La matière minérale contient : - de l'argile formé de silicates d'aluminium colorés en rouge par les ions ferriques Fe 3+ 4-

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1 Chap. 3 Qualité des sols et de l eau I Le sol 1 Constitution Le sol superficiel = terre arable (plantes y développent leurs racines) Le soussol La roche mère 2 Composition des sols La terre arable est composée de 4 constituants principaux 25 % d'air 25 % d'eau 45 à 47 % de matière minérale 3 à 5 % de matière organique La matière minérale contient : de l'argile formé de silicates d'aluminium colorés en rouge par les ions ferriques Fe 3+ 4 : SiO 4 Al 3+, il joue un rôle important car il participe à la cohésion des sols de calcaire composé de carbonate de calcium CaCO 3 plus ou moins pur et chimiquement très actif de sable composé principalement de silice SiO 2 qui rend la terre meuble. L'eau et l'air circulent entre les parties solides. L'eau jouant un rôle important car elle transporte le CO 2 et aussi certains ions présents dans la matière solide. Cette solution est ensuite absorbée par les plantes. La matière organique est appelée HUMUS, et elle provient de la décomposition des végétaux et des animaux. La proportion des trois composants permet de déterminer si une terre est siliceuse, calcaire ou argileuse. elle est siliceuse si elle contient plus de 70 % de silice elle est calcaire si elle contient plus de 30 % de calcaire et elle est argileuse si elle contient plus de 30 % d'argile (la proportion d'humus augmentant elle aussi). 3 Le complexe argilohumique Si on laisse décanter une solution de terre et d'eau, on obtient une solution brune qui contient des particules d'argile et d'humus en suspension qui forment des amas de molécules et d'ions, appelée micelles, de charge électrique globale négative. Si on ajoute une solution de NaCl (CaCl 2 ) elles se rassemblent alors en flocons d'aspect gélatineux constituant le Complexe HargiloHumique, particules d'environs 2 µm de diamètre appelée encore colloïdes du sol. Les C.A.H. s'édifient naturellement dans le sol en s'entourant des différents cations présents dans le sol H +, NH 4 +, Mg 2+, K +, Ca 2+. NO 3 n'est pas fixé mais PO 4 3 l'est grâce à la formation à la surface du C.A.H. d'un "pont calcique". Il joue le rôle de réserve, mais aussi un rôle acidobasique important II Engrais et produits phytosanitaires 1 Les engrais simples Ils ne contiennent qu'un seul élément fertilisant N, P ou K Page 1 sur 9

2 a. Les engrais azotés Ils apportent l'élément azote sous différentes formes Les engrais nitriques contiennent l'azote sous la forme d'ion nitrate NO 3 : NaNO 3, Ca(NO 3 ) 2 ils sont assimilables directement par les plantes Les engrais ammoniacaux contiennent l'azote sous la forme d'ion ammonium NH 4 + : NH 4 Cl, (NH 4 ) 2 SO 4. NH 4 + est fixé par le C.A.H. puis lentement est transformé en NO 3 Les engrais ammoniacaux nitrique appelés commercialement amonitrates NH 4 + et NO 3 le nitrate d'ammonium NH 4 NO 3 L'ammoniac NH 3 utilisé sous forme liquide injecté dans le sol NH 2 L'urée O = C engrais très utilisé en France NH 2 Ils sont tous obtenus par synthèse à partir de l'ammoniac b Les engrais phosphatés Proviennent essentiellement de gisement de phosphate de calcium Ca 3 (PO 4 ) 2 peu solubles, ils doivent être transformés en : superphosphates normal ou double (suivant les proportions) : mélange de Ca(H 2 PO 4 ) 2 et de CaSO 4 superphosphate triple Ca(H 2 PO 4 ) 2 c Les engrais potassiques Issus des mines de potasse, gisement d'un minerai, la sylvinite composé essentiellement de KCl et de NaCl. Le plus vendu étant KCl obtenu par séparation des éléments. 2 Les engrais composés Soit parce qu'ils sont des associations d'engrais simples, soit parce que ce sont des engrais complexes qui contiennent au moins deux éléments différents dans leur composition Les engrais composés binaires (NP, PK ou NK) KNO 3, NH 4 H 2 PO 4, KH 2 PO 4. Les engrais composés ternaires N, P et K 3 Formule d'un engrais Les engrais ternaires ont pour formule un ensemble de trois nombre dans l'ordre N, P, K Ces nombres indiquent les pourcentages massique en : azote pour N P 2 O 5 pour P K 2 O pour K %N lu directement %P = 0,43 % P 2 O 5 %K = 0,83 % K 2 O Un engrais signifie que pour 100 kg d'engrais il y a 15 kg de N 11 kg de P 2 O 5 4,73 kg de P 20 kg de K 2 O 16,6 kg de K 4 Les produits phytosanitaires Un produit phytosanitaire (étymologiquement : phyto + sanitaire = "«santé des plantes») est un produit utilisé pour soigner ou prévenir les maladies des organismes végétaux. Les substances actives sont minérales (ex : sulfate de cuivre) ou organiques (ex : carbamates). Elles sont d'origine naturelle (ex : Bacillus thuringiensis), ou issues de la chimie de synthèse (ex : glyphosate). Page 2 sur 9

3 5 Utilisation d une échelle de teinte La chlorose se traduit par un jaunissement des feuilles, elle est la conséquence d une carence en fer, le sulfate de fer II est le principe actif des produits phytosanitaires utilisés pour combattre cette maladie. Le but de ce dosage est de déterminer la concentration en mg/l des ions fer dans un produit phytosanitaire. Le dosage est fait par comparaison avec une échelle de teintes correspondant à des solutions d'ions fer III dont on connaît la concentration en mg/l a) Préparation des solutions d'ions fer III A partir d'une solution mère d'ions fer III de concentration 100 mg/l, on réalise par dilution des solutions filles de concentration 2, 4, 6,.18, 20 mg/l en ions fer III. b) Préparation de l échelle de teintes Dans 10 tubes à essais, verser respectivement à l'aide d'une pipette 10 ml de chacune des solutions filles. Dans chaque tube, ajouter 1 ml d'acide chlorhydrique à 6 mol.l 1. Dans chaque tube, ajouter 1 ml de solution de thiocyanate de potassium à 0,1 mol.l 1. Dans chaque tube, ajouter 2 ml d'eau oxygénée à 20 volumes. Mélanger chaque tube. c) Préparation du produit pour l'analyse Dans un tube à essais, verser 10 ml de solution de produit phytosanitaire, 1 ml d'acide chlorhydrique, 1 ml de solution de thiocyanate de potassium et 2mL d'eau oxygénée. Mélanger. 1 L acide chlorhydrique sert à acidifier la solution et l eau oxygénée sert à oxyder les ions fer II en ions fer III 2Les ions SCN réagissent avec les ions fer II et donne une coloration rouge sang qui dépend de la concentration en ions fer III III. Problèmes liés à l'utilisation des engrais et des produits phytosanitaires 1 Origine de la pollution des eaux Il existe une contamination des eaux de surfaces (rivières, lacs étang) ou souterraine (nappe phréatique) par des composés chimiques: phosphates, nitrates, pesticides... C'est une préoccupation des pouvoirs publics. * Les phosphates et nitrates sont responsables du phénomène d'eutrophisation des eaux de surface, ce qui asphyxie le milieu * L'eau n'est plus potable à partir d'un certain seuil de concentration massique en ion nitrate En France ce seuil a été fixé à 50 mg.l 1 Les espèces chimiques impliquées proviennent des excès d'engrais qui n'ont pas été assimilés par les plantes, de l'utilisation de produits phytosanitaires dont l'élimination peut être très lente (DDT interdit en 1974 car le temps de demi vie est de 20 ans) 2 Lutte contre la pollution Il existe maintenant une surveillance des eaux dans lesquelles on mesure certaines grandeurs dont le taux est fixé par des organismes tels que l'o.m.s. Mais surveiller ne suffit pas, il faut aussi agir. Etablir des plans rationnels de fumure des sols. Utiliser des produits rapidement biodégradables. Mise au point d'enrobage retard pour les engrais au nitrate. Développer les moyens de lutte biologique et génétique et surtout sensibiliser l'opinion public afin d'éviter les excès qui sont nuisibles à l'environnement. Page 3 sur 9

4 IV. Qualité de l eau Sans eau, la vie n'existerait pas sur Terre, les premiers êtres vivants sont apparus dans l'océan il y a 3,8 milliards d'années. Les conditions de chaleur et de lumière étaient réunies dans les mers pour permettre l'éclosion des premiers organismes vivants. Tous les organismes vivants sont en grande partie formés d'eau (60 % de la masse d'un homme adulte ou 95 % de la masse d'une salade). L'eau est nécessaire au métabolisme (ensemble des transformations physiques et chimiques qui se produisent dans un organisme), elle transporte la nourriture et elle permet l'élimination des déchets. Un homme adulte doit absorber environ 2,5 L d'eau par jour grâce à l'ensemble de son alimentation. La quantité d'eau douce sur Terre devrait être suffisante pour satisfaire aux besoins des six milliards d'hommes, mais l'eau occupe une place considérable dans les activités industrielles et domestiques. Ainsi la consommation d'eau douce a doublé entre 1940 et 1980 puis à nouveau entre 1980 et Dans quatrevingt pays, il faut dès maintenant faire face à la pénurie. On pense également dans un très proche avenir réutiliser directement les eaux usées ou alors pomper l'eau de mer puis la dessaler, ce qui est très coûteux. Pendant des millénaires, l'eau a été considérée comme un bien inépuisable. Aujourd'hui, une consommation excessive et mal contrôlée ainsi que de nombreuses pollutions nous amènent à réfléchir sur le devenir de l'eau. Il ne suffit pas d'avoir de l'eau, encore fautil qu'elle soit de qualité et mieux partagée par les habitants de la Terre. 1 Critère de potabilité Nos besoins en eau nous ont fait passer de l'emploi des eaux de source et de nappe à une utilisation d plus en plus poussée des eaux de surface. En France, 60% de l'eau potable provient des eaux souterraines et 40% est produite à partir de l'eau de fleuves, des rivières et des lacs. L'eau naturelle n'est pas directement consommable : il faut la traiter afin de la rendre potable. Avant d'arriver à nos robinets, l'eau captée dans la nature doit subir une série d'opérations dans une usine de traitement. L'eau potable est le produit alimentaire le plus surveillé. Les normes de qualité de l'eau potable définies par le ministère de la Santé et le Parlement Européen sont très rigoureuses. L'eau doit subi régulièrement une série de 63 analyses différentes qui permettront de tester 7 groupes de paramètres Les paramètres organoleptiques : couleur, saveur, odeur et transparence Les paramètres physicochimiques : température, ph et conductivité électrique Les paramètres concernant les substances «indésirables» : teneur maîtrisée en nitrates, sulfate chlorures, sodium, fluor... Les paramètres concernant les substances toxiques : doses infimes en plomb, chrome, mercure, arsenic,... Les paramètres microbiologiques : absence de parasites, de bactéries et de virus pathogènes Doses infimes en pesticides et produits apparentés Les paramètres concernant les eaux adoucies et déminéralisées : teneur minimale en calcium magnésium, hydrogénocarbonate. Quelques exemples de critères de potabilité Le sodium : C est un élément vital. Les risques dus à un excès de sodium intéressent principalement 1es nourrissons et les personnes atteintes de troubles cardiaques, vasculaires et rénaux qui doive suivre un régime sans sel. Valeur limite réglementaire: 150 mg/l Page 4 sur 9

5 Les sulfates : ils peuvent avoir un effet purgatif et entraîner une déshydratation et une irritation gastrique. Ils donnent mauvais goût à l'eau et peuvent entraîner des effets de corrosion des canalisations. Valeur limite réglementaire : 250 mg/l Les chlorures : ils interviennent dans la désinfection de l'eau. Ils ne présentent aucun risque pour la santé mais donnent à l'eau un goût fort désagréable d'eau de Javel. Valeur limite réglementaire : 200 mg/l Les nitrates : ils peuvent provoquer un mauvais transfert de l'oxygène vers le sang, surtout chez les nourrissons de moins de 6 mois. Valeur limite réglementaire : 50 mg/l Le fluor : c est un oligoélément bénéfique pour la santé mais un excès peut entraîner des risques de fluorose dentaire (taches brunes sur l'émail des dents). Valeur limite réglementaire : 1,5 mg/l Le plomb : c est un métal très toxique. L'organisme le stocke et cela peut provoquer, chez les enfants, un retard psychomoteur et des troubles du comportement (saturnisme). Valeur limite réglementaire : 0,05 mg/l 2 Eaux de consommation Existe til plusieurs types d'eaux de consommation? L eau minérale et l eau de source. Activité documentaire : «Quelques informations sur les eaux de consommation» L'eau minérale naturelle possède des propriétés favorables à la santé et officiellement reconnues, mais certaines eaux contiennent des éléments qui pris en grande quantité ou quotidiennement peuvent être néfastes. L'ensemble des critères de qualité (débit, température, composition minérale, aspect et goût) doit être constant. Elle subit de nombreux contrôles quotidiens et ne peut provenir que d'une seule source (il en existe 1200 en France). Lorsque l'eau a été reconnue d'intérêt public, elle se voit attribuer un périmètre de protection dans lequel les travaux souterrains sont quasiment interdits. Les valeurs thérapeutiques de certaines eaux minérales sont utilisées lors de cures thermales. L'eau de source provient de sources différentes, même de régions éloignées. Elle doit être conforme aux normes de l'eau potable mais l'ensemble de ses critères de qualité n'est pas obligatoirement constant. L'exploitation d'une source nécessite une autorisation préfectorale et un avis du conseil départemental d'hygiène. Toutes les eaux de consommation n'ont pas la même composition chimique, c'est à dire qu'elles ne contiennent pas toutes les mêmes substances minérales. Pour que l'eau s'imprègne de minéraux et se charge parfois en gaz carbonique (dioxyde de carbone), elle doit séjourner de nombreuses années dans le sous sol. Dans les couches profondes, il existe des eaux qui datent de plus de ans. Chaque eau acquiert sa composition minérale spécifique selon la constitution des couches rocheuses traversées. Les substances minérales sont très importantes pour l'organisme humain, malheureusement il ne peut les produire lui même et doit donc les rechercher dans la nourriture. Les compositions moyennes des eaux minérales sont données en milligramme par litre (mg/l) : Page 5 sur 9

6 Arvie Carola bleue Contrex Courmayeur Evian Vichy StYorre Vittel Volvic Sodium Na , ,8 9,4 Potassium K , ,7 Calcium Ca ,9 Magnésium Mg ,1 Chlorure Cl ,6 <1 4, ,4 Nitrate NO ,7 <2 3,8 4,6 6,3 Hydrogénocarbonate HCO ,3 Sulfate 2 SO ,9 ph 6,3 7,4 7,2 6,6 7 Remarque: Les ions hydrogénocarbonate sont parfois appelés ions bicarbonate. Questions : 1. Quelle est la principale différence entre une eau minérale et une eau de source? Une eau minérale a des critères constants et ne provient que d une seule source ce qui n est pas le cas d une eau de source. 2. Pourquoi ce terme de «minéral»? Les eaux contiennent des substances minérales provenant des sous sols de la Terre. 3. Comment expliquer la différence de minéralisation entre deux eaux? Elles ne proviennent pas des mêmes lieux donc elles ne traversent pas les mêmes roches et n ont pas la même composition chimique. 4. Parmi les différentes eaux, quelle est l'eau la plus minéralisée? La moins minéralisée? Vichy StYorre est la plus minéralisée et Volvic est la moins minéralisée 3. Tests gustatifs sur des eaux Un écrivain français célèbre, dont nous découvrirons le nom par la suite, a écrit «L'eau! Eau, tu n'as ni goût, ni couleur, ni arôme, on ne peut te définir, on te goûte sans te connaître. Tu n'es pas nécessaire à la vie : tu es la vie». L'eau minérale a t elle un goût? Nous allons le vérifier par des tests. Goûter chaque eau, lire l'étiquette ou se référer au tableau ci dessus et compléter le tableau suivant : Eau Contrex Volvic Evian Vichy St Yorre distillée Goût aucun amer doux doux Salé Ion(s) majoritaire(s) Aucun sulfate Hydrogénocarbonate peu Hydrogénocarbonate peu hydrogénocarbonate Page 6 sur 9

7 Qui est à l'origine du goût d'une eau minérale? Conclusion:L eau d Evian est dite équilibrée, elle sert de référence. Les eaux minérales ont un goût plus ou moins marqué que l on apprécie ou non, ce goût provient de la composition minérale spécifique. 4 Mesure du ph d'une eau Les étiquettes que l'on trouve sur les bouteilles d'eau indiquent souvent leur ph. Quelle propriété de l'eau met on en évidence? Acide, basique ou neutre Pour quelles valeurs de ph une eau est elle acide, basique ou neutre? Comment peut on déterminer ou mesurer le ph d'une eau? phmètre, ou papier ph qui contient des indicateurs colorés acido basiques Déterminer le ph de l'eau d Evian à l'aide d'un papier ph et d'un ph mètre. Comparer les résultats avec l'indication de l'étiquette. Mesures : Indication de l'étiquette: ph = 7,2 Papier ph : ph = 7 ph mètre : ph = 7,1 Que constate t on? Les eaux minérales ont un ph proche de 7, elles sont neutres. 5 Traitements des eaux naturelles Le traitement des eaux s'effectue dans des usines et débute par un pompage en nappe ou en rivière. Le schéma classique de traitement comprend six étapes a) Dégrillage et tamisage Verser de l'eau brute (eau, humus, terre argileuse, brindilles et petits cailloux) dans un bécher sur lequel on aura tendu un morceau de tulle. Observations et schéma: tulle eau brute Les débris et les déchets solides sont retenus par les grilles ou le tulle. b) Floculation et décantation Verser dans le bécher de l'eau de chaux pour neutraliser l'acidité de l'eau et ajouter une solution de sulfate d'aluminium. Laisser reposer. Observations et schéma : Le sulfate d aluminium provoque la floculation. Les flocons ainsi formés se déposent au fond par décantation Sous l action d un réactif, les particules en suspension non retenues par les tamis forment des flocons plus gros qui se déposent par décantation. Page 7 sur 9

8 c) Filtration sur sable ou nano filtration Expériences : Placer audessus d'un bécher un entonnoir contenant un morceau de coton et du sable préalablement lavé. Verser une partie de l'eau surnageante de l'expérience précédente. Observations et schéma : L eau récupérée est pratiquement limpide. L eau traverse une couche de sable ou nano filtre qui retient les dernières particules en suspension. d) Ozonation L ozonation a pour but de détruire les virus et les bactéries. e) Filtration sur charbon actif Placer audessus d'un bécher un entonnoir contenant un morceau de coton et du charbon actif préalablement lavé. Dans un autre bécher préparer un mélange de cocacola. Faire passer le mélange sur le charbon actif (plusieurs fois si nécessaire). Observations et schéma : L eau est encore plus limpide et moins odorante Le charbon actif permet de retenir les matières organiques responsables du goût et des odeurs. f) Injection de chlore Le chlore est un désinfectant 6 Dessaler l'eau de mer Dans certains pays, il est nécessaire de rendre l'eau de mer potable. Le procédé de dessalement le plus direct est la distillation. Verser de l'eau salée dans un tube à essais. Ajouter du nitrate d'argent. Observer. Observations : Il se forme un précipité blanc qui noircit à la lumière : présence d ion chlorure Thermomètre Réaliser une distillation de l'eau salée. Recueillir le distillat et ajouter du nitrate d'argent. Observations : Colonne à distiller Réfrigérant droit Distillat Ballon Eau salée Chauffe ballon Le distillat obtenu ne réagit pas avec le nitrate d argent, on obtient de l eau pure. 7 Adoucir une eau dure Lorsque l'eau est trop dure c'estàdire lorsqu'elle contient trop d'ions calcium, il faut l'adoucir en la faisant passer sur une résine échangeuse d'ions. Page 8 sur 9

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