyde de
chlore (Cl ), de l’hypochlorite de calcium (Montel, 2003).
Figure 3: Désinfection par la chloration (source : site cartel’eau).
Synthèse bibliographique
14
- Neutralisation : cette méthode a pour but de ramener l’eau à l’équilibre calco-
carbonique en additionnant un réactif alcalin pour les eaux agressives (correction du pH par la
chaux , la soude , le carbonate de soude ) et encore un réactif acide
pour les eaux entartrantes (correction du pH par l’acide sulfurique ).
- Echanges d’ions : basées sur la capacité de résines à substituer leurs ions contenus
dans l’eau. Les échangeurs cationiques remplacent le radium, le baryum, le cuivre, le calcium,
le zinc, le fer, le manganèse, le magnésium par le sodium. Les échangeurs anioniques
remplacent les ions nitrates, sulfates, bicarbonates,…par les ions chlorures.
Traitement biologique :
- Activation bactérienne : l’oxydation biologique peut être mise en œuvre pour oxyder
les matières organiques ou minérales (le fer, les nitrates,…).
II-4. Amélioration du traitement
II-4-1. Amélioration du traitement au Chlore (Gado, 2012)
Eléments dans la station de traitement :
- Eau brute (eau souterraine de la ville d’Akokan Niger)
- Hypochlorite de calcium
- Pompe doseuse
- Cuve contenant la solution d’hypochlorite de calcium avec agitateur électrique
Caractéristique de l’eau brute :
D’après l’analyse physico-chimique et microbiologique, l’eau de la ville d’Akokan (Niger)
présente des éléments non conformes à la norme comme l’indique le tableau 1 ci-après :
Tableau 1 : Caractéristiques de l'eau de la ville d'Akokan
Dates d’analyses 2009 2010 2011 Directive OMS
pH 8,53 8,57 8,7 6,5 à 8,5
Fer 1 1 1 0,3 mg/L
Coliformes 0 à 10 0 ufc/100ml
Synthèse bibliographique
15
Méthodes :
Le traitement au chlore consiste à déterminer la demande en chlore en utilisant la formule
suivante :
Cette étude a permis d’améliorer l’utilisation de traitement au chlore et d’assurer la protection
de l’eau contre toute éventuelle contamination du réservoir au dernier point de desservi.
Résultats :
Le résultat de cette amélioration est donné par le tableau 2 ci-après :
Tableau 2 : Taux de Chlore résiduel de la ville d'Akokan
Chlore injecté Chlore résiduel Directive OMS
0,88 g/ 0,18 mg/L 0,2 mg/L
II-4-2. Elimination des nitrates (Céline, 2006).
Méthode biologique :
Les procédés reposent sur l’activité des bactéries anaérobies de genres Bacillus,
Pseudomonas et Paracoccus qui utilisent les nitrates à la place de l’oxygène de l’air et qui les
transforment en azote gazeux.
Nitrates Azote gazeux
Le nitrate joue le rôle d’accepteur d’électrons dans l’oxydation de composés oxydables sous
des conditions anaérobies.
Pour la dénitrification biologique, on a deux méthodes :
- Dénitrification hétérotrophe qui utilise le substrat carboné organique (éthanol ou acide
acétique)
- Dénitrification autotrophe qui utilise le substrat inorganique (dihydrogène, soufre)
D = Q (𝑚 /ℎ) x Mca
D : dose de chlore nécessaire
Q : débit de l’eau brute
Mca : quantité de chlore actif (g/𝑚 )
Synthèse bibliographique
16
Dénitrification hétérotrophe : en utilisant le réacteur Nitraflux.
Le taux de nitrates éliminés dépend du type du réacteur et le substrat utilisés. Pour le réacteur
Nitaflux, le tableau 3 ci-après donne leurs performances.
Tableau 3 : Résultats de traitement par le réacteur Nitraflux
PERFORMANCES
Concentration moyenne de nitrates sur l’eau brute (mg/L) 80
Concentration moyenne de nitrates sur l’eau traitée (mg/L) 16
Taux de traitement en éthanol (g/ ) 36
Rendement de dénitrification (%) 80
Rapport (g éthanol/ g nitrates éliminés) 0,56
Etudes expérimentales
17
III. PROCESSUS DE TRAITEMENT DU SOCOLAIT ET NATURE DES
ECHANTILLONS
Le traitement des eaux utilisées au sein de l’usine SOCOLAIT est effectué sur la station située
dans leur enceinte.
III-1. Processus de traitement
Le traitement des eaux est assuré par la société DOM’EAU dont leurs étapes sont représentés
sur la figure 4 ci-après :
Figure 4 : Etapes du traitement des eaux dans l'usine SOCOLAIT
Filtre sable : ce filtre retient les particules solides dans l’eau dans brute, c’est une méthode de
prétraitement.
Filtre CINTRONPUR : c’est un filtre qui a pour fonction de retenir les particules solides non
retenues par le filtre sable, puis les décanter.
Chloration : c’est la méthode de désinfection d’eau potable qui utilise l’hypochlorite de
calcium comme source de chlore.
Réservoir d’eau : c’est le réacteur chimique pour le traitement d’eau, interactions entre les
éléments organiques ou inorganiques présents dans l’eau et le chlore ajouté.
FORAGES FILTRE SABLE FILTRE CINTROPUR
RESERVOIR D’EAU
CHLORATION
AFFINAGE
LAMPE UV
Etudes expérimentales
18
Affinage : méthode de traitement d’eau qui utilise le charbon actif en grain, qui a pour rôle de
biodégrader et oxyder les matières organiques ainsi qu’éliminer les micropolluants chimiques
dangereux. Le filtre sur charbon actif en grain sert à éliminer le chlore dans l’eau c’est-à-dire
il peut améliorer le goût de l’eau.
Lampe UV : destruction des microorganismes par passage à travers aux lampes à
rayonnements ultra-violet de longueur d’onde 250 nm.
III-2. Nature des échantillons
Les échantillons étudiés sont des eaux souterraines exploitées dans le site de l’usine
SOCOLAIT Antsirabe. La SOCOLAIT ou SOciété COmmercial LAITière est l’une des
grandes usines agroalimentaires à Madagascar. Elle se trouve à Antsirabe, dans la partie sud, à
5km de la commune urbaine, dans le quartier Mandaniresaka, au bord de la route
d’Ambositra, RN7. Elle utilise les eaux souterraines comme source d’eau potable.
Il existe trois (3) types d’échantillons d’eau au niveau de la station de traitement :
Eau de forage EF : c’est l’eau brute exploitée dans l’aquifère du site de l’usine par les deux
forages et comme l’indique la figure 5 ci-après :
Figure 5 : Usine SOCOLAIT (source : SOCOLAIT)
𝐅𝟐
Station de traitement d’eau
𝐅𝟏
Etudes expérimentales
19
Les caractéristiques de ces deux forages sont présentées dans le tableau 4 ci-après :
Tableau 4 : Les caractéristiques de forages
Caractéristiques Forage n°1 Forage n°2
Diamètre en cm 40 40
Profondeur en m 76 36
Débit en /h 21 9
Eau de service ES: c’est l’eau traitée simplement par le système constitué de filtre à sable et
la chloration. Elle est utilisée comme eau de consommation du personnel (à la cantine,
douche,…).
Eau de production EP: l’eau brute passe à travers tous les unités de traitement, et on obtient
l’eau de production, appelée aussi eau de fabrication. Elle est utilisée pour le CIP, pour faire
fonctionner les chaudières, pour le mélange avec des matières premières comme la poudre de
lait et pour les lavages de fromages.
IV. METHODES D’ANALYSES
Pour assurer la bonne qualité de l’eau, il est nécessaire de faire les analyses de leur qualité
dont les paramètres à analyser se divisent en trois grandes catégories : les paramètres
organoleptiques, les paramètres physico-chimiques et les paramètres bactériologiques.
IV-1. Prélèvements des échantillons d’eau
Le prélèvement nécessite un bon conditionnement pour maintenir l’intégrité des échantillons
jusqu’au laboratoire d’analyse. Du point de vu bactériologique, les échantillons d’eau ont été
collectés dans des flacons stériles sur des vannes protégés par la flamme, puis transportés dans
la glacière à température inférieur à 4°C. Pour les analyses physico-chimiques, même
prélèvement que les analyses bactériologiques sauf pour l’échantillon analysé dans le
Laboratoire de SOCOLAIT (Température, pH, TA/TAC).
IV-2. Analyses des paramètres organoleptiques
Turbidité
La turbidité de l’eau est mesurée par la méthode photométrique qui utilise le turbidimètre.
Etudes expérimentales
20
L’échantillon est versé dans la cuve de cet appareil, en appuyant la touche lecture, le résultat
s’affiche sur l’écran.
IV-3. Analyses physico-chimiques
IV-3-1. Température
La température est mesurée avec le thermomètre.
IV-3-2. pH
Le pH définit comme le logarithme négatif de l’activité de l’ion hydrogène. Sa détermination
est la mesure que l’on doit effectuer le plus fréquemment en utilisant le pH-mètre (Beaudry,
1984 ; Rodier, 1996).
IV-3-3. Conductivité
La mesure de la conductivité permet d’avoir la concentration des sels dissous dans l’eau. On
utilise le conductimètre électrique pour faire la mesure. Les résultats obtenus s’expriment en
µS/cm.
IV-3-4. Dureté
La dureté totale exprime la concentration des ions calcium et magnésium présents dans l’eau.
La mesure se fait par une réaction de complexation entre les ions calcium et les ions
magnésium et une substance d’acide éthylène diamine tétracétique (EDTA) en présence
d’indicateur coloré noir Eriochrome T (NET) (Edeline, 1992 ; Rodier, 1996).
IV-3-5. Alcalinité
Cette méthode est basée sur le dosage acidimétrie en présence d’indicateur coloré de méthyl
orangé ou de phénolphtaléine. Le titrage conduit au premier point de neutralisation, qui
correspond à la valeur de TA à pH 8,3. Ensuite, à partir de la solution titrée, neutralisons
l’ensemble des ions hydroxydes ( ) et des ions carbonates selon les réactions:
+ + 2 O
+ +
+ + 2 + 2 O
En continuant le titrage jusqu’ à ce que le pH soit égal à 4,3. A ce point les ions hydroxyde,
les ions carbonates et les ions bicarbonates ont été dosés. Alors on obtient le TAC.
Etudes expérimentales
21
IV-3-6. Chlore
Il y a deux manières de mesurer le chlore : le chlore libre est un chlore qui reste dans l’eau,
qui n’a pas encore réagi avec des particules organiques ou inorganiques dans l’eau. Le chlore
résiduel total est le chlore qui reste dans l’eau qu’il soit libre, ou qu’il ait réagi. Le principe
consiste à déterminer le taux de chlore dans l’eau à l’aide d’un appareil photométrique PM
620 de type Lovibond avec un réactif DPD.
IV-3-7. Nitrate
On ajoute dans l’eau à analyser l’acide sulfo-salicylique, le nitrate présent dans l’échantillon
réagit avec lui et forme une solution colorée. Cette dernière est mise dans le
spectrophotomètre à 415 nm de longueur d’onde.
L’échantillon de départ est laissé se décanter puis filtré sur papier filtre de 150 mm de
diamètre. Pour chaque prise d’essai, 10 mL de l’échantillon est utilisé pour le dosage et
parallèlement des essais à blanc utilisant l’eau distillée ont été effectués. On effectue la
mesure de la quantité de nitrate de l’échantillon en mesurant l’absorbance y correspondant
grâce au spectrophotomètre UV sur une longueur d’onde de 415 nm. Elle est exprimée en
mg/L par la formule :
[ ] = [(3,275*Abs) + 0,032]* 46/14
IV-3-8. Nitrite
Le dosage se fait par la méthode à la Sulfanilamide. Le principe du mode opératoire est le
même que celui du dosage du nitrate mais la lecture des résultats se fait en mesure
l’absorbance au spectrophotomètre sur une longueur d’onde de 543 nm. On effectue la courbe
d’étalonnage pour tirer la concentration en nitrite de la solution.
L’expression des résultats en µg/L sera faite grâce à la formule suivante :
[ ] = [(317,8*Abs) - 0,346]* 46/14
IV-3-9. Plomb
Les analyses du plomb sont très importantes dans la recherche de qualité de l’eau car il
appartient dans la famille de métaux lourds. Il est un danger pour l’humanité si sa quantité est
supérieure à la limite de qualité. On utilise le spectromètre d’absorption atomique pour
réaliser cette mesure
Etudes expérimentales
22
IV-4. Analyses bactériologiques
L’objectif des analyses microbiologiques d’une eau n’est pas d’effectuer un inventaire de
toutes les espèces présentes, mais de rechercher soit celles qui sont susceptibles d’être
pathogènes, soit celles qui sont indicatrices de contamination fécales.
Les méthodes générales d’examen bactériologique des eaux cherchent les bactéries
indicatrices des pollutions et d’efficacités de traitement puis des bactéries spécifiques
pathogènes.
IV-4-1. Recherche des Coliformes fécaux (CF) (ISO 9308-1 :2000)
Cette méthode consiste à recueillir, identifier et dénombrer les bactéries recherchées dans un
échantillon à la surface d’une membrane filtrante stérile.
Le principe consiste à le filtrer, à travers une membrane de porosité 0,45 μm, un volume
déterminé de l’échantillon et incuber ensuite cette membrane pendant 18 à 24 h à 37°C sur le
milieu gélose lactosée au TTC (Chlorure de triphénil-2, 3, 5-tétrazolium) ou Tergitol 7.
Les colonies caractéristiques ont une coloration jaune orangée, avec présence d’un halo jaune.
IV-4-2. Recherche des Streptocoques fécaux (SF) (ISO 7899-2 :2000)
Le principe de recherche de ces bactéries consiste à filtrer l’échantillon à travers une
membrane filtrante de porosité 0,45 µm, puis incuber cette membrane pendant 24 h à 37°C
sur le milieu m-Enterococcus Agar préalablement coulé et solidifié. Dans ces conditions, les
streptocoques fécaux forment des colonies violettes ou rose.
IV-4-3. Recherche de l’Escherichia coli (E. Coli) (ISO 9308-1 :2000)
L’Escherichia Coli est une bactérie d’origine fécale. Pour chercher cette bactérie, filtrer un
volume d’échantillon à étudier à travers une membrane, cette dernière est déposé dans la
boîte de Pétrie contenant du milieu gélosé Lactosée au TTC et au Tergitol 7. Les colonies de
coliformes se développent après incubation à 37° pendant 18 à 24 h. Les colonies considérées
comme lactose positive sont les colonies à l’envers de la membrane de couleur jaune.
IV-4-4. Recherche des Spores des bactéries Anaérobie sulfito-réductrice (ASR) (6461-
2 :1986)
L’échantillon d’eau est chauffé à 80°C pendant 10 min et subit un choc thermique c'est-à-dire
plongé dans de l’eau froide. L’échantillon (100 mL) est filtré à travers la membrane filtrante
Etudes expérimentales
23
et est placée face supérieure tournée vers le fond d’une boîte de Pétri. Le milieu de culture
TSC en surfusion est ensuite coulé et le dénombrement est réalisé après incubation à 37°C
pendant 24 h en anaérobiose. Les colonies caractéristiques sont de couleur noire.
Expression des résultats :
Après incubation, si les nombres des colonies sont supérieures à 300 dans une boîte de Pétri,
ces nombres sont considérés comme incomptables. Pour exprimer les résultats, on peut
utiliser l’expression suivante :
N = C x (1/D)
N : le nombre de colonie/mL
C : nombre de colonie compté sur la boîte
D : facteur de dilution
Résultats
23
V. RESULTATS
Les résultats des analyses des paramètres organoleptiques, physico-chimiques et
microbiologiques sont obtenus lors du travail dans le Laboratoire de Contrôle du SOCOLAIT,
dans le Laboratoire de l’usine BRASSERIE STAR Antsirabe et dans le Laboratoire physico-
chimique et microbiologique du CNRE.
V-1. Résultats pour EF
Les paramètres de cette eau brute sont présentés dans le tableau 5 ci-après :
Tableau 5: Caractéristiques de l’eau de forages
Paramètres
et Unités
EF Norme
OMS (J1) (J2) (J3) (J4) (J5) Moy
Organoleptiques
Aspect _ Clair Claire Clair Clair Clair Clair _
Odeur _ Abs Abs Abs Abs Abs Abs _
Turbidité NTU 0,846 0,930 0,855 0,881 0,828 0,868 ≤5
Physico-chimiques
pH _ 7,00 7,05 7,13 7,21 7,06 7,09 6,5 à 8,5
T° °C 23,4 23,5 23,7 23,0 22,9 23,3 ≤25
Cond µs/cm 205 218 212 215 200 210 100 à 1000
TH °f 6 5,5 6,5 5,8 6,4 6,0 15 à 30
TA/TAC °f 7,8 8,5 8,4 8,6 8 8,2 _
Chlore L mg/L 0,025 0,02 0,032 0,24 0,028 0,03 0,1 à 1
Nitrate mg/L 56,9 52,5 58,11 57,3 56,04 56,17 44
Nitrite mg/L 0 0 0 0 0 0 0,1
Plomb mg/L lmd lmd 0,05
Microbiologiques
E. coli ufc/100 mL 0
ASR ufc/100 mL
CF ufc/100 mL 0
CT ufc/100 mL 0
SF ufc/100 mL 0
Résultats
24
V-2. Résultats pour ES
L’ES est l’une des eaux traitées dans la station de traitement d’eau dans l’usine SOCOLAIT.
Elle est utilisée dans plusieurs domaines qui exigent de l’eau de bonne qualité. Les résultats
d’analyse de leurs paramètres sont donnés par le tableau 6 ci-après :
Tableau 6 : Caractéristiques de l’eau de service
Paramètres et
Unités
ES Norme
OMS (J1) (J2) (J3) (J4) (J5) Moy
Organoleptiques
Aspect _ Clair Claire Clair Clair Clair Clair _
Odeur _ chlore chlore chlore chlore chlore chlore _
Turbidité NTU 2,46 1,73 1,8 2,23 1,94 2,032 ≤5
Physico-chimiques
pH _ 8,7 7,9 8,1 8,6 8,4 8,34 6,5 à 8,5
T° °C 29 25,5 26,5 27,6 26,9 27,1 ≤25
Cond µs/cm 178 162 165 171 170,4 169,28 100 à 1000
TH °f 4,8 4,2 4,3 4,7 4,5 4,5 15 à 30
TA/TAC °f 25,6 21,4 22,2 24,2 23,6 23,4 _
Chlore L mg/L 3,15 2,5 2,6 3 2,7 2,8 0,1 à 1
Nitrate mg/L 55,80 54,6 55,30 55,70 55,60 55,40 44
Nitrite mg/L 0 0 0 0 0 0 0,1
Plomb mg/L lmd lmd 0,05
Microbiologiques
E. coli ufc/100 mL 0
ASR ufc/100 mL
CF ufc/100 mL 0
CT ufc/100 mL 0
SF ufc/100 mL 0
Résultats
25
V-3. Résultats pour EP
Les analyses des paramètres de cette eau sont très importantes parce que leurs résultats
donnent des informations sur l’efficacité du traitement actuel. Ces résultats sont figurés dans
le tableau 7 ci-après :
Tableau 7 : Caractéristiques de l’eau de production
Paramètres et
Unités
EP Norme
OMS (J1) (J2) (J3) (J4) (J5) Moy
Organoleptiques
Aspect _ Clair Claire Clair Clair Clair Clair _
Odeur _ Abs Abs Abs Abs Abs Abs _
Turbidité NTU 0,87 0,91 0,684 0,88 0,856 0,876 ≤2
Physico-chimiques
pH _ 7,2 7,6 7,15 7,45 6,9 7,28 6,5 à 8,5
T° °C 24,1 24,2 24,1 24,1 23,5 24 ≤25
Cond µs/cm 170,7 180 179 176 171,8 175,5 100 à 1000
TH °f 4,1 4,9 4,7 5 4,8 4,7 15 à 30
TA/TAC °f 5,8 7,2 7,0 7,1 6,9 6,8 _
Chlore L mg/L 0,6 0,65 0,72 0,25 0,28 0,50 0,1 à 1
Nitrate mg/L 53,64 55,4 54,33 52,54 57,29 54,64 44
Nitrite mg/L 0 0 0 0 0 0 0,1
Plomb mg/L lmd lmd 0,05
Microbiologiques
E. coli ufc/100 mL 0
ASR ufc/100 mL
CF ufc/100 mL 0
CT ufc/100 mL 0
SF ufc/100 mL 0
V-4. Interprétations
V-4-1. Paramètres organoleptiques
La turbidité, l’odeur et l’aspect physique de l’eau jouent un rôle très important sur le critère de
la qualité des eaux souterraines, des eaux de surfaces et des eaux usées.
Résultats
26
Couleur : les trois échantillons d’eau analysée sont limpides, l’aspect physique des eaux
souterraines dépend de la structure géologique du terrain, les matériaux de conduite de
distribution et les produits chimiques utilisés dans le système de traitement.
Goût et saveur : l’eau brute (EF) et l’eau de production (EP) sont inodores et sans goût, mais
l’eau de service (ES) a une odeur de chlore et de goût désagréables. La qualité de cette eau
pour ces deux paramètres est due à l’excès de taux de chlore injecté dans l’eau au moment de
désinfection. Pour l’eau de production, elle est bonne qualité sur ces paramètres grâce à son
passage à travers le filtre charbon actif en grain qui peut améliorer la couleur, le goût et la
saveur.
Turbidité : les turbidités mesurées des trois échantillons sont présentées sur la figure 6 ci-
après :
Figure 6 : Les turbidités de ces trois échantillons
L’eau brute (eau souterraine du site SOCOLAIT) est en qualité à propos de leur turbidité,
parce que sa turbidité est inférieure à 1 NTU. Ce paramètre indique la présence ou non des
microorganismes dans l’eau ou des autres éléments qui peuvent la troubler.
D’après nos résultats, l’eau de forage EF et l’eau de production EP ne contiennent aucun
microorganisme. Le taux de chlore élevé dans l’eau de service ES peut être un moyen qui
provoque la différence entre les turbidités de ces trois échantillons. Pour l’eau de service ES,
la turbidité vaut 2,032 NTU, mais cette valeur est inférieure à la valeur limite de la norme qui
est 5 NTU. Alors l’eau de source au sein de l’usine SOCOLAIT respecte l’exigence de la
norme Malagasy sur l’eau potable.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
EF ES EP
turb
itid
é en
NT
U
Turbidité
Limite de qualité
0,868
2,032
0,876
Résultats
27
V-4-2. Paramètres physico-chimiques
Le pH :
Le résultat des analyses de pH sont donnés par la figure 7 ci-après:
Figure 7 : Evolution de pH des eaux analysées
Cette figure montre que les valeurs de pH des échantillons analysés varient entre7, 09 à 8,34.
Les pH de EF, ES et EP sont respectivement 7,09 ; 8,34 et 7,28. Ces valeurs montrent des
eaux équilibrées en concentration des ions et . Elles sont situées dans les valeurs
de pH acceptables suivant les normes qui sont entre 6,5 et 8,5. Le pH 8,34 de l’ES est dû à
l’ajout de l’hypochlorite de calcium utilisé comme désinfectant.
La température :
Les températures de l’eau varient entre 23 à 27°C. Seule la température de l’eau ES 27 °C,
est en dessus de la norme selon OMS qui est inférieure à 25°C. L’augmentation de la
température est due à la nature de matériau de conduite utilisé et aussi le taux de chlore élevé
dans cette eau mais cette température varie selon le point de prélèvement.
La conductivité :
Ces trois échantillons d’eau ont de faible conductivité électrique, leurs conductivités sont
situées entre à / Ces valeurs montrent une faible minéralisation grâce à des
forages très profonds. Elles sont en dessous de limite maximale de la norme qui est 3000
µS/cm.
6
6,5
7
7,5
8
8,5
EF ES EP
Limite inferieur
Limite supérieur de qualité
7,09
8,34
7,28
Résultats
28
La dureté totale :
Le résultat de ce paramètre est représenté sur la figure 8 ci-après:
Figure 8 : Evolution de TH des eaux
L’eau souterraine utilisé dans l’usine SOCOLAIT est très douce car les valeurs de la dureté
totale sont inférieures à 7 °f. Elle a de faible concentration en ion calcium et en ion
magnésium. Pour la préparation des aliments, l’eau faible en calcium et magnésium ne
provoque pas des effets parce que durant la fabrication des produits laitiers, la SOCOLAIT
utilise d’autres éléments contenant de taux élevé en calcium.
L’Alcalinité :
Les résultats de l’analyse de ce paramètre sont regroupés sur la figure 9 ci-après :
Figure 9 : L'alcalinité des eaux
0
1
2
3
4
5
6
7
EF ES EP
TH e
n °
f
TH
Limite de qualité
6,0
4,5 4,7
0
5
10
15
20
25
EF ES EP
TA/T
AC
en
°f
TA
TAC8,2
23,4
6,8
Résultats
29
Cette figure montre que les taux d’alcalinité (TA) de ces trois échantillons sont pratiquement
nuls, mais les taux d’alcalinité complet (TAC) varient entre 6,8 à 23,4 °f. Ce qui signifie que
l’eau au sein de la station de traitement d’eau dans l’usine SOCOLAIT n’est pas alcaline.
Le Nitrate et Nitrite :
On représente les résultats d’analyse de nitrate et nitrite sur la figure 10 ci-après:
Figure 10 : Le taux des nitrates et des nitrites dans les eaux
L’eau étudiée n’a aucun nitrite soit à l’état naturel, soit après traitement mais les taux des
nitrates de ces trois échantillons EF, ES et EP sont respectivement 56,17 mg/L, 55,40 mg/L et
44,64 mg/L. Le décret 2004- 635 du 15 juin 2004 fixe les valeurs 25 mg/L comme valeur
admissible et 44 mg/L comme valeur limite de taux des nitrates dans l’eau potable à
Madagascar. Ces valeurs sont en dessus de la limite de qualité, donc l’eau de source ne
répond pas à cette norme. Il est donc nécessaire de réduire le taux de nitrate pour répondre la
norme de la qualité de l’eau potable.
Le chlore résiduel : Le résultat de l’analyse est représenté sur la figure 11 ci-après :
Figure 4 : Taux de chlore résiduel dans les eaux
0
10
20
30
40
50
60
EF ES EP
Nit
rate
et
Nit
rite
en
mg/
l
Nitrate
Nitrite
Limite de qualité
56,17 55,4 54,64
0
1
2
3
EF ES EP
Limite de qualité
0,03
2,8
0,5
Résultats
30
Le taux de chlore résiduel ou chlore libre dans les trois échantillons d’eau varie de 0,03 à 2,80
mg/L. Cela est dû à la méthode de désinfectant chimique par l’utilisation de l’hypochlorite de
calcium. La norme de l’eau potable exige que le taux de chlore libre doive être compris entre
0,1 à 1 mg/L. Ici, celui de l’ES est très élevé, en dessus de cette norme grâce au taux élevé de
chlore injecté. Cette eau passe à travers le filtre CAG et on obtient l’EP de taux de chlore 0,50
mg/L, alors l’EP respecte la norme, mais l’ES a besoin d’optimisation pour atteindre la qualité
de l’eau utilisée c’est-à-dire il faut diminuer ce taux jusqu’à ce qu’il soit minimum pour
éviter au risque provoqué par le chlore sur notre corps humain tel le cancer grâce à la
formation des trihalométhanes (THM).
Plomb :
Les tableaux 5, 6 et 7 nous montrent que le taux de Plomb dans les trois échantillons d’eau
(EF, ES, EP) sera inférieur à 0,04 mg/L (limite de détection de l’appareil utilisé). Mais la
limite de qualité de l’eau potable selon l’OMS est 0,05mg/L, alors l’eau souterraine au sein de
l’usine SOCOLAIT répond à cette norme.
V-4-3. Paramètres bactériologiques
L’eau potable ne doit contenir aucun microorganisme pathogène et bactérie indiquant une
pollution par excréments. L’ensemble des microorganismes du groupe coliformes est le
principal indicateur bactérien recommandé pour suivre la pollution humaine. La présence de
ces microorganismes signifie que l’eau est contaminée et ils peuvent provoquer des maladies
hydriques sur le corps humain. Une eau contient une seule colonie d’Escherichia coli par 100
mL devient potentiellement dangereuse pour les consommateurs. Donc le critère de la
potabilité de l’eau se fixe sur la présence ou l’absence de ces germes témoins. Dans notre cas,
les tableaux ci-dessus montrent que l’eau dans la ressource ne contient aucun microorganisme
pathogène.
Ces bons résultats seront obtenus grâce à la profondeur de forages, la structure du terrain et la
stabilité de la température dans l’aquifère (23°C). Plus le forage est à faible profondeur, plus
l’eau est contaminée biologiquement ou chimiquement. Par contre, si le forage est très
profond, l’eau ne contient aucun microorganisme ou polluant comme dans notre cas. Alors
l’eau de source répond à la norme de l’eau potable.
Résultats
31
VI. OPTIMISATION
D’après les résultats des analyses de ces trois échantillons d’eau (EF, ES et EP), l’unité de
traitement d’eau dans l’usine SOCOLAIT nécessite une amélioration sur l’utilisation de
chlore et sur l’élimination des nitrates pour optimiser la qualité des eaux traitées.
VI-1. Chloration
VI-1-1. Principe de désinfection au chlore
La chloration est l’étape finale de traitement de l’eau de consommation. L’objectif principal
de cette addition de chlore est la désinfection et la protection de l’eau jusqu’au dernier point
de consommation. Le principe de désinfection consiste à maintenir des résidus de chlore
lorsqu’ils traversent les réseaux de distribution. L’eau filtrée avec du chlore est plus
économique parce qu’une valeur plus basse CT est exigée. C’est une combinaison de
concentration (C) et le temps de contact (T). C’est -à-dire plus la concentration C de la
solution mère d’hypochlorite injectée est élevé plus le temps de contacte T soit court.
VI-1-2. Expérience
Il est donc nécessaire de maitriser le maintien de résidu de chlore à l’entrée où le chlore est
ajouté jusqu’au dernier point de consommation.
Pour l’amélioration, on a utilisé la formule suivante pour déterminer la demande en chlore :
Tableau 8 : Différences entre les unités des grandeurs pour la détermination de la demande en
chlore au niveau du laboratoire et industrielle.
Significations Au niveau laboratoire Au niveau industriel
Q (débit eau brute) L /h
Ʈ (taux de chlore ajouté) g/ g/
C (concentration de l’hypochlorite utilisé) g/L g/L
d (débit de pompe doseuse) mL L/h
Six échantillons d’eau (eau brute) ont été collectés et mis dans des béchers de 2000 mL. Puis
une solution d’hypochlorite de concentration 3,75 g/L est ajouté dans chacune de bécher et le
taux de chlore résiduel est mesuré après 30 min.
Q × Ʈ = C × d
Résultats
32
VI-1-3. Résultats
L’analyse de chaque échantillon de volume 1,5 L est représentée sur le tableau 9 ci-après :
Tableau 9 : Demande en chlore
La figure 12 ci-après illustre la formation de chlore résiduel dans l’eau :
Figure 5 : Chloration au break-point
Zone A : consommation rapide en chlore pars les composés très réactifs,
Zone B : formation puis destruction des chloramines minérales,
Zone C : break-point,
Zone D : Chlore libre + trace de chlore combiné (trichloramine)
Cette courbe montre que le chlore résiduel se forme à partir du point critique C ou break-
point. Le taux de chlore acceptable pour l’eau potable doit être compris entre 0,1 à 1 mg/L,
donc il est nécessaire de respecter la dose de l’hypochlorite de calcium injecté afin de
permettre une bonne oxydation des matières minérales ou organiques et une destruction
effective des bactéries. Pour assurer la protection de l’eau durant son stockage et son passage
dans les lignes de distribution jusqu’au dernier point de consommation, le taux de chlore actif
ajouté doit supérieur à 0,4 mg/L. Pour améliorer le traitement au chlore de l’eau au sein de
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Chlore résiduel en mg/L
A
B
C
D
Grandeurs Echantillons
C en g/L
en mL
Ʈ en g/
t en mg/L 0
Taux de chlore ajouté mg/L
Chlore libre
Résultats
33
l’usine SOCOLAIT, il faut utiliser 0,5 g d’hypochlorite de calcium pour traiter 1 d’eau au
lieu de 4,5 g/ pour avoir le taux de chlore résiduel 0,2 mg/L. C’est-à-dire la demande en
chlore est de 0,5 g/ .
Le fonctionnement de la pompe doseuse doit être réglé pour qu’elle puisse injecter de 7,5 g
de la solution mère dans 1h donc elle injecte 2L de la solution mère de concentration 3,75 g/L
dans une heure (2L/h au lieu de 18L/h).
D = Q x Ʈ = 15 /h x 0, 5 g/ = 7, 5 g/h où D est le débit de dosage en chlore. C’est la
demande en Chlore.
VI-2. Dénitrification
VI-2-1. Objectif
L’élimination des nitrates est nécessaire lorsque leur concentration dans les eaux dépasse 44
mg/L pour éviter les risques pour la santé.
On peut utiliser différents moyens pour diminuer la concentration de nitrate dans une source :
Abandon du point d’eau polluée et recherche d’une autre source
Dilution de la ressource polluée par une autre source moins polluée
Réalisation du forage très profond
Traitement d’élimination par résine échangeuse d’ion ou par voie biologique
Alors on a deux principaux types de traitement des nitrates :
Soit par méthode physico-chimique ;
Soit par méthode biologique ;
VI-2-2. Principe de la dénitrification biologique
Les traitements biologiques sont très importants par rapport aux autres procédés pour éliminer
les nitrates car l’unité de traitement est facile à utiliser et de moindre coût. La dénitrification
biologique permet l’élimination des nitrates par leur réduction en Azote gazeux.
Elles utilisent des bactéries dénitrifiantes, qui sont des bactéries ubiquitaires, présentes dans le
milieu naturel c’est-à-dire elles sont présentes dans l’eau brute. Elles sont des bactéries de
genre Bacillus, Paracoccus et Pseudomonas (non sporulées à Gram négatif et anaérobie
facultatifs).
Résultats
34
VI-2-3. Expérience
Cent (100) millilitres de l’eau brute sont mis dans quatre fioles de 150 mL. Puis l’éthanol des
volumes différents sont ajoutés dans chaque fiole. Le temps de contact est plus de 6 h pour
avoir des résultats fiables. Après cette durée, l’eau est affinée par le charbon actif avant les
analyses des Nitrates.
VI-2-4. Résultats
Les résultats d’analyses des nitrates sont donnés par le tableau 10 ci –après :
Tableau 10 : Résultats d'analyses des nitrates dans l'eau après la dénitrification
Echantillons
V (éthanol en mL) 0 0,6 1 1,2
Taux des Nitrates (mg/L) 51,17 25,02 8,457 8,120
La figure 13 ci-après représente la variation de taux des nitrates dans l’eau en fonction du
volume d’éthanol ajouté.
Figure 6 : Variation du taux des nitrates
D’après ces résultats, il y a une réduction de taux des nitrates dans l’eau. Cette réduction
dépend de la quantité d’éthanol, les bactéries dénitrifiantes et aussi le temps de contact. Ici, le
taux de nitrates 51,17 mg/L a diminué jusqu’à 8,12 mg/L (taux des nitrates correspond au
volume d’éthanol 1,2 mL), mais l’eau traitée a une odeur d’éthanol. Donc l’élimination des
0
10
20
30
40
50
60
0 0,6 1 1,2
V d’éthanol ajouté (mL)
Taux des nitrates mg/L
Résultats
35
nitrates dans l’eau de source de l’usine SOCOLAIT, il faut ajouter 0,1 mL d’éthanol pour
traiter 100 mL (1 L d’éthanol pour 1 d’eau).
Après la dénitrification, l’eau doit passer à travers plusieurs traitements (aération, filtration
sur charbon actif CAG et la désinfection) avant de l’utiliser comme l’indique la figure 14 ci-
après :
Eau à traiter
Désinfection
Affinage
Réacteur
biologique
Aération Eau traitée
Substrat
Figure 7 : Etapes de la dénitrification biologique
Discussion
36
DISCUSSION
Ce travail a pour objectif d’optimiser la qualité des eaux utilisées au sein de l’usine
SOCOLAIT. La méthode consiste à faire le diagnostic sur le système de traitement de ces
eaux et les analyses des paramètres organoleptiques, physico-chimiques et bactériologiques de
l’eau de source (EF) et les eaux traitées (ES et EP) dans la station de traitement réalisée par la
société DOM’EAU. D’après les analyses, ce traitement nécessite l’amélioration sur
l’utilisation de l’hypochlorite de calcium comme désinfectant et aussi sur l’élimination des
nitrates car ces deux paramètres ne répondent pas aux normes de potabilité de l’eau selon la
norme Malagasy et selon OMS.
Dans cette unité de traitement, seule la chloration est le traitement chimique utilisé. Cette
méthode consiste à préparer une solution mère d’hypochlorite de calcium dans une cuve de
200 L. Une quantité de de l’hypochlorite de calcium est ajoutée dans cette cuve
contenant de l’eau et homogénéisée à l’aide d’un bâton (agitateur manuel). La solution à
injecter est concentrée de 3,75 g/L. La pompe doseuse fonctionne en continue 24 h sur 24 h,
et injecte une quantité de 18 L/h de la solution mère pour un débit 15 /h d’eau à traiter. La
dose de chlore actif dans l’eau est donc 4,5 mg/L. Après son stockage dans le réservoir et son
passage à travers les lignes de distribution, la mesure de chlore résiduel montre que le taux 4,5
mg/L diminue jusqu’à 2,80 mg/L. Cela signifie que la partie de chlore injecté est consommé
par les microorganismes et par l’oxydation des matières minérales et/ou organiques contenant
dans l’eau et le reste est appelé chlore résiduel libre (Sibille, 1997). La norme de l’eau potable
(selon OMS) exige que ce taux doit voisin de 0,2 mg/L. Le taux de chlore résiduel est donc
très supérieur à la limite maximale de cette norme (1 mg/L). Ce taux élevé est dû à la
variation du débit de forages, à l’homogénéisation de la solution à injecter. Cette variation
dépend de la saison (faible débit à la saison sèche) et la consommation journalière de l’usine.
Le chlore est toxique pour l’environnement et le corps humain si sa quantité est très élevée, il
peut s’associer avec des matières organiques ou minérales présentes dans l’eau en produisant
le bromoforme, le chloroforme, le trihalométane (THM), etc. qui sont cancérigènes (Beaudry,
1984 ; Rodier, 1996). Donc le chlore résiduel joue simplement le rôle de protéger l’eau à
travers son stockage et son passage dans les lignes de distribution jusqu’au dernier point de
consommation pour respecter les normes portants le chlore résiduel à obtenir une eau de
qualité organoleptique optimale (Delaat, 1982).
Discussion
37
Notre expérience montre que le débit de la pompe doseuse sera 2 L/h pour avoir un taux de
chlore résiduel 0,2 mg/L qui répond à la norme de l’eau potable. Ce résultat est obtenu par
l’utilisation d’une méthode nécessitant de déterminer la demande en chlore. Selon Gado en
2012, la demande en chlore dépend les éléments présents dans l’eau à traiter. D’après leur
étude sur l’eau souterraine de la ville d’Akokan (Niger), cette eau contient de Fer et des
coliformes non conformes à la norme. Donc le taux de chlore injecté doit supérieur à 0,88
mg/L pour avoir le résidu de chlore 0,18 mg/L qui est très proche de notre résultat. Par
comparaison, l’eau de source de l’usine SOCOLAIT est facile à désinfecter (aucuns
coliformes) par rapport à celle de la ville d’Akokan.
Pour les nitrates, elles sont des sels très solubles qui sont facilement entraînés en profondeur
par les eaux d'infiltration. Elles sont présentes naturellement dans les eaux, ou d’origine
agricole, les apports excessifs ou mal maîtrisés d’engrais azotés provoquent une augmentation
des nitrates dans les ressources. Les nitrates sont dangers pour l’environnement et pour la
santé, dans le corps humain, ils sont réduits en Nitrites qui se fixent sur l’hémoglobine à la
place de l’Oxygène et provoque des difficultés respiratoires (asphyxie).C’est la
méthémoglobinémie (cyanose) qui touche essentiellement les nourrissons et représente un
risque à court terme (Raymond, 1988). Le taux de nitrates dans la source d’eau de l’usine
SOCOLAIT est 56,17 mg/L, qui est au-dessus de la limite supérieure de la norme de l’eau
potable selon OMS (44 mg/L). Il est donc nécessaire de le diminuer pour éviter aux risques
sur l’environnement et sur la santé. Après l’élimination des nitrates par méthode biologique
hétérotrophe, ce taux diminue jusqu’à 8,12 mg/L. Le rendement de dénitrification est donc
85%. D’après Céline en 2006, le rendement est 80% par l’utilisation du réacteur Nitraflux,
alors on peut dire que notre résultat est fiable. La partie des nitrates présents dans l’eau brute
est donc transformée en azote gazeux sous l’action des bactéries dénitrifiantes existant dans
l’eau en présence de l’éthanol qui est un substrat carboné. L’eau traitée par cette méthode
biologique n’est généralement pas utilisables directement mais elle doit subir d’autres
traitements :
Aération : élimination de l’azote gazeux
Filtration : fixation des biomasses
Désinfection : destruction et élimination des microorganismes.
Conclusion et Perspectives
38
CONCLUSION et PERSPECTIVES
Cette étude a permis d’améliorer le système de traitement d’eau dans l’usine SOCOLAIT
ANTSIRABE. Ces analyses nous ont donné des idées sur la qualité des eaux, la plupart des
paramètres analysés respectent la norme Malagasy et la norme selon OMS sauf pour le taux
de chlore résiduel libre et le taux de nitrates.
Afin de garantir la qualité de l’eau sur une bonne désinfection par le chlore, il est nécessaire
de diminuer la quantité de chlore injecté dans l’eau à traiter pour un temps de contact
nécessaire en déterminant la demande en chlore pour le traitement de cette ressource. En plus,
le taux de nitrates est très élevé dans cette eau, la méthode biologique hétérotrophe est utilisée
pour le réduire. Elle utilise des bactéries dénitrifiantes de genre Bacillus, Paracoccus et
Pseudomonas présentes dans l’eau. Ces bactéries réagissent avec les nitrates en présence
d’éthanol comme un substrat carboné organique. Après la réaction, les nitrates se
transforment en azote gazeux.
Par ailleurs, le système de désinfection au chlore dépend fortement au débit de forages
utilisés. La pompe doseuse de chlore actuel et l’agitation manuelle sur la solution à injecter
ne sont pas conformes à cet état de forages. Il faut chercher une autre pompe doseuse
automatique mais dépendant de ce débit. Ce débit varie en fonction de la saison et la
consommation de l’usine, cela entraîne un taux de chlore très bas ou très élevé dans l’eau
traitée.
Outre les améliorations ci-dessus, nous recommandons aux opérateurs du SOCOLAIT de
faire le prélèvement et l’analyse de chlore résiduel une fois par jour, des analyses
microbiologiques deux fois par semaine et aussi le suivi de fonctionnement de la
dénitrification afin de mieux contrôler la qualité de l’eau, le bassin de stockage nécessite un
nettoyage annuel pour respecter la dose de l’hypochlorite.
Ce travail est loin d’être terminé, il est nécessaire de faire d’autres analyses
physicochimiques :
Taux des Hydrocarbures : il y a de groupe électrogène placé à 3 m de la ressource,
Taux de Fer
Paramètres radioactifs : Antsirabe est une zone volcanique et uranifaire,
En plus, l’usine SOCOLAIT utilise deux autres puits de faible profondeur dans la saison
sèche grâce à la diminution de débit des deux forages. Mais un puits de faible profondeur est
Conclusion et Perspectives
39
facilement contaminé donc il peut être chargé de plusieurs contaminants. Alors il est
nécessaire de faire un diagnostic de ces deux puits avant l’utilisation.
Enfin, le bassin dans cette station de traitement joue un rôle d’un réacteur, donc il nécessite
d’aération.
Références bibliographiques
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Références bibliographiques
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Annexes
ANNEXES
ANNEXE 1 : Norme selon OMS pour l’eau potable
L’OMS donne les limites acceptables pour les différents paramètres pour l’eau potable
comme l’indique le tableau suivant :
Tableau a : Normes de la qualité de l’eau destinée à la consommation selon OMS
Paramètres Limites
acceptables
Unité
PARAMETRES
MICROBIOLOGIQUES
Coliformes totaux 0 UFC/100 mL
Streptocoques fécaux 0 UFC/100 mL
ColifIormes
thérmotolérants
0 UFC/100 mL
Escherichia. Coli 0 UFC/100 mL
PARAMETRES
ORGANOLEPTIQUES
Couleur 15 mg /L (Pt-Co)
Odeur Absent -
Turbidité 5 NTU
PARAMETRES
PHYSIQUES
pH 6,5 à 8,5 -
Température Inférieure à 25 °C
PARAMETRES
CHIMIQUES
Chlorures 250 mg /L
Magnésium - mg/L
Calcium 400 mg/L
Sodium 40 mg/L
Nitrates 44 mg/L
Nitrites 0,1 mg /L
Le Chlore 0,1 à 1 mg / L
Chlorure de vinyle 0,5 µg /L
METAUX LOURDS Plomb 0,05 mg /L
Cadmium
PARAMETRES
RADIOACTIFS
Tritium 100 Bq/L
Source : OMS, 2004
Annexes
ANNEXE 2 : Norme malagasy pour l’eau potable
Selon le décret N°2004-635 du 15 juin 2004, l’Etat malagasy se fixe les valeurs de limite de
qualité des eaux de consommation dont certains sont présentés sur le tableau suivant :
Tableau b : Normes Malagasy sur la potabilité de l’eau de boisson.
PARAMETRES
ORGANOLEPTIQUES
Unité Limite de qualité
Couleur Incolore
Odeur Absence
Saveur Absence
Turbidité NTU
PARAMETRES PHYSIQUES
Température °C
pH 6,5 à 9
Conductivité µS/cm
PARAMETRES CHIMIQUES
TH mg/L en CaCO3 500
Phosphate mg/L 0,5
Chlorure mg/L 250
Calcium mg/L 200
Magnésium mg/L 50
Sulfate mg/L 250
Nitrate mg/L 50
Nitrite mg/L 0,1
Azote total mg/L 2
Fer total mg/L 0,5
Manganèse mg/L 0,05
Cuivre mg/L 1
Chlore libre mg/L
LES ELEMENTS TOXIQUES
Plomb mg/L 0,05
Arsenic mg/L 0,05
Cadmium mg/L 0,005
Mercure mg/L 0,001
PARAMETRES BACTERIOLOGIQUES
Coliformes totaux /100mL 0
Streptocoques fécaux /100mL 0
Escherichia. Coli /100mL 0
Source : JIRAMA
Annexes
ANNEXE 3 : Composition des milieux de culture
5-1- m-Enterococcus Agar
Extrait enzymatique de caséine 15,0 g/L
Extrait enzymatique de lait de soja 5,0 g/L
Extrait de levure 5,0 g/L
Dextrose 2,0 g/L
Phosphate dipotassique 4,0 g/L
Azide de sodium 0,4 g/L
2,3,5 Triphenyl Tetrazolium Chloride 0,1 g/L
Agar 10,0 g/L
pH final 7,2
TSC Agar (Tryptose Sulfite Cyclosérine Agar)
Peptone 31 g/L
Metabusuflite de sodium 1,0 g/L
Extrait de levure 5,0 g/L
Citrate de fer ammoniacal 2,0 g/L
Agar 14,0 g/L
pH final 7,6
Gélose Lactosé au TTC et Tergitol 7
Peptone 20,5 g/L
Lactose 20,0 g/L
Tergitol 7 0,1 g/L
Bleu de bromothymol 0,05 g/L
Agar 13,0 g/L
pH final 7,2
Annexes
ANNEXE 4 : Mode opératoires des analyses physico-chimiques
Détermination des paramètres physicochimiques
Le pH est mesuré directement à l’aide d’un pH-mètre selon la norme
AFNOR. Cette méthode consiste à plonger l’électrode de cet appareil dans l’échantillon. Il
faut étalonner cet appareil avant à l’aide d’une solution tampon.
Source : Cliché par l’auteur
La température, on la mesure à l’aide d’un thermomètre ou par un
conductimètre électrique.
La conductivité est mesurée par un conductimètre électrique, la valeur
trouvée est exprimé en µs/cm.
Source : Cliché par l’auteur
La turbidité, mesurée par méthode néphélométrique à l’aide d’un
turbidimètre. C’est un appareil qui constitue d’un faisceau lumineux de dirsction horizontale
qui traverse la cuve contenant l’échantillon, une partie de cette lumière est diffusuée par
l’effet Tyndall grâce aux particules en suspenssions.
Annexes
Dureté total, déterminée par complexométrie à l’EDTA.
TAC, ce paramètre est déterminé par l’acidimétrie
Mode opératoire : On prend 100 ml d’eau à analyser, puis on verse 2 à 3 gouttes de
phénolphtaléine (coloration violacée) puis on titre le mélange avec l’acide sulfurique N/50. La
quantité d’acide utilisé est la valeur en °f du TA. En trouvant la valeur du TA, on met dans la
même solution, de l’hélianthine 2 à 3 gouttes (coloration jaune orangé) et on titre de nouveau
la solution jusqu’à obtention d’un virage, en ajoutant la quantité d’acide pour le titrage avec la
quantité pour le TA, on obtient la valeur de TAC en °f.
Le chlore résiduel est déterminé à l’aide d’un appareil photométrique PM
620 de type Lovibond.
Mode opératoire : La mesure s’est faite à l’aide d’un photomètre PM 620 de marque
Lovibond. Le réactif utilisé est le Diéthyl para-Phénylène Diamine (DPD), qui donne une
coloration rose à l’eau en présence de Chlore. La méthodologie consiste à préparer un
échantillon témoin dans une cuve, puis à introduire dans une autre cuve quelques gouttes
d’eau à analyser auxquelles on ajoute le DPD écrasé à l’aide d’un petit pilon en plastique.
Ensuite la cuve contenant les gouttes d’eau jusqu’au trait de jauge est rempli. Pour la lecture
du Chlore libre résiduel, le test Chlore libre a été choisi et la cuve témoin a été inséré dans
l’appareil dans un premier temps. Une fois que le photomètre est prêt à lire la valeur de
Chlore libre résiduel de l’échantillon en mg/L ou en ppm, la deuxième cuve a été alors insérée
dans un second temps.
Source : Cliché par l’auteur
Annexes
Nitrates, le taux de Nitrate dans l’eau est trouvé par absorption de rayon
UV.
Mode opératoire : La prise d’essai est de 10 ml pour chaque échantillon à doser. On la verse
dans un bécher de 100 ml.
- on alcalise l’échantillon en y versant quelques gouttes (5 gouttes environ) de
NaOH
- on ajoute ensuite 1 ml de solution de Salicylate de Sodium d’une concentration de
5%
- on introduit la solution préparée dans une étuve à 80°C pour qu’elle s’évapore
jusqu’à ne laisser que des résidus blanches sur la paroi du bécher. Le temps
nécessaire dépendra de la capacité de la solution à laisser évaporer l’eau pour ne
laisser que les résidus secs.
- Une fois faite, le bécher sera mis sur la paillasse pour être refroidie, on pourra
ensuite réaliser l’humections.
Humections :
Le résidu sera humecté avec 2 ml d’acide sulfurique concentré afin d’assurer que tout le
précipité se dissolve dans l’acide.
On laisse la solution se mélanger en 10 minutes le temps que le résidu s’imprègne totalement
de l’acide puis on y verse 15 ml d’eau distillée suivi de 15 ml de Tartrate double.
On remarque alors qu’une coloration jaune se développant progressivement. Son intensité
sera proportionnelle à la quantité de Nitrate présent dans l’échantillon analysée.
On effectue la mesure de la quantité de Nitrate de l’échantillon en mesurant l’absorbance y
correspondant grâce au spectrophotomètre UV sur une longueur d’onde de 415 nm.
La concentration exacte s’obtient par la courbe d’étalonnage.
Elle est exprimée en mg/L par la formule :
[NO3]= [(3,275*Abs) + 0,032]*46/14
Annexes
Nitrites :
Mode opératoire : Le dosage se fait par la méthode à la Sulfanilamide
Réactifs et matériels :
- Bécher de 100mL
- Sulfanilamide
- Naphtylènediamine N-1
- Etuve thermostatée
- Séctrophotomètre d’Absorption atomique
Mode opératoire
Le principe du mode opératoire est le même que celui du dosage du Nitrate.
La prise d’essai est de 50 ml pour chaque échantillon à laquelle on ajoute 1mL de la solution
de Sulfanilamide que l’on laisse au repos pendant 10 minutes.
On y ajoute ensuite 1mL de solution de N-1 Naphtylènediamine
On incube le mélange dans une chambre noire afin de permettre le développement de la
coloration rose caractéristique de la présence de nitrite dans l’échantillon. Le temps
d’incubation est d’environ 20 à 30 minutes.
La lecture des résultats se fait en mesure l’absorbance au spectrophotomètre sur une longueur
d’onde de 543 nm.
On effectue la courbe d’étalonnage pour tirer la concentration en Nitrite de la solution.
L’expression des résultats en µg/L sera faite grâce à la formule suivante :
[NO2]=[(317,8*Abs) – 0.346]*46/14
RESUME
La production de l’eau de bonne qualité est le premier but d’un service distributeur d’eau.
Pour maintenir la qualité de l’eau, l’unité de système de traitement d’eau dans l’usine
SOCOLAIT nécessite une amélioration soutenue. L’eau utilisée dans cette usine est de type
souterrain. L’utilisation des éléments de traitement comme le filtre sable, le filtre charbon
actif et la désinfection au chlore et le rayonnement ultra-violet ne garantit pas la protection de
l’eau jusqu’au dernier point d’utilisation. Les analyses des paramètres physico-chimiques
présentent en général les résultats de taux de chlore résiduel (2,8 mg/L) et les nitrates (56,17
mg/L) non conformes à la norme Malagasy. Pour respecter cette norme, il est nécessaire de
maitriser l’utilisation de l’hypochlorite de calcium en déterminant la demande en chlore (0,5
g/ pour avoir un taux de chlore libre 0,2 mg/L, et de transformer les nitrates en azote
gazeux sous l’action des bactéries dénitrifiantes en présence de substrat carboné organique. Le
taux de nitrates 56,17 mg/L diminue jusqu’à 8,12 mg/L.
Mots clés : Traitement, chloration, eau potable, optimisation.
ABSTRACT
Quality water production is the primary purpose of water dispenser service. To maintain the
water quality, the unit of water treatment process has been a continuous improvement. The
water used in the SOCOLAIT factory is underground water. They use of processing elements
of treatment such as sand filter, activated carbon filter, chlorine disinfection and ultraviolet
radiation does not guarantee the protection of the water until the last stich using. The physical
and chemical analyses of sample water results which not comply with Malagasy standards for
the residual chlorine levels (2,8 mg/L) and the nitrate (56,17 mg/L), it’s the bare essentials
control to use the calcium hypochlorite in determining the demand for chlorine (0,5 mg/L) for
having of residual chlorine 0,2 mg/L, and transform to the nitrate in gaseous nitrogen to be an
effect in the denitrifying bacteria in the presence of organic carbon substrate. This rate of
Nitrate 56,17 mg/L to reduce until 8,12 mg/L.
Keywords : Treatment, chlorination, drinking water, optimization
Encadreur : Dr Rado RASOLOMAMPIANINA
Titre : Optimisation de la qualité des eaux de forages utilisées
au sein de l’usine SOCOLAIT Antsirabe.
Nombre de pages : 42, Nombre de figures : 14, Nombre de tableaux : 10
Nom et Prénom : RAFALIMANANA Rémi Charles
Tel : 033 13 875 23
Email : [email protected]