Chapitre 3 : Qualité des eaux

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1 NOURRIR L'HUMANITE Chapitre 3 : Qualité des eaux I- Eau du robinet, eau de source ou eau minérale? Document 1 Nous avons besoin de 2,5 litres d'eau par jour pour assurer le bon fonctionnement de notre organisme. Eau du robinet, eau de source ou eau minérale, en quoi sontelles différentes et laquelle vous convient le mieux? Bien s'hydrater est essentiel au bon fonctionnement de notre organisme. Une bonne hydratation nous permet de résister aux infections, d'éviter crampes, maux de tête et trous de mémoire, d'améliorer notre transit intestinal Nous avons besoin de 2,5 litres d'eau par jour. Les aliments en apportent une partie. Mais l'essentiel reste la boisson. L'eau surtout, la plus désaltérante et la moins chère des liquides. Ce cadeau de la nature nous vient soit des rivières et lacs (40 %), soit d'eaux souterraines (60 %). Filtrée, désinfectée pour éliminer microbes, pesticides et excès de nitrates, contrôlée en permanence, elle doit satisfaire à 50 normes européennes garantissant qu'on peut "en boire 2 litres par jour tout au long de sa vie sans risque pour la santé". Selon la Direction générale de la santé, chaque année, un foyer français sur vingt reçoit, dans la plupart des cas durant un à quelques jours, une eau non conforme. Au robinet : un excellent rapport qualité/prix Longtemps les Français ont boudé l'eau du robinet : en 2006, 45 % de la population en buvait plusieurs fois par jour. Cette année, pour la première fois depuis 1999, les Français déclarent boire plus d'eau du robinet et moins d'eau plate en bouteille. Côté porte-monnaie, son prix est imbattable : en moyenne 0,0029 au litre, soit de 100 à 250 fois moins que les eaux minérales. Sans compter qu'elle contribue à la protection de l'environnement (économie de pétrole pour le transport et la confection des bouteilles, absence de déchets). Pour éliminer l'odeur de chlore, il suffit de la conserver au frais ou d'y ajouter un peu de citron. Souvent riche en calcaire, donc en calcium, elle aide à renforcer la solidité osseuse. Par précaution, vérifiez sur la facture ou à la mairie que son taux de nitrates reste inférieur à 15 mg si elle est bue par un enfant de moins de 6 mois ou une femme enceinte ou allaitante. Et l'eau de source? L'eau de source et l'eau minérale proviennent de nappes souterraines protégées. Sans microbes, elles contiennent moins de 10 mg de nitrates par litre. Les eaux de source ont une composition en sels minéraux variable, comme l'eau du robinet, car sous une même marque (Aquarel, Cristaline, César, Manon ) on trouve de l'eau émanant de différentes sources. Leur minéralisation totale reste contrôlée et limitée à mg par litre. L'eau minérale convient à tous! Les eaux minérales ont, quant à elles, toujours la même composition. Faiblement minéralisées (extrait sec inférieur à 500 mg par litre), elles conviennent à tous, même aux nourrissons, dont les reins immatures ne supportent pas l'excès de minéraux. Moyennement ou très minéralisées, elles complètent les apports alimentaires (calcium, magnésium ) mais risquent de surcharger l'organisme (sodium, fluor). Il faut donc les choisir selon ses besoins. Sauf carence identifiée, il est conseillé d'alterner les marques. Attention aux eaux aromatisées, souvent riches en sucre! Enfin, une bouteille qui reste à la lumière ou ouverte plus de 24 heures favorise le développement de microorganismes pouvant provoquer des dérangements intestinaux. Florence Daine et Agnès Duperrin - Septembre 2007 le 22/08/07. Notre temps.com

2 Document 2 : Les critères physicochimiques de potabilité Ces critères concernent en premier lieu l eau brute, que l on capte dans une nappe d'eau souterraine ou dans une eau de surface et à partir de laquelle on va produire de l eau potable. Cette eau brute que l on prélève dans le milieu naturel doit répondre à des exigences de qualité. Elle subit un traitement de potabilisation plus ou moins poussé selon sa qualité. L'eau produite qui est ensuite distribuée aux consommateurs doit être potable c'est-à-dire conforme aux exigences de qualité de l'eau destinée à la consommation humaine. Les normes ou seuils pour l'eau brute et l'eau distribuée sont précises par les textes de lois (arrêtés du 11 janvier 2007). La législation a évolué dans le temps en relation avec l'amélioration des connaissances scientifiques. Par exemple, le décret du 20 décembre 2001, instauré suite à la directive européenne du 3 novembre 1998, comptait 56 paramètres à contrôler pour l'eau distribuée. Les exigences de qualité sont de plus en plus sévères et contraignantes. Ainsi, entre les textes législatifs de 2001 et de 2006, la valeur limite pour le plomb passe de 50 µg/l à 25 µg/l en 2003 puis à 10 µg/l à l'échéance de l'année 2013, pour les bromates (sous-produit de désinfection à l'ozone) la norme passe de 25 µg/l à 10 µg/l, et de 0,03 µg/l à 0,1 µg/l pour certains pesticides. Exemples de paramètres mesurés pour le contrôle de l'eau potable Critères organoleptiques Coloration, turbidité, odeur, saveur Critères physico-chimiques ph, oxygène dissous, DCO (Demande Chimique en Oxygène). Substances indésirables Nitrates, hydrocarbures Substances toxiques Arsenic, cadmium, cyanures... Microbiologie Coliformes, streptocoques Pesticides et produits apparentés Aldrine, dieldrine, heptachlore Eaux minérales : pas forcément potables Les eaux minérales sont des eaux de source qui présentent des propriétés particulières : elles contiennent des minéraux et des oligo-éléments qui peuvent leur conférer certaines vertus thérapeutiques. En France, une eau ne peut-être qualifiée «minérale» que si elle a été reconnue par l Académie Nationale de Médecine. Si l on s en tient aux seuls paramètres de potabilité, une eau minérale n est pas forcément une eau potable. Le tableau suivant vous donne un exemple d une eau reconnue pour ses vertus digestives et les valeurs limites prévues par la réglementation Eau de Contrex : Minéralisation en mg/l Ion calcium magnésium fluorure sulfate sodium hydrogénocarbonate nitrate potassium Concentration massique en mg/l Résidu sec à 180 C : mg/l , ,7 3,2 Normes de potabilité pour les eaux du robinet et les eaux de source Ion chlorure sulfate magnésium sodium potassium nitrate fluorure teneur maximale en mg/l ,5 Résidus secs à 180 C : mg/l Bien que non potable, cette eau minérale n en est pas pour autant impropre à la consommation. Ses qualités thérapeutiques proviennent même de sa forte minéralisation. Mais une consommation exclusive et trop fréquente de cette eau pourrait avoir aussi des effets néfastes sur la santé. Il existe même des contre-indications à l usage de certaines eaux minérales. Celles qui contiennent de fortes teneurs en sodium ne conviennent pas aux personnes devant suivre un régime sans sel. D une façon générale, il faut éviter de ne boire que de l eau minérale A partir des documents, définir une eau du robinet, une eau de source et une eau minérale. 2- Comment expliquer que toutes les eaux n ont pas la même composition en sels minéraux?

3 3- Citer des sels minéraux présents dans une eau de consommation. 4- Qu est-ce que la minéralisation totale (ou résidus à sec) d une eau de consommation? 5- Pourquoi l eau de Contrex n est-elle pas potable au sens des arrêtés du 11 janvier 2007? II- Analyse d'une eau Exploitation du TP analyse d'une eau III- Traitement d'une eau Le document ci-dessous schématise les différents traitements subis par une eau de surface pour la rendre potable. 1- Captage : dans un premier temps, l'eau est captée à partir de ressources superficielles ou souterraines puis conduite par une canalisation jusqu'à l'usine de potabilisation. 2- Dégrillage : dés la prise d'eau, l'eau passe à travers des grilles pour arrêter les corps flottants et les gros déchets. 3- Tamisage : c'est un filtrage plus fin, à travers des tamis destinés à arrêter les déchets plus petits, sable, plancton Floculation - Décantation : cette étape permet d'éliminer 90 % des matières en suspension. Ainsi, après avoir versé un produit coagulant dans l'eau, - procédé permettant d'agréger les matières en suspension, les impuretés se regroupent et forment de petits paquets «les flocs» qui tombent au fond du bassin de décantation. 5- Filtration : elle contribue à l'élimination des particules en suspension invisibles mais encore présentes. La filtration est réalisée sur des matériaux classiques (sable) ou adsorbants (charbon actifs en grain ou en poudre). Dans certaines installations, on utilise des membranes capables de filtrer les particules d'une taille infime (microfiltration, ultrafiltration, nano-filtration). 6- Désinfection/Ozonation : l'étape essentielle de désinfection est commune à toutes les filières, elle a pour but de neutraliser les virus et les bactéries pathogènes ; on injecte dans l'eau de l'ozone (gaz). Parfois on utilise les ultraviolets. 7- Traitement spécifique : adsorption sur charbon actif. Traitement d'affinage permettant d'éliminer les matières organiques et améliorant les qualités organoleptiques de l'eau (saveur, odeur, limpidité). 8- Chloration : une fois traitée, l'eau doit encore voyager dans les canalisations pour atteindre les robinets. L'ajout d'une infime quantité de chlore préserve la qualité de l'eau tout au long de son parcours dans les canalisations. 9- Stockage Distribution : une fois rendue potable, l'eau est envoyée dans des réservoirs où elle est stockée avant d'être acheminée par un réseau de canalisations souterraines dans les habitations.

4 IV- La dureté d'une eau La publicité nous montre souvent des machines à laver en panne à cause d un dépôt de calcaire. A quoi est dû ce dépôt? Dans deux tubes à essais, verser environ 1 ml de savon liquide. Ajouter dans le premier tube environ 5 ml d eau de Volvic et dans le deuxième tube environ 5 ml d eau de Contrexeville. Boucher les tubes et les agiter de la même manière. Laisser reposer. Rechercher dans le tableau ci-dessus les teneurs en ions calcium et magnésium des deux eaux minérales : u Volvic Ca 2+ : mg/l Mg 2+ : mg/l u Contrexeville Ca 2+ : mg/l Mg 2+ : mg/l 1- Observations et conclusion Le degré hydrotimétrique ou dureté de l eau est un indicateur de sa minéralisation. Il est proportionnel à la concentration en calcium et magnésium. Le degré hydrotimétrique s exprime en degré français ( F). Un degré français équivaut à 4 mg de calcium par litre et à 2,4 mg de magnésium par litre. Interprétation de la valeur du degré hydrotimétrique de l eau : Valeur comprise entre 0 et 10 F : eau très douce Valeur comprise entre 10 et 20 F : eau douce Valeur comprise entre 20 et 30 F : eau moyennement dure Valeur comprise entre 30 et 40 F : eau dure Valeur supérieure à 40 F : eau très dure Le degré hydrotimétrique idéal est compris entre 15 F et 25 F. L eau dure n a pas d effets nocifs sur la santé. La dureté de l eau se constate principalement par la formation de dépôts insolubles avec les savons («l eau ne mousse pas») et par l entartrage des circuits d eau chaude. L eau dure est désagréable pour la peau et modifie le goût des aliments. Une eau trop douce peut présenter des inconvénients pour la santé du fait de la dissolution des métaux des canalisations tels que le fer ou le plomb et qui seront alors ingérés par notre organisme. Ces eaux présentent également un risque de corrosion pour les canalisations. V- Adoucissement d'une eau dure Dans le cas d eau à minéralisation excessive (eau salée, eau très dure), plusieurs procédés sont utilisables : * la distillation qui consiste à vaporiser l eau salée et à liquéfier la vapeur d eau obtenue ; * l osmose inverse qui est une filtration sous pression à travers une membrane ne laissant passer que les molécules d eau ; * la déminéralisation à l aide de résines échangeuses d ions (les ions calcium Ca 2+ et magnésium Mg 2+ se fixent sur la membrane et leur concentration dans l eau diminue). En général un adoucisseur d eau utilise une résine chargée en saumure, solution saturée de chlorure de sodium. La résine échangeuse d ions est faite de petites billes à base de polystyrène.

5 Etape 1 : Adoucissement L'eau entrante est dure : elle est riche en ions Mg 2+ et Ca 2+. La résine est riche en ions Na +. En traversant la résine l'eau s'appauvrit en ions Mg 2+ et Ca 2+ et s'enrichit en ions Na +. Elle est donc adoucit. L'eau est ensuite aspirée vers le haut de la colonne et en ressort. Etape 2 : Régénération de la colonne Après plusieurs passages d'eau dure, la résine est si riche en ions Mg 2+ et Ca 2+ et si pauvre en ions Na + qu'elle ne peut plus adoucir l'eau. Une saumure riche en ions Na + est alors introduite. En traversant la résine elle s'appauvrit en ions Na + et s'enrichit en ions Mg 2+ et Ca 2+. La résine s'enrichit en ions Na +. La solution ainsi enrichie en ions Mg 2+ et Ca 2+ est aspirée vers le haut de la colonne pour être éliminée. VI- Dessalement de l'eau de mer L osmose est un mot d origine grecque signifiant «poussée» et désignant la force qui tend à équilibrer les concentrations entre deux milieux séparés par une membrane. Si la membrane est semi-perméable (ne laissant passer que l eau) et si elle sépare deux milieux aqueux, le phénomène d osmose induit une migration de l eau du milieu le plus dilué vers le plus concentré. Pour produire de l eau potable à partir d eau salée, il faut inverser le phénomène d osmose, c est-à-dire faire passer l eau, à travers la membrane semi-perméable, du milieu le plus concentré, l eau salée, vers le milieu le plus dilué. Pour obtenir ce résultat, on exerce une forte pression sur l eau salée. Ce procédé appelé «osmose inverse» permet d obtenir de l eau douce (montage ci-dessus). Dessaler de l eau de mer pour produire de l eau potable est une méthode coûteuse seulement à la portée de pays riches, notamment ceux disposant d importantes ressources énergétiques. Par exemple, aux Emirats Arabes Unis, l usine de Jebel Ali (photographie) produit à elle seule m 3 /jour.