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Analyses de l'eau / Présentation generale
Les études de qualité des eaux naturelles comportent trois
étapes :
- l'échantillonnage,
- l'analyse,
- l'interprétation.
L'échantillonnage.
L'échantillonnage est primordial car il conditionne la pertinence
de l'analyse. Il doit être de qualité mais également
représentatif de ce que l'on veut analyser.
Les échantillons d'eau doivent être prélevés
dans des récipients propres, rincés plusieurs fois avec
l'eau à analyser, puis fermés hermétiquement sans
laisser de bulles d'air dans le flacon.
Matériau de flaconnage
La
nature du matériau du récipient de prélèvement
est importante, car celui-ci ne doit pas entrer en réaction avec
l'eau à analyser => Passage en solution d'éléments
chimiques entrant dans la composition du flacon ou fixation de certains
ions de l'eau sur les parois du récipient… Le matériau
idéal n'existe pas et l'emploi de tel produit plutôt que
tel autre dépend de la nature des éléments à
doser :
- le quartz est le matériau
le plus adapté pour la bonne conservation des échantillons
mais s'avère très fragile ;
- le verre et le Pyrex peuvent
être employés sans problème pour le dosage des
ions majeurs. Cependant des oligo-éléments peuvent passer
en solution dans l'eau (silice du verre et bore du Pyrex) ;
- le polyéthylène
est souvent recommandé pour tout échantillonnage, surtout
pour les prélèvements en vue de mesures d'éléments
radioactifs. Relativement poreux vis-à-vis des gaz, on lui
préfère cependant le verre pour le prélèvement
et la conservation des eaux fortement chargées en gaz (la diffusion
est cependant assez lente).
- les sachets de prélèvement
en polyvinyle présentent l'avantage de ne servir qu'une seule
fois, mai ils ont l'inconvénient de libérer du chlore
si ces sachets restent trop longtemps exposés à la lumière.
Modifications possibles de l'échantillon
Le fait de prélever
un échantillon d'eau et de le séparer de son milieu naturel
entraîne des modifications plus ou moins importantes selon les
paramètres. Certains peuvent être considérés
comme stables à l'échelle de temps à laquelle on
travaille, mais d'autres varient très rapidement : la température,
la conductivité, le pH et les gaz dissous, enfin les nitrates
et les sulfates.
Une variation de température
entraîne une modification des constantes d'équilibres des
éléments en suspension. Pour établir de nouveaux
équilibres à la nouvelle température ambiante,
diverses réactions chimiques se produisent qui peuvent entraîner
la précipitation de sels, favoriser la mise en solution de gaz…
Toutefois, une température basse (environ 4°C) bloque l'évolution
des réactions.
La mise en contact avec l'air
et la décompression sont également responsable de changements
au sein de la solution.
Chaque espèce ionique
participe à la conductivité totale d'une solution. Aussi,
toute modification des équilibres chimiques, donc des proportions
relatives des éléments dissous, entraîne un changement
de conductivité. Le CO2 en solution tend d'autant
plus à s'échapper que la température de l'eau est
plus élevée. Un départ de CO2 peut provoquer
la précipitation de carbonate, qui à son tour modifie
le pH. Les nitrates et les sulfates peuvent être réduits
par l'activité bactérienne.
Représentativité des échantillons
- Puits et forages
Un prélèvement effectué sur une eau ayant longtemps
stagné n'est pas représentatif de la nappe. En effet,
l'eau a subi l'influence du matériau de tubage et des éléments
extérieurs (pollution, pluie…). Pour obtenir un échantillon
moyen de l'horizon capté, il est nécessaire de pomper
suffisamment longtemps pour renouveler l'eau contenue dans le tubage
/ cuvelage. Si l'ouvrage capte plusieurs horizons aquifères,
l'échantillon sera un mélange des différentes
eaux, dont les proportions sont directement liées aux transmissivités
des différents niveaux. Pour obtenir des échantillons
ponctuels à différentes profondeurs, il est possible
d'utiliser des récipients lestés et munis d'un système
de fermeture actionnable depuis la surface (hydrocapteurs). Pour limiter
le brassage de l'eau lors de la prise d'échantillon, il est
recommandé d'utiliser des hydrocapteurs dont le diamètre
est très inférieur à celui du forage et de les
manipuler avec une extrême lenteur. L'utilisation d'hydrocapteurs
descendus en positions ouverte permet de les rincer au fur et à
mesure de leur descente.
- Eaux superficielles
Les prélèvements doivent être effectués
de façon à éviter au maximum les effets de bords
(oxygénation trop très de la surface, mise en suspension
des matières solides trop près du fond, eau stagnante
trop près des rives…). Il peut être nécessaire
de constituer un échantillon " moyen " en mêlant
plusieurs prélèvements effectués en divers points
d'une section de rivière, afin de mieux connaître la
chimie moyenne de l'eau sur un section donnée. En revanche,
il est indispensable d'effectuer différents prélèvements
dans l'espace et dans le temps et de les traiter séparément
pour étudier le fonctionnement d'une mare.
Mesures in situ
La température, le pH, la conductivité, l'alcalinité
et l'oxygène dissous doivent être mesurés in situ.
En effet, ces paramètres sont très sensibles aux conditions
de milieu et susceptible de varier dans des proportions importantes s'ils
ne sont pas mesurés sur site.
L'idéal est d'effectuer les mesures en continu (sauf l'alcalinité
qui se mesure par titration), en plein courant s'il s'agit d'une rivière,
ou dans un seau placé au refoulement de la pompe s'il s'agit d'eau
souterraine. Il faut veiller à ne pas aérer l'eau (risque
de précipitation d'éléments en solution, oxygénation…).
Méthodes d'analyse.
Les matériels et méthodes utilisables sur le terrain sont
présentés dans le tableau ci-dessous :
Tableau 1 : matériels et méthodes d'analyse
de l'eau sur le terrain (source : DROUART Eric,
VOUILLAMOZ Jean-Michel, Alimentation en eau potable des populations
menacées,
Action contre la faim, Hermann éditeurs, 1999, paris)
|
Paramètre
|
Mesure par sonde portative électrochimique
|
Photométrie (spectrométrie)
|
Titration ou colorimétrie
|
|
pH
|
X
|
|
|
|
Conductivité
|
X
|
|
|
|
Chlorures
|
X
|
X
|
X
|
|
Alcalinité
|
|
|
X
|
|
Phosphates
|
X
|
X
|
X
|
|
Sulfates
|
|
X
|
X
|
|
Nitrates / Nitrites
|
Nitrates
|
|
|
|
Ammoniac
|
X
|
X
|
X
|
|
Calcium
|
X
|
X
|
X
|
|
Magnésium
|
X
|
X
|
X
|
|
Sodium
|
X
|
|
|
|
Potassium
|
X
|
X
|
X
|
|
Dureté
|
|
X
|
X
|
|
Fer
|
|
X
|
X
|
|
Manganèse
|
|
X
|
X
|
|
Fluorures
|
X
|
X
|
|
|
Silice
|
|
X
|
X
|
|
Aluminium
|
|
|
X
|
|
Chlore
|
|
|
X
|
|
Hydrogène sulfuré
|
|
X
|
X
|
|
Oxygène
|
X
|
|
|
|
Oxydabilité
|
|
|
X
|
Les méthodes évoquées dans le tableau ci-dessus
correspondent à l'emploi de matériel léger et relativement
convivial. Il faut cependant garder en mémoire le fait que :
- les analyses réalisées par colorimétrie et interprétées
visuellement ne sont pas très précises ;
- les analyses faites par ionométrie, requérant l'emploi
de sonde spécifique, sont simples à mettre en œuvre, mais
les sondes sont fragiles et de durée de vie limitée (environ
un an et onéreuses) ;
- pour obtenir des analyses précises des éléments
" majeurs ", il est recommandé de s'adresser à
un laboratoire, ce qui ne représente pas un coût excessif.
De plus, cela permet de valider les analyses réalisées
par l'équipement de terrain, qui pourra, le cas échéant,
être utilisé de façon plus routinière ;
- l'utilisation de bandelette pour la mesure du pH donne des résultats
approximatifs.
Eléments d'interprétation
La
conductivité, la température et le pH permettent de définir
les caractéristiques fondamentales de l'eau. La recherche des
contrastes de ces paramètres entre différents points de
mesures facilite la mise en évidence de zones d'alimentation,
de pollution ou de géologie différente.
- Eaux de surface.
Le pH, la conductivité,
l'oxygène dissous, la température et la turbidité
sont mesurés in situ. Ils permettent une première estimation
de la qualité du milieu.
Les phosphates, l'ammoniac,
les nitrates et le fer permettent d'apprécier l'impact de rejets
polluants. Les analyses bactériologiques confirment, en général,
la pollution microbienne de ces eaux de surface et permettent d'en fixer
l'importance.
Les indices biologiques sont
surtout intéressants pour les eaux courantes. Les périodes
et les stations d'études doivent être choisies pour cerner
au mieux la variabilité spatiale et temporelle de la qualité
du milieu (cf. paragraphe relatif à l'échantillonnage).
Une grille d'analyse type
est présentée dans le tableau 2 ci-dessous.
Tableau 2 : grille d'interprétation de l'analyse
d'eau de surface destinée à la consommation humaine (source :
DROUART Eric, VOUILLAMOZ Jean-Michel, Alimentation en eau potable des
populations menacées,
Action contre la faim, Hermann éditeurs, 1999, paris)
|
|
Traitement physique simple, désinfection
|
Traitements physiques et chimiques,
désinfection
|
Traitements physiques et chimiques
approfondis, affinage, désinfection
|
|
|
Valeur guide
|
Impératif
|
Valeur guide
|
Impératif
|
Valeur guide
|
Impératif
|
|
pH
|
6,5 à 8,5
|
|
5,5 à 9
|
|
5,5 à 9
|
|
| Conductivité
(m S/cm à 20°C) |
1.000
|
|
1.000
|
|
1.000
|
|
|
Température (°C)
|
22
|
25
|
22
|
25
|
22
|
25
|
|
Oxygène dissous (% saturation)
|
> 70
|
|
> 50
|
|
> 30
|
|
|
DBO5 (mg/l O2)
|
< 3
|
|
< 5
|
|
< 7
|
|
|
DCO
|
|
|
|
|
30
|
|
|
NH4+ (mg/l)
|
0,005
|
|
1
|
1,5
|
2
|
4
|
|
NO3- (mg/l)
|
25
|
50
|
|
50
|
|
50
|
|
P2O5 (mg/l)
|
0,4
|
|
0,7
|
|
0,7
|
|
|
Fer dissous (mg/l)
|
0,1
|
0,3
|
1
|
2
|
1
|
|
|
Mn (mg/l)
|
0,05
|
|
0,1
|
|
1
|
|
|
Coliformes totaux (nombre/100 ml)
|
50
|
|
5.000
|
|
50.000
|
|
|
Coliforme thermotolérants
(nombre/100 ml)
|
20
|
|
2.000
|
|
20.000
|
|
Cette grille, issue de la norme française, doit être interprétée
en fonction du contexte d'intervention et complétée par
les indices mentionnés dans le tableau 3 ci-dessous :
Tableau 3 : indicateurs chimiques de qualité
des eaux de surface (source : DROUART Eric,
VOUILLAMOZ Jean-Michel, Alimentation en eau potable des populations
menacées,
Action contre la faim, Hermann éditeurs, 1999, paris)
|
|
Situation normale / eau normale
|
Situation douteuse / eau pollué
|
Situation anormale / eau fortement
polluée
|
|
SO42- (mg/l)
|
< 20
|
20 à 120
|
> 120
|
|
PO42- (mg/l)
|
|
300 à 500
|
> 500
|
|
NO2- (mg/l)
|
< 0,01
|
0,01 à 0,1
|
> 1
|
|
NH4+ (mg/l)
|
< 0.01
|
0,01 à 0,1
|
> 1
|
|
Oxydabilité (mg/l O2)
|
> 2
|
2 à 3
|
3 à 6
|
|
DBO5 (mg/l O2)
|
< 1
|
3 à 6
|
> 6
|
|