OPTIMISATION DE LA QUALITE DES EAUX DE …biblio.univ-antananarivo.mg/pdfs/rafalimananaRemiC_PC_MAST2_16.pdf · Monsieur David DE LA FUENTE, Directeur de l’usine SOCOLAIT Antsirabe,

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)

Je dédie ce mémoire de fin d’étude à moi-même,

ma chère famille, et mes cher(e)s ami(e)s.

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

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.

Première partie : SYNTHESE

BIBLIOGRAPHIQUE

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.


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


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).


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.


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


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.


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


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


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).


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


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).


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


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 )


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

Deuxième partie : ETUDES

EXPERIMENTALES

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


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


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.


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.


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


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


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

Troisième Partie : RESULTATS

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


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


Microbiologiques


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


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


Microbiologiques


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

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

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.

REFERNCES BIBLIOGRAPHIQUES

Références bibliographiques

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34

ANNEXES

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.


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.


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]

Documents

OPTIMISATION DE LA QUALITE DES EAUX DE …biblio.univ-antananarivo.mg/pdfs/rafalimananaRemiC_PC_MAST2_16.pdf · Monsieur David DE LA FUENTE, Directeur de l’usine SOCOLAIT Antsirabe,