Potabilité (partie 1/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - Réaliser les dosages physico‑chimiques usuels (pH, turbidité, chlorures, nitrates, dureté) selon les normes camerounaises (MINSANTE, OMS) ; - Interpréter les résultats de contrôle qualité et décider des actions correctives sur une station de traitement d’eau potable ; - Décrire les étapes d’installation d’une unité de traitement (pré‑traitement, coagulation‑floculation, sédimentation, filtration, désinfection) en respectant les règles de sécurité et d’hygiène ; - Élaborer un schéma de procédé simple et établir un devis sommaire des matériels nécessaires. **Prérequis** : - Notions de chimie générale (solutions, équilibres acido‑basiques, réactions d’oxydo‑réduction) ; - Connaissances de base en hydraulique (débit, perte de charge) ; - Lecture de schémas de procédés et utilisation d’un manomètre, d’un turbidimètre et d’un pH‑mètre. --- ## Introduction contextualisée Au Cameroun, l’accès à l’eau potable reste un défi majeur, surtout en milieu rural où les points d’eau sont souvent contaminés par des matières en suspension, des pathogènes ou des polluants chimiques (nitrates, métaux lourds). Le programme technique du secondaire prépare les futurs techniciens de l’eau à assurer la **potabilité** de l’eau distribuée, en maîtrisant à la fois le **dosage et le contrôle qualité** (Leçon 7) et l’**installation d’une station de traitement** (Leçon 8). Ces compétences sont directement mobilisables sur des chantiers de construction ou de réhabilitation d’ouvrages d’alimentation en eau potable (AEP) financés par le MINEE, le PNDP ou des partenaires internationaux (AFD, Banque mondiale). --- ## I. Dosage et contrôle qualité ### A. Principes du contrôle qualité de l’eau potable Le contrôle qualité vise à vérifier que l’eau respecte les valeurs limites définies par l’arrêté n° 001/MINSANTE du 12 janvier 2018 relatif à la qualité de l’eau destinée à la consommation humaine. Les paramètres essentiels sont : | Paramètre | Valeur limite (OMS/Cameroun) | Unité | Méthode de dosage courante | |-----------|------------------------------|-------|----------------------------| | pH | 6,5 – 8,5 | – | pH‑mètre électrode verre | | Turbidité | ≤ 5 NTU | NTU | Turbidimètre à lumière diffuse | | Chlorures | ≤ 250 mg/L | mg/L | Titration au nitrate d’argent (méthode Mohr) | | Nitrates | ≤ 50 mg/L (as NO₃⁻) | mg/L | Méthode du cadmium réducteur (spectrophotométrie à 540 nm) | | Dureté totale | ≤ 30 °F | °F | Titration au EDTA (méthode complexe) | | Coliformes totaux | 0 UFC/100 mL | UFC/100 mL | Filtration sur membrane 0,45 µm + incubation m‑Endo | > **À retenir** : Toute valeur dépassant la limite entraîne une non‑conformité et nécessite une action corrective (ajustement de dosage, reprise du traitement, voire rejet de l’eau). ### B. Dosage du pH et de la turbidité 1. **pH** : Étalonner le pH‑mètre avec deux tampons (pH 4,00 et pH 7,00) à température ambiante (20‑25 °C). Immerger l’électrode dans l’échantillon, attendre la stabilisation (≤ 0,01 pH unité) et lire la valeur. 2. **Turbidité** : Prélever 100 mL d’eau dans un récipient propre, éviter les bulles d’air. Placer le récipient dans le turbidimètre, zéro l’appareil avec de l’eau déionisée, puis lire la turbidité en NTU. > **À retenir** : Le pH influence l’efficacité de la coagulation et la désinfection au chlore ; une turbidité > 5 NTU masque les microorganismes lors de l’analyse microbiologique. ### C. Dosage des chlorures (méthode Mohr) **Réaction** : Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl(s) (blanc) ; en présence de chromate de potassium (K₂CrO₄) comme indicateur, l’excès d’Ag⁺ forme Ag₂CrO₄ (rouge brique) à la fin du point d’équivalence. **Procédure** : 1. Prélever 50 mL d’échantillon dans un Erlenmeyer. 2. Ajouter 1 mL de solution de chromate de potassium 5 % (indicateur). 3. Titrer avec une solution nitrate d’argent 0,01 M jusqu’à apparition d’une couleur rouge brique persistante. 4. Noter le volume V (mL) de AgNO₃ consommé. **Calcul** : \[ \text{[Cl⁻]} (\text{mg/L}) = \frac{V_{\text{AgNO₃}} \times N_{\text{AgNO₃}} \times 35,45 \times 1000}{V_{\text{échantillon}}} \] où \(N_{\text{AgNO₃}}\) = normalité (eq/L) = 0,01 eq/L pour AgNO₃ monovalent, 35,45 g/mol = masse molaire du Cl⁻, \(V_{\text{échantillon}}\) en mL. **Exemple chiffré** : - V AgNO₃ = 12,4 mL - V échantillon = 50 mL \[ \text{[Cl⁻]} = \frac{12,4 \times 0,01 \times 35,45 \times 1000}{50} = 87,9 \text{ mg/L} \] Résultat conforme (< 250 mg/L). > **À retenir** : La méthode Mohr est valable uniquement pour des eaux légèrement acides à neutres (pH 4‑8) ; en milieu fortement alcalin, précipiter l’Ag₂O fausse le résultat. ### D. Dosage des nitrates (méthode du cadmium réducteur) **Principe** : Le nitrate est réduit en nitrite par une colonne de cadmium métallique ; le nitrite réagit ensuite avec du sulfanilamide et du N‑(1‑naphtyl)éthylènediamine pour former un composé azoïque rose mesurable à 540 nm. **Étapes** : 1. Conditionner la colonne Cd (lavage à l’eau déionisée, puis à une solution de sulfate de cuivre 0,1 M pour activer le cadmium). 2. Passer 25 mL d’échantillon à débit constant (≈ 5 mL/min). 3. Collecter l’éluat, ajouter 1 mL de réactif sulfanilamide, puis 1 mL de réactif NED. 4. Mélanger, attendre 10 min (développement de la couleur), mesurer l’absorbance à 540 nm. 5. Utiliser l’étalon‑ligne (préparée avec des solutions étalons de nitrate de potassium 0‑10 mg/L) pour convertir l’absorbance en concentration. > **À retenir** : Le cadmium est toxique ; manipuler la colonne avec des gants nitrile et travailler sous hotte. Éliminer les déchets selon la réglementation des déchets dangereux (Décret n° 2015/322 du MINEE). ### E. Contrôle microbiologique rapide (test de présence/absence) Bien que non exigé en laboratoire de base, le test de présence/absence des coliformes totaux à l’aide de milieux sélectifs (m‑Endo) permet une vérification quotidienne sur le terrain : - Filtrer 100 mL d’eau sur une membrane 0,45 µm. - Placer la membrane sur une boîte Pétri contenant du milieu m‑Endo. - Incuber 24 h à 35 ± 0,5 °C. - Compter les colonies roses à bordeaux. > **À retenir** : Toute colonie observée rend l’eau non potable ; il faut alors renforcer la chloration ou réviser le fonctionnement du filtre. --- ## II. Installation d’une station de traitement d’eau potable ### A. Étapes générales d’un procédé conventionnel 1. **Pré‑traitement** : tamisage (grille 20 mm) et désablage (bassin de décantation ou hydrocyclone) pour éliminer les gros débris et les sables. 2. **Coagulation‑floculation** : ajout d’un coagulant (sulfate d’aluminium Al₂(SO₄)₃·18H₂O ou chlorure ferrique FeCl₃) suivi d’un floculant (polymère anionique) pour agglomérer les particules colloïdales. 3. **Sédimentation** : bassin de décantation où les flocs se déposent sous l’effet de la gravité (vitesse de montée ≤ 1,5 m/h). 4. **Filtration** : lit de sable (granulométrie 0,4‑0,8 mm) ou filtration sur membrane ultrafiltration (0,01 µm) pour retenir les flocs résiduels. 5. **Désinfection** : injection de chlore gazeux (Cl₂) ou d’hypochlorite de sodium (NaOCl) pour atteindre une concentration résiduelle de 0,2‑0,5 mg/L Cl₂ libre après 30 min de contact. 6. **Stockage et distribution** : réservoir d’eau traitée (cuve en béton armé ou acier inoxydable) avec surpresseur pour maintenir la pression réseau. > **À retenir** : Chaque étape doit être dimensionnée en fonction du débit de pointe (Qₚ) prévu pour la communauté desservie (ex. : 150 L/hab/jour). ### B. Dimensionnement du bassin de coagulation‑floculation **Données** : - Débit de pointe Qₚ = 20 m³/h (≈ 480 m³/jour) pour un village de 800 habitants. - Temps de rétention souhaité : t_c = 20 min (coagulation) + 30 min (floculation) = 50 min = 0,833 h. - Profondeur utile du bassin : H = 2,5 m (standard). **Volume nécessaire** : \[ V = Qₚ \times t_c = 20 \text{ m³/h} \times 0,833 \text{ h} = 16,7 \text{ m³} \] **Surface au sol** : \[ S = \frac{V}{H} = \frac{16,7}{2,5} = 6,68 \text{ m²} \] On choisit un bassin rectangulaire de 2,8 m × 2,4 m (≈ 6,7 m²) avec une profondeur de 2,5 m. > **À retenir** : Le temps de rétention trop court diminue l’efficacité de la coagulation ; trop long augmente les coûts de construction et le risque de sédimentation prématurée des flocs. ### C. Choix et dosage du coagulant **Coagulant le plus utilisé au Cameroun** : sulfate d’aluminium (Alum) Al₂(SO₄)₃·18H₂O, prix moyen 350 FCFA/kg. **Dosage typique** : 10‑30 mg/L d’Al³⁺ (équivalent à 120‑370 mg/L d’Alum). **Exemple de calcul** : On veut 20 mg/L d’Al³⁺. - Masse molaire de Al³⁺ = 26,98 g/mol. - Masse molaire de Al₂(SO₄)₃·18H₂O ≈ 666,2 g/mol. - Fraction d’Al³⁺ dans l’Alum = (2×26,98)/666,2 ≈ 0,081 (8,1 %). - Masse d’Alum nécessaire pour apporter 20 mg/L d’Al³⁺ = 20 mg/L ÷ 0,081 ≈ 247 mg/L ≈ 0,247 g/L. - Pour un débit de pointe Qₚ = 20 m³/h (= 20 000 L/h), la consommation d’Alum = 0,247 g/L × 20 000 L/h = 4 940 g/h ≈ 4,9 kg/h. - Sur une journée de fonctionnement (24 h), cela représente ≈ 118 kg d’Alum. > **À retenir** : Un dosage insuffisant de coagulant entraîne une mauvaise floculation, tandis qu'un excès augmente les coûts et peut résulter en une eau résiduellement turbide ou en une consommation excessive de produits chimiques.