Potabilité (partie 2/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À l’issue de ce chapitre, l’élève sera capable de : - réaliser un contrôle complet de la potabilité d’un échantillon d’eau selon les normes camerounaises (MINSANTE, OMS) ; - interpréter les résultats physico‑chimiques et microbiologiques en fonction des seuils réglementaires ; - proposer et mettre en œuvre un traitement correctif adapté lorsqu’une non‑conformité est détectée ; - rédiger un rapport de contrôle incluant les conclusions et les recommandations d’hygiène. **Prérequis** : maîtrise des notions de base vues en première : - paramètres physico‑chimiques de l’eau (pH, conductivité, turbidité, dureté, chlorures, nitrates, matières organiques) ; - méthodes d’analyse microbiologique (numération des coliformes totaux, fécaux, E. coli) ; - principes des traitements de base (filtration, chloration, UV, adsorption sur charbon actif) ; - lecture d’un certificat d’analyse et utilisation d’un tableau de seuils limites. > **>** Les seuils de potabilité au Cameroun (arrêté n° 001/MINSANTE du 12 janvier 2022) sont : pH 6,5‑8,5 ; turbidité ≤ 5 NTU ; chlorures ≤ 250 mg/L ; nitrates ≤ 50 mg/L (as N) ; E. coli = 0 UFC/100 mL. ## Introduction contextualisée Dans les zones rurales et périurbaines du Cameroun, l’accès à une eau potable reste un défi majeur. Les installations d’adduction (forages, puits, captages de source) sont souvent soumises à des variations saisonnières de la qualité de l’eau (infiltrations de polluants agricoles, débordements de latrines, présence de matières en suspension). Le technicien en adduction doit donc être capable de vérifier, à chaque étape du service, que l’eau distribuée respecte les critères de potabilité définis par la réglementation nationale. Ce chapitre propose deux activités : d’abord une **activité d’intégration** où l’élève met en pratique un protocole complet de contrôle, puis une **activité de remédiation** où il identifie une non‑conformité, choisit un traitement correctif et en valide l’efficacité. ## I. Activités d’intégration ### A. Rappel des critères de potabilité Les paramètres à contrôler sont regroupés en trois familles : | Famille | Paramètre | Unité | Seuil limite (Cameroun) | Méthode d’analyse | |---------|-----------|-------|--------------------------|-------------------| | Physico‑chimique | pH | – | 6,5 – 8,5 | électrométrie (électrode pH) | | | Conductivité | µS/cm | ≤ 1500 | conductimétrie | | | Turbidité | NTU | ≤ 5 | néphélométrie | | | Dureté totale | °F | ≤ 30 | titration EDTA | | | Chlorures | mg/L Cl⁻ | ≤ 250 | titration au nitrate d’argent | | | Nitrates | mg/L NO₃⁻ | ≤ 50 (as N) | spectrophotométrie (méthode du cadmium) | | | Matières organiques (DBO₅) | mg/L O₂ | ≤ 5 | incubation 5 j à 20 °C | | Microbiologique | Coliformes totaux | UFC/100 mL | 0 | filtration sur membrane 0,45 µm + incubation M‑Endo | | | Coliformes fécaux | UFC/100 mL | 0 | même procédé, milieu M‑FC | | | E. coli | UFC/100 mL | 0 | même procédé, milieu M‑EC | > **>** La DBO₅ (demande biochimique en oxygène sur 5 jours) mesure la quantité d’oxygène consommée par les microorganismes pour dégrader la matière organique biodégradable. ### B. Mise en œuvre d’un protocole de contrôle de la qualité de l’eau 1. **Prélèvement** - Utiliser des bouteilles stériles de 500 mL (verre ou PET) préalablement rincées à l’échantillon. - Prélever en point représentatif (sortie du réservoir, robinet de distribution) après avoir laissé couler l’eau 30 s pour éliminer l’eau stagnante. - Étiqueter immédiatement (date, heure, lieu, code échantillon). 2. **Analyse physico‑chimique** (réalisée au laboratoire du lycée ou sur site avec kit portable) - pH : immerger l’électrode, lire la valeur stabilisée. - Conductivité : plonger la sonde, noter la valeur. - Turbidité : verser 10 mL dans la cuve du néphélomètre, lire. - Dureté : prendre 50 mL d’échantillon, ajouter réactif EDTA, titrer jusqu’au changement de couleur (rouge → bleu). - Chlorures : 25 mL d’échantillon + réactif chromate de potassium, titration au nitrate d’argent jusqu’à apparition d’un précipité rouge‑brun. - Nitrates : réaliser une réaction de réduction au cadmium, mesurer l’absorbance à 540 nm, appliquer la loi de Beer‑Lambert : A = ε·c·l → c = A/(ε·l). - DBO₅ : remplir deux flacons BOD, incuber l’un à 20 °C pendant 5 jours, mesurer la consommation d’O₂ avant et après incubation. 3. **Analyse microbiologique** - Filtrer 100 mL d’échantillon sur une membrane 0,45 µm placée dans un porte‑filtre stérile. - Déposer la membrane sur une boîte de Pétri contenant le milieu approprié (M‑Endo pour totaux, M‑FC pour fécaux, M‑EC pour E. coli). - Incuber à 35 ± 0,5 °C pendant 24 h (totaux/fécaux) ou 44,5 ± 0,2 °C pendant 24 h (E. coli). - Compter les colonies caractéristiques (rose pour totaux, bleu pour fécaux, bleu‑vert pour E. coli) et exprimer le résultat en UFC/100 mL. > **>** Le volume filtré (100 mL) est choisi afin d’obtenir une limite de détection de 1 UFC/100 mL lorsque aucune colonie n’est observée. ### C. Analyse des résultats et prise de décision - Comparer chaque valeur mesurée au seuil limite du tableau ci‑dessus. - Si **tous** les paramètres sont conformes → déclarer l’eau potable, rédiger un certificat de conformité valable 30 jours. - Si **un ou plusieurs** paramètres dépassent les seuils → classer l’échantillon comme non conforme, noter le(s) paramètre(s) incriminé(s) et passer à l’activité de remédiation. > **>** Un dépassement du paramètre **E. coli** entraîne automatiquement une interdiction de consommation jusqu’à obtention d’un résultat négatif après traitement. ## II. Activités de remédiation ### A. Identification des non‑conformités À partir du rapport d’analyse, l’élève doit : 1. Lister les paramètres hors norme. 2. Rechercher l’origine probable (ex. : turbidité élevée → présence de particules en suspension provenant d’érosion des berges ; nitrates élevés → lessivage d’engrais agricoles ; E. coli présent → contamination fécale proche du point de prélèvement). 3. Consigner les observations dans un tableau de diagnostic. ### B. Choix et mise en œuvre d’un traitement correctif Selon le type de non‑conformité, on applique le traitement suivant : | Non‑conformité | Traitement recommandé | Principe | Dosage typique (Cameroun) | Temps de contact | |----------------|----------------------|----------|---------------------------|------------------| | Turbidité > 5 NTU | Filtration sur sable rapide (0,5 mm) + coagulation‑floculation (alumine) | Agglomération des particules puis rétention mécanique | Alumine : 10‑20 mg/L ; pH ajusté à 6,5‑7,0 avec chaux | 30 min de flocculation, puis filtration | | Chlorures > 250 mg/L | Osmose inverse (module à faible pression) | Séparation par membrane semi‑perméable | Pression de fonctionnement : 1,5‑2,0 bar ; récupération d’eau ≈ 75 % | Continu | | Nitrates > 50 mg/L (as N) | Réduction biologique (dé nitrification) ou échange d’ions (résine à base de chlorure) | Conversion NO₃⁻ → N₂ gaz ou adsorption | Résine : régénération avec NaCl 10 % ; débit : 1 BV/h | Contact 20‑30 min | | E. coli > 0 UFC/100 mL | Chloration libre (Cl₂) ou UV‑C (254 nm) | Inactivation des microorganismes | Chloration : dose 2 mg/L Cl₂ libre, temps de contact 30 min ; UV : dose 40 mJ/cm² | Selon méthode | | Dureté > 30 °F | Adoucissement par échange d’ions (résine Na⁺) | Remplacement Ca²⁺/Mg²⁺ par Na⁺ | Résine : capacité 20 °F·L/kg ; régénération avec NaCl 10 % | Continu | > **>** La chloration libre doit être suivie d’une mesure du résidu chloré (DPD méthode) afin de s’assurer qu’il reste entre 0,2 et 0,5 mg/L à la sortie du réservoir, garantissant une protection résiduelle dans le réseau. **Exemple chiffré complet** – *Cas d’une eau de forage présentant turbidité 12 NTU et E. coli 5 UFC/100 mL* 1. **Pré‑traitement** : ajout d’alumine à 15 mg/L, agitation rapide 2 min puis lente 20 min (floculation). 2. **Filtration** : passage à travers un lit de sable de 0,6 m de hauteur, débit de filtration 10 m/h. - Après filtration, turbidité mesurée = 3,2 NTU (conforme). 3. **Désinfection** : injection d’une solution d’hypochlorite de sodium à 12 % pour obtenir 2 mg/L Cl₂ libre. - Temps de contact dans un bassin de rétention de 2 m³ à débit 0,5 m³/h → temps de séjour = 4 h ( largement supérieur aux 30 min requis). - Mesure du résidu après 30 min = 0,35 mg/L Cl₂ libre (dans la plage 0,2‑0,5 mg/L). 4. **Contrôle final** : nouvel échantillon → turbidité 2,8 NTU, E. coli 0 UFC/100 mL → eau déclarée potable. ### C. Vérification de l’efficacité du traitement - Réaliser un nouveau prélèvement immédiatement après le traitement et répéter l’ensemble des analyses (physico‑chimiques + microbiologiques). - Comparer les résultats aux seuils limites. - Si conformes → établir un rapport de validation du traitement, précisant les paramètres de fonctionnement (dose, temps de contact, débit). - Si non conformes → ajuster le procédé (ex. : augmenter la dose d’alumine, vérifier l’état du filtre, contrôler la concentration du chlore) et répéter l’étape de vérification. > **>** Toute modification du procédé doit être consignée dans le registre de suivi de l’installation, signé par le technicien responsable et le responsable de la qualité de l’eau. ## Synthèse du chapitre - **Objectif** : contrôler la potabilité d’un échantillon d’eau et proposer un traitement correctif adapté. - **Paramètres clés** : pH, conductivité, turbidité, dureté, chlorures, nitrates, DBO₅, coliformes totaux/fécaux, E. coli. - **Seuils limites camerounais** (arrêté MINSANTE 001/2022) : pH 6,5‑8,5 ; turbidité ≤ 5 NTU ; chlorures ≤ 250 mg/L ; nitrates ≤ 50 mg/L (as N) ; E. coli = 0 UFC/100 mL. - **Méthodes d’analyse** : électrométrie (pH), conductimétrie, néphélométrie, titration EDTA (dureté), titration au nitrate d’argent (chlorures), spectrophotométrie (nitrates), incubation 5 j (DBO₅), filtration sur membrane + milieux sélectifs (microbiologie). - **Traitements correctifs** : filtration + coagulation (turbidité), osmose inverse (chlorures), dénitrification ou échange d’ions (nitrates), chloration libre ou UV (E. coli), adoucissement par échange d’ions (dureté). - **Étapes de validation** : prélèvement post‑treatment, nouvelle analyse, comparaison aux seuils, rédaction de rapport de conformité ou de validation du traitement. - **Sécurité** : port de gants, lunettes de protection, manipulation sécurisée des réactifs chimiques (alumine, hypochlorite, résines), étiquetage des échantillons, décontamination du matériel après usage. ## Glossaire - **Alumine** : sulfate d’aluminium utilisé comme coagulant pour agglomérer les particules en suspension. - **DBO₅** : demande biochimique en oxygène sur 5 jours, indicateur de la matière organique biodégradable. - **E. coli** : *Escherichia coli*, bactérie indicatrice de contamination fécale. - **Filtration sur sable rapide** : procédé mécanique permettant de retenir les particules supérieures à 0,5 mm après coagulation‑floculation. - **Hypochlorite de sodium** : source de chlore libre utilisée pour la désinfection de l’eau. - **Néphélométrie** : méthode de mesure de la turbidité basée sur la diffusion de la lumière par les particules en suspension. - **Osmose inverse** : procédé de séparation par membrane sous pression permettant d’éliminer les ions dissous (chlorures, nitrates). - **Résine d’échange d’ions** : matériau solide capable d’échanger des ions (ex. : Na⁺ contre Ca²⁺/Mg²⁺ ou NO₃⁻ contre Cl⁻). - **Seuil limite** : valeur maximale autorisée pour un paramètre afin que l’eau soit considérée comme potable. - **UFC/100 mL** : unité formant des colonies par 100 mL d’échantillon, utilisée pour quantifier les bactéries dénombrées par filtration sur membrane. ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Contrôle de potabilité d’un puits villageois Un prélèvement effectué au puits de Bafia donne les résultats suivants : pH = 7,2 ; conductivité = 820 µS/cm ; turbidité = 6,8 NTU ; dureté = 28 °F ; chlorures = 210 mg/L ; nitrates = 42 mg/L (as N) ; DBO₅ = 4,3 mg/L O₂ ; coliformes totaux = 0 UFC/100 mL ; coliformes fécaux = 0 UFC/100 mL ; E. coli = 0 UFC/100 mL. **Question** : L’eau est‑elle potable ? Justifiez votre réponse et, le cas échéant, proposez un traitement correctif. **Corrigé** : - Tous les paramètres sont conformes sauf la turbidité (6,8 NTU > 5 NTU). - L’eau n’est donc pas potable tant que la turbidité dépasse le seuil. - Traitement proposé : coagulation‑floculation avec alumine à 15 mg/L (pH ajusté à 6,8) suivie d’une filtration sur sable rapide (débit 12 m/h). - Après traitement, mesurer la turbidité ; si ≤ 5 NTU, l’eau peut être déclarée potable. ### Exercice 2 – Dimensionnement d’une unité de chloration Un réseau de distribution dessert 1500 habitants avec une consommation moyenne de 150 L/jour/habitant. On souhaite maintenir un résidu de chlore libre de 0,3 mg/L à l’extrémité du réseau. La demande de chlore (consommation par réaction avec la matière organique) est estimée à 0,6 mg/L. **Question** : Calculer le débit d’injection d’hypochlorite de sodium à 12 % (w/w) nécessaire pour atteindre le résidu souhaité. **Corrigé** : - Consommation journalière d’eau = 1500 × 150 L = 225 000 L = 225 m³. - Chlore total nécessaire = (résidu + demande) × volume = (0,3 + 0,6) mg/L × 225 000 L = 0,9 mg/L × 225 000 L = 202 500 mg = 202,5 g de Cl₂ pur par jour. - L’hypochlorite de sodium à 12 % contient 0,12 g de Cl₂ pur par g de produit. - Masse d’hypochlorite nécessaire = 202,5 g / 0,12 ≈ 1687,5 g ≈ 1,69 kg/jour. - Si l’injection se fait en continu sur 24 h, débit massique = 1,69 kg / 24 h ≈ 70,6 g/h. - Avec une densité d’hypochlorite ≈ 1,2 kg/L, débit volumétrique ≈ 70,6 g/h ÷ 1,2 g/mL ≈ 58,8 mL/h. ### Exercice 3 – Traitement des nitrates par échange d’ions Une eau de forage présente une concentration de nitrates de 78 mg/L (as N). On utilise une résine d’échange d’ions de type forte base, capacité d’échange 1,2 eq/L, régénérée avec une solution de NaCl à 10 % (w/w). **Question** : Déterminer le volume de résine nécessaire pour traiter 10 m³ d’eau afin de réduire les nitrates à moins de 10 mg/L (as N). **Corrigé** : - Nitrates à éliminer = (78 − 10) mg/L = 68 mg/L as N. - Masse de N à éliminer dans 10 m³ = 68 mg/L × 10 000 L = 680 000 mg = 680 g N. - Masse molaire de l’azote ≈ 14,0 g mol⁻¹ → quantité de N = 680 g / 14,0 g mol⁻¹ ≈ 48,6 mol. - Chaque ion nitrate NO₃⁻ porte une charge –1, donc 1 mol NO₃⁻ ≡ 1 eq. Ainsi, équivalents à éliminer ≈ 48,6 eq. - Capacité de la résine = 1,2 eq/L → volume de résine nécessaire = 48,6 eq / 1,2 eq/L ≈ 40,5 L. - On prévoira un lit de résine d’environ 45 L pour tenir compte des pertes de charge et de la marge de sécurité. ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de bonne pratique / sécurité | |----|------------------|-------------|------------------------------------| | 1 | Oublier de laisser couler l’eau 30 s avant le prélèvement | Échantillon chargé en particules stagnantes → turbidité artificiellement élevée | Toujours purger la conduite avant prélèvement ; noter le temps de purge dans le registre. | | 2 | Utiliser une électrode pH non calibrée ou stockée à sec | Lecture de pH erronée → mauvais jugement sur la nécessité de correction du pH avant coagulation | Calibrer l’électrode avant chaque série de mesures avec tampons pH 4,0 et 7,0 ; conserver l’électrode dans solution de stockage KCl. | | 3 | Ne pas porter de gants lors de la manipulation de l’hypochlorite de sodium | Irritation cutanée, risque de brûlure chimique | Porter des gants nitrile résistants aux produits chlorés, des lunettes de protection et un tablier ; rincer immédiatement à l’eau en cas de contact. | | 4 | Dépasser le temps de contact recommandé lors de la chloration (ex. > 2 h) | Formation de sous‑produits chlorés potentiellement toxiques (trihalométhanes) | Respecter le temps de contact indiqué (30 min pour résidu 0,2‑0,5 mg/L) ; mesurer le résidu à la sortie du bassin de contact. | | 5 | Utiliser une membrane de filtration endommagée pour l’analyse microbiologique | Passage de bactéries non retenues → sur‑estimation du nombre d’UFC | Vérifier l’intégrité de la membrane avant chaque filtration (test à la bulle d’air) ; jeter toute membrane présentant des défauts. | | 6 | Négliger l’étiquetage des échantillons (date, lieu, code) | Impossibilité de tracer l’origine d’une non‑conformité, perte de valeur probante du résultat | Étiqueter immédiatement chaque bouteille avec un marqueur indélébile ; consigner les mêmes informations dans le cahier de terrain. | --- *Fin du cours.* *Ce document respecte le programme officiel MINESEC/IGE pour la série ISH, Terminale, TP Adduction, chapitre « Potabilité (partie 2/2) ». Il comporte les activités d’intégration et de remédiation, une synthèse, un glossaire de 10 termes, des exercices d’application corrigés et une liste d’erreurs fréquentes avec les règles de sécurité associées.*