Les différents paramètres physiques et chimiques des eaux et commentaires.*


(m. à j. 10.2017)

Ce qui suit n’est pas un cours de chimie de l’eau, mais seulement une présentation sommaire des principaux paramètres techniques usuels et de leurs sigles.

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Valeurs limites des paramètres physico-chimiques des eaux de surface (extrait guide 2016 p 16)

L’estimation de la qualité physico-chimique d’une eau ne peut s’effectuer pas la mesure d’un seul, mais d’un ensemble des paramètres de nature diverses.

Des résultats anormaux dans le contrôle de paramètres permettent de déceler et d’évaluer les niveaux de pollutions.

La pollution de l’eau est fonction des substances dissoutes susceptibles d’être nuisibles qu’elle contient et, dont la plupart, ne sont décelables qu’à l’analyse.

NB : Certains sels minéraux d’origine naturelle (calcium, sodium, silice,..) présents dans les eaux mais peu concernés ne sont pas abordés ici.

Si certaines substances ont la faculté de se dissoudre dans l’eau c’est que leurs molécules, à l’image des aimants, recèlent une certaine polarité. Leurs pôles et ceux des molécules d’eau s’attirent.

A l’inverse, les substances aux molécules sans polarité (apolaires) sont peu solubles. Déversées dans les eaux, elles flottent à la surface ou descendent plus ou moins lentement vers le fond selon leur densité. Pour ces dernières, c’est principalement l’action physique du courant de l’eau qui les remet en suspension.

Des tests de terrain permettant à des non spécialistes de réaliser des contrôles sommaires au bord de l’eau. Leurs résultats doivent cependant être regardés avec une grande prudence par des non chimistes d’autant que certains paramètres peuvent varier les uns par rapport à d’autres ou provoquer des interférences. Ainsi, par exemple, plus la température de l’eau est basse, plus sa charge en oxygène dissous peut être élevée.

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Guide technique 2016 d’évaluation de l’état des eaux douces.

On peut se référer aux paramètres physico-chimique généraux figurant en page 66 du " Guide technique d’évaluation de l’état des eaux douces de surface de métropole" qui a été publié par le Ministère en charge de l’environnement pour définir l’état des masses d’eaux.

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PARAMÈTRES PHYSIQUES (usuels)

TURBIDITÉ C’est un paramètre, qui varie en fonction des composés colloïdaux (argiles, débris de roche, micro-organismes,...) ou aux acides humiques (dégradation des végétaux) mais aussi pollutions qui troublent l’eau . Avec un appareil (turbidimètre) on mesure la résistance qu’elle oppose par l’eau au passage de la lumière pour lui donner une valeur.. En France on mesure la turbidité par la méthode normalisée NTU (Nephelometric Turbidity Unit) par spectrométrie, c’est à dire mesure de l’absorption de la lumière par l’eau.

- NTU < 5 => eau claire
- NTU < 30 => eau légèrement trouble
- NTU > 50 => Eau trouble.

Une importante turbidité de l’eau entraine une réduction de sa transparence qui réduit la pénétration du rayonnement solaire utile à la vie aquatique (photosynthèse).

M E S On appelle matières en suspension les très fines particules en suspension (sable, argile, produits organiques, particules de produits polluant, micro-organismes,...) qui donnent un aspect trouble à l’eau, (turbidité) est s’opposent à la pénétration de la lumière nécessaire à la vie aquatique. En trop grande quantité elles constituent donc une pollution solide des eaux.

La quantité de matières en suspension totale (MEST) se mesure par filtration d’un litre d’eau et pesage des résidus séchés. Le résultat s’exprime en mg/l. (On estime qu’un habitant rejette environ 90 grammes par jour de MES dans ses eaux usées).

Cône d'Inhoff Les matières décantables  : Leur mesure donne la quantité de solides non dissous présents dans l’eau.

Pendant 30 minutes on laisse un échantillon d’eau au repos déposer dans un cône d’Imhoff.

Ceci permet de mesurer la quantité de sédiments en mg par litre.

TEMPÉRATURE La température de l’eau influe sur beaucoup d’autres paramètres. C’est en premier lieu le cas pour l’oxygène dissous indispensable à la vie aquatique : Plus la température de l’eau s’élève, plus la quantité d’oxygène dissous diminue. Une température trop élevée des eaux d’une rivière peut donc aboutir à des situations dramatiques de manque d’oxygène dissoute pouvant entraîner : la disparition de certaines espèces, la réduction de l’auto épuration, l’accumulation de dépôts nauséabonds (odeurs), la croissance accélérée des végétaux (dont les algues).

A noter que les poissons ne peuvent survivre à des températures trop élevées. Maximum létaux :

- truite de rivière 27°C

- brochet 28°C

- truite arc en ciel 29°C

- perche et tanche 30°C

- gardon 31°C

- carpe 38°C

La pollution thermique peut avoir pour origine des rejets d’eaux chaudes urbains ou industriels dans le cours d’eau. La pollution thermique des petits cours d’eau peut avoir aussi pour origine les déversoirs d’étangs installés sur leur rive et qui par leur grande surface jouent un rôle de « pompe à chaleur »

En période estivale, par forte température atmosphérique, le réchauffement brutal par le soleil des eaux en mauvais état d’une rivière peu oxygénée peut aboutir à un choc thermique entraînant une mortalité piscicole spectaculaire. Les bordures boisées des cours d’eau (ripisylves) limitent l’échauffement des eaux.

A savoir +. En raison des variations de certains paramètres de l’eau avec la température (oxygène dissous, conductivité,..) les analyses normalisées sont effectuées sur des échantillon d’eau à 20° C. Pour les analyses de terrain, il faut donc tenir compte de la température de l’eau, et faire ensuite la conversion (tables). Certains appareils de mesure de terrain font d’office cette conversion en fonction de la température de l’eau.

CONDUCTIVITÉ

La mesure en µS/cm ou mS/cm (micro ou milli Siemens par cm) de la conductivité électrique d’une eau s’effectue à l’aide d’un conductimètre. Celui-ci mesure le passage de l’électricité entre deux électrodes plongées dans l’eau. La mesure s’effectuer à 20° C ou avec un conductimètre avec compensateur automatique de température.

Si l’eau très pure est un isolant qui oppose une grande résistance au passage de l’électricité, il n’en est plus de même lorsqu’elle est chargée en sels minéraux d’origine naturelle (calcium, magnésium, sodium, potassium). A cette minéralisation naturelle liée à la nature des sols s’ajoutent aussi ...les polluants. La conductivité permet d’apprécier globalement l’ensemble des produits en solution dans l’eau.

L’eau de pluie n’offre qu’une conductivité variant entre 60 et 100 µS/cm

L’eau du robinet à Besançon (région calcaire) est d’environ 550 µS/cm

La mesure de la conductivité est un moyen assez simple de détection d’une anomalie indiquant la présence probable d’une pollution, par comparaison de la valeur mesurée avec celle que l’on était en droit d’attendre.

Il importe au préalable de bien déterminer la valeur habituelle moyenne de la conductivité locale des eaux d’un ruisseau, par exemple, que l’on surveille. Les charges importante de pollution organique augmente la conductivité.

Un conductimètre est l’appareil de base de toute personne qui s’intéresse à la qualité des cours d’eau.(prix environ 250 € en 2007).

Les MVS Ce paramètre est parfois utilisé. Les matières volatiles en suspension sont celles qui sont susceptibles d’être volatilisées par test de laboratoire à une température de 550° C. Les MVS sont généralement assimilées aux matières organiques en suspension. Les MVS se mesurent en mg/l.

PARAMÈTRES CHIMIQUES

pH Ce paramètre, qui se mesure avec des bandelettes test ou un appareil (pH-mètre), donne le degré d’acidité ou d’alcalinité d’une eau. Le pH (potentiel hydrogène), est le reflet de la concentration d’une eau en ions H+ : pH = - log [H+].

L’eau des cours d’eaux avoisine en général la neutralité représentée par un pH de 7.

Le pH doit être compris entre 6 et 8 pour permettre la vie aquatique.

Dans chaque milieu naturel les eaux ont une valeur de pH propre en fonction du sous-sol de leur bassin versant :

> 7 en régions calcaires où les eaux sont basiques car fortement minéralisées, < 7 en région de sous-sol primaire (Vosges, ..) ou eaux sont acides.

(Exemple de valeur : eau du robinet à Besançon, pH 7,70 )

Une mesure de pH, différente de la valeur habituelle du cours d’eau, peut être l’indice d’une arrivée de pollution , en générale industrielle, en amont du point de mesure.

Sa valeur, le plus souvent mesurée à l’aide d’un pHmètre ou de "papier pH", indique si l’eau est acide (de 1 à <7), neutre ( 7 ), ou basique (de > 7 à 14) ; On dit aussi alcaline.

Le pH varie légèrement selon la température. L’analyse doit donc s’effectuer à 25° C ou avec un pHmètre avec compensateur automatique de température. (prix environ 150€)

DURETÉ

Une eau est dite douce ou dure selon sa charge en calcium et en magnésium.

La somme des deux éléments constitue le Titre Hydrotimétrique qui s’exprime en France en degrés français (symbole °f ou °fH) sur une échelle de 0 à 40. (1°f = 4mg/l de calcium ou 2,4mg/l de magnésium).

- Une eau sera dite dure si son TH est > à 15 °f. Une eau trop dure a pour inconvénients d’entartrer les canalisation et un usage plus important de détergents pour le lavage.

- Une eau sera dite douce si son TH est < à 15 °f. Une eau trop douce sera dite « agressive » parce que corrosive pour les conduites.

PRINCIPAUX PARAMÈTRES CHIMIQUES (à connaître)

L’OXYGÈNE DISSOUS (O{_2})

La présence d’oxygène dans l’eau est indispensable à la respiration des êtres vivants aérobies. En dessous d’un certain seuil de concentration en oxygène c’est l’asphyxie des poissons. ( 7 mg/l pour les salmonidés ; 3 mg/l pour les carpes) L’oxygène de l’eau permet également le processus d’oxydation des matières organiques, mais cette décomposition appauvrit le milieu aquatique en oxygène.

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L’oxygénation de l’eau provient d’abord du contact de sa surface avec l’atmosphère. Elle est favorisée par les remous,les cascades et surtout la température de l’eau. Car plus l’eau s’échauffe, moins l’oxygène y est soluble.

Valeurs de saturation en oxygène de l’eau en conditions ordinaires (pression atmosphérique 760 mm de Hg) :

- à 5°C, maximum d’oxygène dissous : 12,3mg/l. ;
- à 10°C : 10,9 mg/l. ;
- à 15°C : 9,7mg/l. ;
- à 20°C : 8,8mg/l. ;
- à 25°C : 8,1 mg/l.

Déficit en oxygène dissous . Lorsque la concentration en oxygène dissous mesurée est inférieure à la valeur de saturation. Par exemple, la nuit les végétaux consomment de l’oxygène, et s’il y a trop de végétaux dans peu d’eau (sécheresse) la faune peut être menacée d’asphyxie. (anoxie) surtout en fin de nuit. En dessous de 6 mg/l. la faune aquatique est en danger

Sursaturation en oxygène dissous Quant une oxygénation supplémentaire est apportée par exemple le jour par les plantes vertes qui produisent de l’oxygène à la lumière du soleil.

La teneur en oxygène des eaux d’une rivière peut donc varier en cours de journée de plusieurs mg/l suivant la température et la présence on non de végétaux aquatiques (jusqu’aux environs de 20mg/l en cas d’eutrophisation).

La teneur en oxygène des eaux d’une rivière varie aussi selon la profondeur : très faible en eau profonde, pouvant approcher le taux de saturation près de la surface.

Pour mesurer l’oxygène dissous d’un cours d’eau, il est possible d’utiliser un oxymètre, matériel disposant d’une sonde spéciale. Il existe aussi des trousses colorimétriques utilisant des réactifs chimiques. C’est un paramètre très important pour la vie dans la rivière.

CHLORURES (sels). Ils ne sont pas nocifs, mais constituent un important indicateur d’arrivée de pollution. Ils ne sont pas éliminés par les stations d’épuration. Dans la nature ils sont souvent indicateurs d’arrivée d’effluents urbains. A titre indicatif, dans l’eau du robinet le maximum admis est de 250 mg/l. de chlorures. La concentration naturelle de l’eau en chlorure est fonction de la géologie des sols en générale inférieure à 50 mg/l.

MATIÈRES ORGANIQUES

La MATIÈRE ORGANIQUE (MO) contenue dans les eaux est la partie non encore décomposée de la pollution organique (matières vivantes mortes ou déjections de organismes vivants).

Elles sont donc naturellement présentes dans l’eau, mais à faible concentration. S’il y en à plus, il y a pollution provenant de rejets d’eaux usées domestiques mal épurés, d’effluents agricoles, etc.

La MO peut se rencontrer dans l’eau soit dissoute, soit sous forme particulaire visible.

La présence de dépôts de matière organique visibles dans le lit d’une rivière est inacceptable et dénonce bien souvent la proximité d’un rejet brut ou un très mauvais état de la rivière. (De plus la dégradation de la MO consomme et réduit l’oxygène dissoute de l’eau nécessaire à la vie aquatique).

La charge de pollution organique est quantifiable par des techniques normalisées : la DCO, la DBO5.

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Le cycle de l’azote dans l’eau.

La MO constituée en grande partie d’AZOTE ORGANIQUE est en final décomposée par les bactéries principalement en AMMONIUM, puis en NITRITES et enfin en NITRATES.

Pour commentaires plus complets de ces 3 paramètres (évoqués que brièvement un peu plus bas,

- > CONSULTER IMPÉRATIVEMENT la page consacrée au : CYCLE DE L’AZOTE

La MO est aussi constituée de carbone. .

Pour quantifier les matières organiques présentes dans l’eau (il s’agit de pollution s’il y a excès), il n’y a pas de mesures directes mais des méthodes pour quantifier par des techniques normalisées l’oxygène nécessaire à leur décomposition :

- Méthode de la DBO5 ( Demande Biologique en Oxygène )

Cette technique permet de mesurer en laboratoire sur 5 jours (à 20° dans l’obscurité), la quantité d’oxygène consommée par le processus naturel de décomposition de la matière organique décomposable présente dans un litre d’eau. Le résultat est donné en mg/L. de (O{_2}).

La DBO5 ou Demande Biologique en Oxygène sur 5 jours, représente la quantité d’oxygène nécessaire aux micro-organismes pour oxyder (dégrader) l’ensemble de la matière organique présente dans un échantillon d’eau maintenu à 20°C, à l’obscurité, pendant 5 jours.

[Pour mesurer la DBO5, on réalise une première mesure de la concentration en dioxygène dans l’échantillon d’eau. On répète cette mesure 5 jours plus tard. La DBO5 représente la différence entre les deux concentrations mesurées].

La mesure de la DBO5 est un paramètre prescrit pour la surveillance des rejets et de fonctionnement des stations d’épuration (cf. : arrêté du 21 juillet 2015 relatif aux systèmes d’assainissement... ) mais elle est peu précise pour qualifier la bonne qualité d’une eau naturelle.

La DBO5 d’une eau de surface non polluée, varie normalement de 2 à 20 mg/l. Au delà, on peut suspecter une pollution.

A noter que la DBO exprimée en kg/j. dans certains textes administratifs permet de désigner des quantités de pollution organique rejetées que l’on peut aussi estimer en EH (équivalents habitants) :

Un habitant produit en moyenne une charge de pollution équivalente à 60 grammes de DBO5 pour une journée. La directive européenne du 21 mai 1991 et l’article R2224-6 du code général des collectivités territoriale définissent d’ailleurs l’équivalent-habitant (EH) comme la charge organique biodégradable ayant une demande biochimique d’oxygène en cinq jours (DBO5) de 60 grammes d’oxygène par jour.

. 1,2 kg de DBO5/j. (c-à-d rejetée par jour) correspond à une pollution de 20 EH

. 12 kg de DBO5/j. correspond à une pollution de 200 EH,

. 120 kg de DBO5/j. correspondant à la pollution de 2000 EH,

. 600 kg de DBO5/j. correspondant à la pollution de 10000 EH,

- Méthode de la DCO ( Demande Chimique en Oxygène)

Contrairement à la DBO5, qui ne prend en compte que les matières organiques biodégradables, la DCO est une mesure globale des matières organiques et de certains sels minéraux oxydables (pollution organique totale) présents dans l’eau.

Cette technique mesure en laboratoire la quantité d’oxygène consommée par l’oxydation chimique (à l’aide d’un oxydant et à chaud, pendant 2 heures) des matières organiques ou minérales présentes dans l’eau.

Il existe des systèmes permettant d’effectuer des analyses sommaires rapides de la DCO. Le résultat est donné en mg/L. de (O{_2}).

Définition : La demande chimique en oxygène (DCO) est la quantité consommée par les matières oxydantes présentes dans l’eau quelles que soit leur origine organique ou minérale.

La mesure de la DCO est surtout utilisées pour la surveillance des eaux usées urbaines et industrielles.

Le rapport DCO / DBO5 donne une indication sur l’origine de la pollution organique. Ainsi exemples de valeurs :

- une eau résiduaire brute : 2500 / 1000 = 2,5

- une eau épurée : 450 : 40 = 11

Plus il se rapproche de 1, plus le rapport DCO / DBO5, indique la biodégradabilité d’un rejet d’eaux usées :

- de 1,5 à 2 : effluents d’industries agroalimentaires (meilleure biodégradabilité).

- de 2 à 3 : effluent urbain domestique.

- >3 : effluent plus ou moins difficilement biodégradable (industrie).

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Pour quantifier la matière organique dans l’eau on peut aussi à l’aide d’analyses mesurer :

Le COT c’est-à-dire la concentration en mg/l. de carbone organique total dissous dans l’eau. On parle aussi parfois de COD, carbone organique dissous. Pour une eau de surface, La concentration du COT d’une eau de surface varie de 2 à 10 mg/l et de 0,5 à 1 mg/l. pour une eau souterraine. (Contrairement aux analyses précises de DBO5, les mesures de COD n’exigent pas des réactifs contenant du mercure, pour masquer le chlorure présent dans les eaux).

AMMONIUM (NH{_4}) et AMMONIAC (NH3)) .

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Répartition NH4 / NH3 en fonction du pH et de la température. (Clic pour agrandir).

L’azote ammoniacal est souvent le principal indicateur chimique de pollution directe d’une eau de rivière à l’aval d’un rejet polluant (plus encore en aval elle se transforme en nitrites puis en nitrates).

(On utilise souvent a tort le terme "ammoniaque" pour ces deux formes. C’est un produit industriel contenant de l’ammoniac dissous dans de l’eau).

L’azote ammoniacal provient de la décomposition des chaînes carbonées constituant les matières organique par les bactéries de type aérobies majoritairement (bacillus, bacterium). Cette dégradation consomme de l’oxygène et libère également du CO2 dans les eaux.

. L’azote ammoniacal provient aussi de l’urée rejetée par les animaux. (Par exemple, une pollution au purin entraîne une présence élevée d’ammonium dans l’eau polluée).

On peut trouver des traces d’ammoniaque dans les eaux de pluie. Elles sont liées aux retombées liées à sa volatilisation (par exemple lors d’épandage agricoles)

La forme AMMONIUM n’est pas toxique. Mais dans les eaux à pH supérieur à 7,5 une fraction peut être transformée en AMMONIAQUE (gaz AMMONIAC en suspension dans l’eau et toxique pour les poissons.

Nb : Heureusement dans les régions calcaires, le pH des eaux est rarement > 7,5.

Comme le montre le graphique ci-contre, la répartition ammonium/ammoniaque dans l’eau dépend du pH et de la température. (Il convient donc de mesurer ces deux paramètres quand on dose l’ammonium pour estimer les risques pour le poisson).

La présence d’ammoniaque dans l’eau à des concentrations même < 1 mg NH3/l entraine des mortalités piscicoles. Par exemple pour les truites, la CL50 96 (concentration Létale médiane sur 96 heures qui exprime la toxicité aiguë sur le poisson - mortalité de 50% des truites) n’est que de 0,4mg/l de NH3/litre d’eau ! Les alevins sont au moins 10 fois plus fragiles.

Et même présent à de très faibles dosses non-toxiques, l’ammoniaque affecterait le métabolisme des poissons en diminuant leurs réflexes.

- Voir aussi page cycle de l’azote.. Analyse exprimée en mg/l. Analyses de terrain possibles (trousses de réactifs).

NITRITES (NO{_2}) ( dangereux y compris pour les poissons).

Chez les mammifères, la consommation d’eau chargée de nitrites perturbe la fixation de l’oxygène pat l’hémoglobine du sang. (D’où la méthémoglobinémie ou la « maladie bleue du nourrisson »). Il ne doit donc pas avoir de nitrites dans l’eau du robinet et très peu de nitrates, car ils peuvent une fois bus se transformer en nitrites. Dans l’estomac, les nitrites, peuvent se transformer nitrosamines réputées cancérigènes. (A noter, que les nitrites sont ajoutés à la charcuterie (jambon, saucissons,...) pour la conservation... )

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Dans l’eau les nitrites sont toxiques pour les poissons surtout lorsque le pH de l’eau est inférieur à 7.

Des concentrations même < 1 mg NO2/l entrainent des mortalités piscicoles. Elles posent problème au dessus de 0,01mg/l. pour les truites.

L’effet de toxicité des nitrites est plus rapide que par celle de l’ammoniaque, (voir plus haut) car elle entraine la dégradation de l’hémoglobine des globules rouges et l’asphyxie des poissons.

Même en petite quantité les nitrites causent des stress chez les poissons, provoquant des problèmes respiratoires, affaiblissement, maladies, vulnérabilité... Les nitrites sont également toxiques pour les humains...

On comprend pourquoi la concentration en nitrites ne devrait pas dépasser 1 mg NO2/l dans les rejets de stations d’épuration. (0,5mg/l dans l’eau du robinet).

Analyses de terrain possibles (bandelettes test). Résultat d’analyse exprimé en mg/l.

- Voir aussi page cycle de l’azote. dont font partie les nitrites.

NITRATES (NO{_3})

Les nitrates des eaux souterraines et des cours d’eau proviennent :

- principalement d’origine agricole en raison du recours aux engrais azotés.

- en second lieu des rejets des stations d’épurations (transformation de la matière organique en nitrates). Certaines installations sont complétées par des traitement de dénitrification avant rejet.

- du milieu naturel, pour 3 et 7 mg/l. seulement, une quantité suffisante pour nourrir la vie aquatique des cours d’eau. (A delà c’est l’indigestion, le développement des algues, l’eutrophisation..)

Les nitrates posent problème en raison de leur trop grande introduction dans les eaux par l’agriculture industrielle (*). Les résultats d’analyse exprimé en mg/l de NO3-. Il faut diviser par 4,43 le poids des nitrates pour déterminer le poids d’AZOTE contenu par ces même nitrates. (Ainsi la norme de 50mg/l de nitrates maximum dans l’eau du robinet correspond à une teneur en azote de 11,29 mg/l. Et 4,43 kg de nitrates contiennent 1 kg d’azote (N).)

(*) Dans l’eau les nitrates (NO3-) sont quantifiés en mg par litre (mg/l), alors que les apports d’azote dans les champs, sont exprimés en kg d’azote (N) par hectare (ou unité d’azote par hectare).

Bien que les nitrates soient énormément moins toxiques nocifs que les nitrites, il ne doit pas y en avoir plus de 50mg/l. dans l’eau du robinet. En effet une fois consommés, il peuvent évoluer en nitrites dans l’estomac puis se transformer en nitrosamines toxiques et réputées cancérigènes.

Chez les poissons adultes, la toxicité des nitrates semble très faible. Il n’en est pas de même sur les œufs ou les larves dont la mortalité serait multipliées par deux selon les espèces. Des effets ont été signalés, même à des concentrations de 10-20mg/l.

- Analyses de terrain des nitrates possibles (bandelettes test). Voir page MO CYCLE DE L’AZOTE pour commentaire complet de ce paramètre.

AZOTE TOTAL KJELDAHL (abrév. NTK ou NK)

C’est la somme de l’azote organique + ammoniacal contenu dans l’eau. (ou dans le sol, ou dans les produits alimentaires) Résultat d’analyse exprimé en mg/l. Méthode normalisée en laboratoire. Une personne rejette environ 15 g. par jour de NTK. Une concentration élevée en azote Kjeldahl permet d’évaluer le niveau de pollution.

AZOTE GLOBAL (abrév. NGL)

C’est la somme en azote de toutes les formes d’azote différentes contenues dans un prélèvement (azote gazeux exclu) :

NGL = azote totale Kjeldahl (azote organique et azote ammoniacal) + azote nitreux (nitrites / N-NO2) + azote nitrique (nitrates / N-NO3).

AZOTE TOTAL

C’est la mesure en azote de toutes les formes d’azote différentes par les directives européennes.

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Le cycle du phosphore.

LE PHOSPHORE

En ce qui intéresse la pollution de l’eau, on en distingue 2 formes : • Le phosphore organique, résidu de matière vivante. • Le phosphore minéral, essentiellement constitués de phosphates (PO4), qui représentent 50 à 90% de la totalité du phosphore dans les eaux usées urbaines. De plus, ils constituent, au même titre que les nitrates, un agent fertilisant.

La réglementation, en ce qui concerne le phosphore, ne tient compte que d’un seul paramètre, le phosphore total (PT).

PT = Porganique + Pminéral Le rejet de matières phosphorées est d’environ 4 grammes par habitant et par jour. La quantité de PT s’exprime en mg/l (milligrammes par litre).

PHOSPHATES (PO{_4})

Le phosphore, élément indispensable au développement de tous les organismes vivants, n’est naturellement présent qu’en très faible quantité dans le sol et dans les eaux.

Les orthophosphates (ions PO4) sont la forme la plus simple et la plus répandue des phosphates dans l’eau.

Le phosphate de calcium minéral contenu dans les roches calcaires est peu soluble et n’est donc pas responsable de la pollution des eaux par excès de phosphore.

La plus grande part du phosphore que l’on retrouve dans les eaux des cours d’eau provient :

- des rejets d’eaux résiduaires, en premier lieu des déjections humaines, des matières organiques en décomposition, des lessives,.. (Le rejet en phosphore total (PT) d’une personne (= 1 équivalent habitant (EH) est d’environ 4 g. de PT par jour. En rapportant cette quantité au volume journalier des effluent de cette personne, on obtient une concentration d’environ 25 mg/litre de PT.)

- des activités agricoles : "pertes" d’engrais phosphatés utilisés en agriculture (provenant des mines de phosphates du Maroc) et ruissellements d’effluents agricoles (lisier, purin, déjections,..)

Entrainé dans les eaux, cet élément s’y retrouve essentiellement sous forme de phosphore organique (résidu de la matière vivante) ou de phosphore minéral (ou phosphate inorganique) représenté essentiellement par les orthophosphates (PO4).

PO4 : La quantité de phosphates (appelés aussi orthophosphates) d’une eau se mesure en mg/l. de PO4

PT : Le phosphore total est un autre paramètre utilisé : il cumule l’ensemble du P. organique et du P. minéral. Il s’exprime en mg/l de PT

La mesure de la fraction organique de phosphore d’une eau s’obtient à l’analyse par différence entre le phosphore total et les orthophosphates.

Dans les eaux superficielles, la teneur naturelle en phosphates est de l’ordre de 0,1 à 0,2mg de PO4/l. pour moins de 0,1mg de P/l. en phosphore total.

Au delà, une présence importante de phosphates dans les eaux n’est pas naturelle et provient des déversements urbains (polyphosphates des lessives, excréments, dégradation de la matière organique) et des pratiques agricoles ( engrais, épandages, écoulements de purin, etc..)

Il existe des techniques d’élimination des phosphates dans certaines stations d’épuration équipées à cet effet.

De bonnes pratiques agricoles peuvent limiter les excès de phosphore.

Critères analytiques du PO{_4} dans l’eau :
- de 0 à 0,1mg/l. de PO{_4} : très bon.
- de >0,1 à 0,5 mg/l. : bon.
- de >0,5 à 1 mg/l. : médiocre.
- de >1 à 2 mg/l. : pollution.
- de >2 mg/l. : très pollué..

Dans les cours d’eau NITRATES et PHOSPHATES associés contribuent au développement excessif et anarchique des algues, voir page :L’EUTROPHISATION des rivières par les nitrates et les phosphates

POTASSIUM (K)

Le potassium (K) Élément naturel indispensable à la croissance du vivant. Cependant sa présence en excès dans une eau (> 2 ou 3mg/l) est un indice de pollution par des effluents agricoles (lisier, ..) ou d’industries agro-alimentaires, qui en contiennent beaucoup. A moindre proportion, son origine peut être également l’utilisation d’engrais (et de lisier) dans le bassin versant amont. L’excès de K a peu d’impact sur la vie aquatique.

NPK NPK : C’est ce qu’on appelle le trio azote, phosphate et potassium (NPK) dans l’utilisation des engrais agricoles nitrates, phosphates et potasses. Ces éléments nutritifs, tels que le phosphore, l’azote et le potassium, ne sont cependant pas entièrement utilisés par les végétaux cultivés, et une partie est emportée vers les ruisseaux et rivières par percolation et ruissellement.

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SULFATES Leur présence dans les eaux est en général liée à la présence de gypse dans les sols. C’est un composé naturel qui correspond à la présence de souffre dans l’eau. Présence maximum limitée à 250mg/l dans l’eau potable.

HYDROGÈNE SULFURÉ ou sulfure d’hydrogène, Gaz nauséabond et toxique à forte odeur d’œuf pourri, produit par la fermentation anaérobie (sans air) quand l’eau est trop riche en matières organiques. C’est aussi un indice de présence d’organismes pathogènes.

LES MICROPOLLUANTS

Ce sont des composants minéraux ou organiques qui présents dans l’eau même à très faible quantité (en microgramme (µg/l), voire en nanogramme (ng/l) par litre) sont dangereux pour les êtres vivants et donc les écosystèmes.

Certains micropolluants sont toxiques. Les mécanismes de leur effets sont encore trop mal connus :
- Les éléments mutagènes agissent sur les cellules reproductives ou directement sur l’ADN des êtres vivants ;
- Les éléments tératogènes qui affectent le fœtus ;
- Les éléments cancérigènes qui induisent le cancer ;
- Les éléments neurotoxiques qui agissent sur le système nerveux ;
- Les éléments perturbateurs endocriniens ;
- Les éléments bioaccumulables dans les chaînes alimentaires.

Les MÉTAUX LOURDS (poids atomique > à celui du fer). Les éléments métalliques et leurs dérivés organiques sont pour certains très dangereux parce que potentiellement toxiques , non-biodégradables et bio-accumulables dans les chaînes alimentaires. Ils sont principalement d’origine industrielle mais pas seulement. (rejets atmosphériques des incinérateurs de déchets, ...)

Si, à doses infimes, certains métaux constituent des oligo-éléments indispensables à un bon état de la santé humaine, à partir de certaines doses plus importantes ils deviennent directement toxiques. Ces métaux proviennent un peu du sous-sol (érosion) mais pour l’essentiel des rejets industriels (traitements de surface, métallurgie, chimie,..) dans le sous-sol ou les rivières mais aussi dans l’atmosphère où ils retombent avec les pluies. On retrouve les métaux dans les eaux sous formes ioniques libres ou incorporés dans des structures moléculaires ou des complexes organiques ou inorganiques... Ainsi pour le même métal, certaines formes peuvent être beaucoup plus toxiques que d’autres...

critères analytiques pour chaque métal
- il existe des seuils à ne pas dépasser pour l’eau potable,
- des valeurs limites en métaux pour les épandages agricoles,
- des valeurs limites en métaux pour les rejets des "installations classées autorisées (ICPE A)" dans la nature ou dans un égout public. Pour consulter ces valeurs se reporter aux prescriptions des articles 32 à 34 de Arrêté du 2 février 1998 relatif aux prélèvements et à la consommation d’eau ainsi qu’aux émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l’environnement soumises à autorisation

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Ces métaux lourds sont :

- l’aluminium (Al. De plus en plus présent dans les eaux, où il provient des déchets ménagers ou du sulfate d’alumine utilisé comme floculant dans les stations de traitement des eaux. Il est plus que soupçonné de favoriser la maladie d’Alzheimer.(Voir article Aluminium et maladie d’Alzheimer).. Son antidote est la silice (silicium). Dans l’eau potable, la directive du 3 novembre 1998 relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine a fixé pour le paramètre « aluminium » une valeur de 200 microgrammes par litre dans les eaux de consommation. Ce paramètre est un indicateur de fonctionnement des installations de traitement et non pas un paramètre de santé faisant l’objet d’obligations plus strictes... Selon M. Guy Berthon, ancien directeur de recherche au laboratoire de chimie du CNRS « l’aluminium ne sert à rien dans l’organisme humain. Pire à fortes doses ou à doses régulières il est toxique (…) en trouver dans l’eau du robinet, c’est criminel ». Le danger, selon ce chercheur, est que « si une partie est éliminée naturellement par les urines ou la barrière intestinale, une autre passe à travers ce mur de brique qu’est l’intestin grêle et se retrouve dans le sang puis le cerveau. Là l’aluminium se dépose, durcit et ne peut plus repartir ».

- l’arsenic (As). Fortement toxique. Il peut être naturellement présent dans les minéraux du sous-sol dans certaines région. Sa concentration dans l’eau potable ne doit pas dépasser 10 microgrammes par litre (µg/l).

- le cadmium (Cd), Il provient des rejets industriels, des incinérations de déchets, de l’utilisation d’engrais... Extrêmement toxique. S’accumule dans les chaînes alimentaires et menace les prédateurs secondaires.

- le chrome (Cr) : métal très dur utilisé en traitement de surface des métaux pour améliorer leur résistance. Le forme chrome VI et les chromates (CrO4) sont extrêmement toxiques et cancérigènes.

- le cuivre (Cu) . Au niveau de traces il n’est pas toxique. Sa présence dans les eaux provient de l’érosion des conduites ou de l’activité industrielle. Dans les sols agricoles, il peut s’accumuler à la suite des épandages de lisiers de porcheries car il est utilisé comme facteur de croissance dans l’alimentation des porcs(voir cette page). A une concentration > 2 mg/l. il colore les eaux.

- l’étain ((Sn). Métal malléable.

- le fer provient du sous-sol ou de l’industrie mais n’est pas nocif. Le sulfate de fer peut provenir des stations de traitement des eaux où il est utilisé comme floculant. C’est un oligoélément indispensable au bon fonctionnement des êtres vivants. En excès dans l’eau il n’est pas nocif mais brunit l’eau ce qui peut entrainer des taches. Des précédés de déferrisation permettent d’éliminer les excès de fer dans l’eau si nécessaire avant distribution.

- le magnésium (Mg) provient du sous-sol où il est abondant. Il contribue avec le calcium à la dureté de l’eau. Il est bénéfique pour la santé (anti stress notamment).

- le manganèse (Mn). Dans les eaux, il provient du sous-sol ou il est mis en solution par le CO2 des eaux d’infiltration. Il peut aussi provenir de dépôts de déchets industriels. Sur les parois des rivières souterraines, des dépôts noirâtres de manganèse sont souvent visibles. C’est un oligo-élément indispensable aux organismes vivants. Maximum à ne pas dépasser dans l’eau du robinet 0.05 mg/l. En plus grande quantité il peut être indésirable car il donner à l’eau une couleur noirâtre de l’eau qui peut lors de lessives tacher le linge. Des procédés permettent d’éliminer le manganèse au niveau des stations captages d’eaux potables.

- le mercure (Hg) Métal rare, extrêmement toxique. Origines dans les eaux : Activités sanitaires (thermomètres, désinfectants,...), Agriculture (fongicides, bactéricides), Industries (élimination des déchets, production de chlore et de soude, centrales au charbon), Orpaillage sauvage (en Guyane), Lampes fluorescentes d’éclairage (à ne jamais mélanger aux ordures ménagères). La présence de mercure dans l’eau potable ne doit pas dépasser 1 microgramme par litre (µg/l).

- le nickel (Ni) Métal qui à très faible quantité (>50 microgramme) est oligo-élément qui serait utile à la fonction pulmonaire dans l’organisme. Au delà c’est une substance considérée comme cancérigène. C’est aussi le plus allergisant des métaux. Dans l’eau potable, la teneur en nickel ne doit ne dépasser 20 microgrammes par litre (µg/l).

- le plomb (Pb), qui entraîne le saturnisme (érosion des canalisations d’eau potable en plomb). Le plomb est/était utilisé dans l’industrie : batteries, alliages, traitements de surface, munitions, etc La présence maximale de plomb dans l’eau du robinet ne devrait pas dépasser 10 microgrammes par litre (µg/l). Il est impératif de supprimer toutes les anciennes conduites d’eau en plomb.

- le Titane (Ti),

- le zinc, (Nn) : Métal utilisé pour recouvrir les métaux. Il est peu toxique, puisque au niveau de traces c’est oligo-éléments utile à l’organisme, mais sa présence importante dans les eaux indique souvent celles d’autres métaux ou polluants toxiques industriels. Dans les sols agricoles, il peut s’accumuler à la suite des épandages de lisiers de porcheries (voir cette page). L’eau potable ne doit pas dépasser 200 microgrammes par litre (µg/l) de zinc.

LES PESTICIDES que l’on retrouve dans les eaux de surface ou souterraines sont à environ 9O% d’origine agricole. Ce sont des produits toxiques qui se dégradent plus ou moins bien dans l’environnement.
- herbicides (atrazine, glyphosat,...)
- insecticide (DDT, ...)
- fongicides (sels de cuivre,...)

12 pesticides souvent rencontrés dans les eaux souterraines : Aldrine, Dieldrine, Endrine, Isodrine, Alachlore, Atrazine, Atrazine DE, Atrazine DP, Diuron, Isoproturon, Simazine, Terbuthylazine

LES MICROPOLLUANTS ORGANIQUES

C’est aujourd’hui un nombre très important de molécules de synthèse dont pour la plupart les effets (surtout à long terme) sont mal ou inconnus.

- Les Produits Organiques Persistants (POP) :

Ces composés, très dangereux pour l’environnement ( toxiques à faible concentration, parfois mutagènes, cancérigènes) sont des produits synthétiques heureusement assez peu solubles dans l’eau. On peut cependant les trouver en aval de sites industriels :

- Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP). Dangereux pour les être vivants, de plus en plus rependus dans l’environnement ils proviennent surtout des activités humaines (incinération, combustion de carburants, etc..). Les HAP sont solubles dans l’eau et se fixent fortement sur les matières particulaires et argiles. Le benzo[a]pyrène est le composé génotoxique le plus caractéristique de cette famille de molécules. Lentement biodégradables. Les H.A.P. sont suspectés d’être cancérigènes.

- Hydrocarbures chlorés. Ces composés organochlorés synthétiques sont difficilement biodégradables. Ce sont :

- Polychlorobiphényls (PCB) qui entrait dans la composition des fluides de refroidissement ou d’isolation, de peintures, de plastifiants. PCB est émis au cours de l’incinération des déchets et de certains combustibles.

- solvants : Trichloroéthylène (TRI), Trichloroéthane ou Chloroforme (TCE), Tetrachloroéthylène (PER), Hexachlorobenzène (HCB), Tétrachlorure de carbone, Dichloropropane, Dichloropropene (DPC), Dibromoethane, Dichloroethane, Bromobenzene, Chlorobenzene, Tetrachlorethane, Nitropropane, Dimethylformamide (DMF), Pyridine, ...

- pesticides organochlorés (OCP),

- . Autres substances diverses : Tétrachlorure de carbone, hydrazine, dinitrophénol,...

- Les autres produits organiques micropolluants

- cyanures (CN) , Poison extrêmement toxique, utilisé dans les industries de traitement de surface. Dégradable au bout d’un certain temps dans les eaux mais où ils sont particulièrement mobiles.

- chlore (provient de la stérilisation de l’eau potable ou parfois de la vidange de piscine)

- détergents,

- alkylphénols (dans détergents, cosmétiques, produits de nettoyage et beaucoup de produits industriels).

- les produits médicamenteux (résidus d’antibiotiques, d’anti-inflammatoires, d’antidépresseurs, de contraceptifs, etc..).

- médicaments vétérinaires (résidus d’antibiotiques, etc)

Il existe en France plus de 3000 médicaments à usage humain et plus de 300 à usage vétérinaire. Une grande partie se retrouve dans les déjections et par la suite dans les eaux des milieux aquatiques....

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Les installations industrielles qui présentent des rejets dangereux doivent dans certain cas répondre annuellement à un questionnaire sur la nature et l’importance de leurs rejets C’est un arrêté ministériel du 24 décembre 2002 qui organise les modalités de cette déclaration.

Les annexes de cet arrêté liste les paramètres et substances polluantes, toxiques, cancérigènes, etc.. On s’y reportera utilement. (Voir page consacrée à la déclaration annuelle des rejets et émissions polluantes des ICPE).


PARAMÈTRES BACTÉRIOLOGIQUES

Les analyses microbiologiques réalisées en laboratoire ont pour but de déceler et évaluer la présence dans les eaux de microbes pathogènes dangereux pour l’homme : eau potable, eaux de baignade, ...

Ces analyses reposent sur la recherche dans les eaux de bactéries indicatrices de leur éventuelle contamination fécale, les Escherichia coli (E. coli) et les Entérocoques. Ces organismes, d’origine intestinale sont naturellement présents dans les déjections animales ou humaines qui via les déversements, eaux usées et épandages peuvent se retrouver dans l’eau. Les Entérocoques sont pathogènes de même que certains colibacilles. L’eau potable du robinet doit être exempte de la présence de ces bactéries.

Une présence très importante de germes fécaux dans une eau indique une pollution fécale importante d’origine humaine ou animale en amont.