conception et realisation d’une cellule d ......figure 37 : courbe du dosage des nitrites no 2...

Polytechnique,

Premier Partenaire

des Professionnels

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT MINES

Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur des Mines

Présenté et soutenu par : RAMELINA Andrianahasina Miharifeno

Directeur de mémoire : Monsieur FABIEN Rémi Roger

Date de soutenance : 27 Juillet 2011

Promotion 2010

CONCEPTION ET REALISATION

D’UNE CELLULE

D’ELECTROCOAGULATION POUR

LE TRAITEMENT DES EAUX

Polytechnique,

Premier Partenaire

des Professionnels

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT MINES

Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur des Mines

Présenté et soutenu par : RAMELINA Andrianahasina Miharifeno

Président du Jury : Madame ARISOA Rivah Kathy Maître de Conférences

Directeur de mémoire : Monsieur FABIEN Rémi Roger. Enseignant Chercheur à l’ESPA

Examinateurs : Monsieur RANDRIANJA Roger Professeur Titulaire Monsieur RALAIMARO Joseph Enseignant Chercheur à l’ESPA Madame RATRIMO Voahangy Enseignant Chercheur à l’ESPA

CONCEPTION ET REALISATION

D’UNE CELLULE

D’ELECTROCOAGULATION POUR

LE TRAITEMENT DES EAUX

i

Remerciements

Je rends grâce à Dieu Tout Puissant et Jésus Christ notre Seigneur, pour ses biens faits, sa

grande miséricorde, sa bonté, son soutien et sa protection dont j’ai été l’objet durant mes

études et jusqu’à aujourd’hui.

J’adresse aussi mes humbles remerciements et mes sincères reconnaissances envers les

personnes suivantes :

Le Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, Monsieur

ANDRIANARY Philippe ;

Le Chef de Département MINES à l’ESPA et Président du jury, Madame ARISOA

Rivah Kathy ;

Mon Directeur de mémoire, Monsieur FABIEN Rémi Roger, Enseignant chercheur à

l’ESPA, qui a bien voulu ménager de son temps pour m’encadrer et superviser ce

travail ;

Aux examinateurs :

Monsieur RANDRIANJA Roger, Professeur Titulaire au département MINES

de l’ESPA ;

Monsieur RALAIMARO Joseph, Enseignant Chercheur à l’ESPA ;

Madame RATRIMO Voahangy, Enseignant Chercheur à l’ESPA.

pour avoir consacré du temps aux remarques et à la correction de cet ouvrage malgré les

lourdes et nombreuses tâches qu’ils doivent assumer ;

Je ne peux oublier d’adresser mes vifs remerciements à :

La Société JIRAMA Mandroseza Antananarivo. En particulier, Madame

RABETOKOTANY Chef de Département Qualité Eau, qui a bien voulu m’accepter en

tant que stagiaire au sein du Laboratoire d’Analyse Contrôle Qualité Physico-

chimique de l’eau et à tout le personnel du laboratoire pour leur accueil et leur conseil

technique.

Je ne serais oublié d’adresser ma plus profonde reconnaissance et gratitude envers mes

parents, mes frères, ma sœur et toute la famille qui m’ont soutenu, spirituellement,

moralement, matériellement et financièrement tout au long de mes études jusqu’à la

réalisation de cet ouvrage.

J’exprime aussi mes remerciements à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la

réalisation de ce mémoire.

Merci, Dieu vous bénisse.

ii

Sommaire

Liste des figures

Liste des tableaux

Liste des annexes

Liste des abréviations et symboles

INTRODUCTION GENERALE

PARTIE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Chapitre I : Généralités sur l’eau et ses traitements

Chapitre II : La coagulation et la floculation des eaux brutes et des eaux usées

Chapitre III : Le procédé d’électrocoagulation (EC)

PARTIE 2 : MATERIELS ET METHODES POUR LA MISE AU POINT DU PILOTE DE

TRAITEMENT

Chapitre IV : L’électrocoagulation : Pilote et mode opératoire

Chapitre V : Traitement de l’eau brute de surface du Lac Mandroseza

Chapitre VI : Description des moyens analytiques

PARTIE 3 : ESSAIS ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS

Chapitre VII : Les essais et les résultats d’analyses

Chapitre VIII : Interprétations des résultats

CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVE

Annexes

Références bibliographiques

Références webographiques

Table des matières

iii

Liste des figures

Figure 1: Etapes générales du traitement des effluents ......................................................... 6

Figure 2: Processus du traitement primaire ............................................................................ 7

Figure 3: Structure et composition de la double couche sur une particule colloïdale.[1] ......... 9

Figure 4: Schéma du mécanisme de floculation [2] .............................................................. 11

Figure 5: Diagramme de coagulation au sulfate d’aluminium [1] .......................................... 12

Figure 6: Mécanismes et produits dérivés du sulfate d’aluminium lors de la coagulation [1] . 12

Figure 7: Diagramme de coagulation au chlorure ferrique [3] ............................................... 13

Figure 8: Schéma du principe d’électrocoagulation avec des électrodes en Aluminium [1] .. 15

Figure 9: Différentes types de connexions entre les électrodes [1][2] ................................... 18

Figure 10: Décomposition de la tension de cellule électrochimique [1][2] ............................. 22

Figure 11: Les différentes étapes d’une réaction électrochimique [1][2] ............................... 23

Figure 12: Formes d’aluminium pouvant exister lors de la dissolution d’une anode [1] ......... 24

Figure 13: Diagrammes de prédominance des espèces d’aluminium et effet du pH [1] ........ 25

Figure 14: Diagramme de Pourbaix du système Al - H2O à 25°C [3] .................................... 26

Figure 15: Distribution des espèces d'aluminium et effet de pH en solution d’aluminium et de

matière organique [3] ........................................................................................................... 27

Figure 16 : Photo de la pompe centrifuge à palette (source : Auteur) ................................... 28

Figure 17 : Schéma électrique de l’alimentation 12 V de la pompe centrifuge ...................... 29

Figure 18 : Schéma électrique de l’alimentation 32 V du réacteur d’électrocoagulation ....... 29

Figure 19 : Photo du générateur de courant continu délivrant 12 et 32 V (source :Auteur) ... 29

Figure 20: Dispositif expérimental de traitement à l’EC (cycle fermé). .................................. 30

Figure 21: Photo des composants annexes au réacteur (source : Auteur) ........................... 30

Figure 22: Schéma du réacteur d'électrocoagulation ........................................................... 31

Figure 23: Photo du corps du réacteur d'électrocoagulation (source : Auteur) ..................... 32

Figure 24: Mode opératoire mis en place pour l’étude du procédé d’électrocoagulation ....... 34

Figure 25 : Courbe d'autorégulation du pH du milieu en fonction du temps de traitement [1] 37

Figure 26 : Courbe de la dissolution de l'aluminium dans l'eau à traiter en fonction du temps

d'électrolyse ......................................................................................................................... 39

Figure 27 : Courbe d'évolution de la turbidité de l'eau en fonction du temps de traitement ... 56

Figure 28 : Courbe de la variation de la conductivité de l'eau pendant le traitement par EC. 57

Figure 29 : Courbe de variation de la minéralisation totale de l'eau pendant le traitement par

EC ....................................................................................................................................... 57

Figure 30 : Courbe de l'évolution du pH en fonction du temps de traitement ........................ 58

Figure 31 : Courbe du dosage de chlorure Cl- en fonction du temps de traitement............... 59

Figure 32 : Courbe du dosage de la dureté calcique TH Ca de l'eau .................................... 59

Figure 33 : Courbe du dosage de la dureté totale TH de l'eau ............................................. 60

iv

Figure 34 : Courbe de l'élimination de matières organiques présentes dans l'eau................ 61

Figure 35 : Courbe de l'évolution du titre alcalimétrique complet de l'eau pendant le

traitement ............................................................................................................................. 61

Figure 36 : Courbe du dosage de l'ammonium NH4+ dans l'eau ........................................... 62

Figure 37 : Courbe du dosage des nitrites NO2- dans l'eau en fonction du temps de traitement

............................................................................................................................................ 63

Figure 38 : Courbe du dosage des nitrates NO3- présents dans l'eau en fonction du temps de

traitement ............................................................................................................................. 63

Figure 39 : Courbe du dosage de l'évolution de l'aluminium Al3+ dans l'eau en fonction du

temps ................................................................................................................................... 64

Figure 40 : Courbe du dosage du fer total Fe2+, Fe3+ présent dans l'eau .............................. 65

v

Liste des tableaux

Tableau 1 : Historique des applications du procédé d'électrocoagulation. [1] ....................... 14

Tableau 2 : Coût des matériels utilisés pour la fabrication du pilote de traitement ................ 32

Tableau 3 : Relation entre conductivité et minéralisation [5][7] ............................................. 36

Tableau 4 : Paramètres expérimentaux au sein du réacteur d'EC ........................................ 38

Tableau 5 : Caractéristiques organoleptiques et physico-chimiques de l'eau brute du Lac

Mandroseza ......................................................................................................................... 49

Tableau 6 : Caractéristiques organoleptiques et physico-chimiques de l'EB du Lac

Mandroseza avec ajout de 0.25g/l de NaCl .......................................................................... 50

Tableau 7 : Résultats des analyses physico-chimiques des échantillons d'eau traitée (sans

ajout de NaCl) ...................................................................................................................... 51

Tableau 8 : Premier résultats et évolutions des différents paramètres de l’EB et de l’ET avec

ajout de NaCl (0.25g/l) ......................................................................................................... 52

Tableau 9 : Deuxième résultats et évolutions des différents paramètres de l’EB et de l’ET

avec ajout de NaCl (0.25g/l) ................................................................................................. 54

Tableau 10 : Classification de la pureté de l'eau selon sa teneur en MO par l'OMS ............. 60

Tableau 11 : DCO des deux échantillons d’eau traitée à t = 20 min et t = 25 min ................. 66

Tableau 12 : Avantages et inconvénients de l'électrocoagulation par rapport à la coagulation

floculation chimique classique .............................................................................................. 67

vi

Liste des annexes

Annexe I : Normes de potabilité usuelle……………………………………………………….........I

Annexe II : Bulletin d’analyse physico-chimique de la JIRAMA Mandroseza…………............V

Annexe III : Essais de floculation chimique de la JIRAMA………………………………………VI

Annexe IV : Les dosages…………………………………………………………………………....IX

vii

Liste des abréviations et symboles

°f Degré français A Surface géométrique d'une face d'électrode (cm2) C Concentration en métal dissous ou débit massique de métal dissous (mg/l) C° Concentration réelle des éléments mesurés (mg/l) d espace inter polaire ou distance entre les électrodes DCO Demande Chimique en Oxygène DQE Département Qualité Eau de la JIRAMA Ea Potentiel d'équilibre à l'anode EB Eau brute EC Electrocoagulation Ec Potentiel d'équilibre à la cathode ED Eau distillée EDTA Acide Ethylène Diamine Tétra acétique EESC Energie Electrique Spécifique Consommée ET Eau traitée F Constante de Faraday (C/mole) Fc Rapport entre DCO théorique et DCO essais I Intensité de courant (A) I consommée Intensité de courant réellement consommée(A) I théorique Intensité de courant théorique appliquée(A) IR Chute ohmique dans la masse de la solution JIRAMA Jiro sy Rano Malagasy k Conductivité de l'électrolyte (µS/cm) L Lecture des concentrations sur le spectromètre à absorption atomique m Masse de métal dissous (g) M Masse molaire du métal de l'électrode considéré MES Matières en suspension MO Matières organiques n Nombre d'électron mise en jeu pendant la réaction d'électrolyse N Nombre d'Avogadro NET Noir Eriochrome T NTU Nephelometric Turbidity Unit OMS Organisation Mondiale de la Santé p Nombre d'électrodes P Puissance du générateur de courant (W) pH Potentiel d'hydrogène Q Débit d'alimentation en eau de la cellule (m3/h) Qe débit en amont de la vanne de retenue Qo Quantité d'électricité RE Rendement énergétique Rs Résistance ohmique de l'électrolyse RT Rendement des tensions

viii

SCQPC Service Contrôle Qualité Physico Chimique de l'eau de la JIRAMA Mandroseza t Durée d'électrolyse (s) TA Titre Alcalimétrique TAC Titre Alcalimétrique Complet TDS Taux de solides dissous (minéralisation totale) TH Titre Hydrotimétrique ou dureté totale de l'eau TH Ca Titre Hydrotimétrique Calcique ou dureté calcique de l'eau TH Mg Titre Hydrotimétrique magnésien ou dureté magnésien de l'eau U tension aux bornes des électrodes de la cellule d'électrolyse (V)

γp Nombre de mole d'espèce réductrice

∆m Bilan matériel de la réaction d'électrolyse

∆t Période de traitement (min)

ηAa Surtension d'activation à l'anode (V)

ηAc Surtension d'activation à la cathode (V)

ηDa Surtension de diffusion à l'anode (V)

ηDc Surtension de diffusion à la cathode (V)

Φc Rendement en courant ou rendement faradique de la réaction d'électrolyse

ΦE Rendement d'électrolyse

Conception et réalisation d’une cellule d’électrocoagulation pour le traitement des eaux

Mémoire de fin d’étude

1

Introduction générale

Beaucoup d’entreprises spécialisées dans les secteurs miniers et hydrocarbures se précipitent à

Madagascar en vue de la diversité et la potentialité de ses ressources minérales. Ces entreprises

sont réputées être des grosses consommatrices d’eau pour l’extraction et le traitement des

minerais.

Cette pression exercée au niveau des ressources en eau est à l’origine de la contamination et/ou

de la pollution éventuelle de l’eau du fait des déchets rejetés dans les cours d’eau sans traitement

préalable. La surexploitation des ressources en eau risque également de tarir les réserves d’eaux

aussi bien superficielles que souterraines.

A cet effet, l’utilisation de l’eau, entre autre l’exploitation et le déversement dans le milieu naturel,

nécessite une gestion et un traitement appropriée de façon à préserver aussi bien le plan qualitatif

que quantitatif.

C’est dans ce contexte qu’il est venu l’idée de comment traiter l’eau de manière simple, rentable,

économique par rapport aux autres procédés de traitement classique les plus utilisés et surtout

dans le respect de l’environnement. L’idée est de concevoir un pilote de traitement plutôt

révolutionnaire basé sur l’utilisation de l’énergie électrique pour traiter l’eau. D’où le thème de cet

ouvrage : « Conception et réalisation d’une cellule d’électrocoagulation pour le traitement

des eaux ».

Pour faire une meilleure approche du sujet il est paru fondamental après conception du dit pilote

de traitement de faire des analyses et des contrôles de la qualité physico-chimique de l’eau traitée.

Ces analyses et contrôles ont été réalisés au Laboratoire d’Analyse et Contrôle Qualité de l’eau de

la JIRAMA Mandroseza Antananarivo.

La performance et l’efficacité du procédé par les résultats d’analyse physico-chimique ont été

comparées avec les résultats de traitement classique utilisé par la JIRAMA pour alimenter la

capitale en eau potable. De ce fait, un essai de traitement de l’eau brute du Lac Mandroseza en

eau potable entre dans l’objectif de ce travail.

Cet ouvrage se divise en trois grandes parties dont la première partie rassemble les différentes

études bibliographiques menées sur le procédé d’électrocoagulation, la deuxième concerne les

matériels et méthodes pour la mise au point du pilote de traitement et la dernière partie montre les

essais et interprétation des résultats des analyses menées en laboratoire.

Partie 1 : Etude bibliographique



2

Chapitre I : Généralité sur l’eau et ses traitements

L’eau est une substance indispensable à la pérennité de tous les êtres vivants : hommes, animaux

et plantes, tous ont besoin de leur ration quotidienne d’eau. Mais l’eau est également une

ressource essentielle au développement des sociétés humaines. Grâce à ses propriétés

exceptionnelles, l’eau est en effet nécessaire à toutes les activités humaines, ou quasiment.

I.1 L’eau [5][9]

La terre, planète bleue est constituée d'eau aux 3/4 de sa surface, mais cette quantité d'eau est

salée ou non potable à plus de 99 %. Ainsi l'eau douce des lacs, des ruisseaux, des rivières et des

fleuves représentent moins de 0.01 % des réserves en eau du globe.

L'eau est essentielle à la vie et au bien-être. C'est pourquoi, elle a besoin d'être protégée, traitée et

économisée. Ses ressources sont précieuses et rares, sa qualité délicate et son cycle naturel très

long.

Aujourd'hui, la qualité de l'eau et de l'environnement nous concernent tous. La qualité de l'eau est

donc prioritairement une exigence de santé. C'est la raison pour laquelle, il est nécessaire de la

traiter et de l'économiser.

I.2 La nécessité de traiter les eaux

Trois raisons bien distinctes incitent à traiter l’eau telle qu’on le rencontre dans le quotidien :

• Protéger l’environnement et l’écosystème aquatique ;

• Economiser et maintenir nos ressources en eau potable ;

• Permettre de conserver une eau de qualité pour une potabilisation de l’eau à traiter plus

facile et moins coûteuse.

I.3 Qualités de l’eau [9]

I.3.1 Généralité

Dans cette généralité sur la qualité de l’eau, trois points importants vont être mise en exergue :

•••• L’eau chimiquement pure exempte de tout organismes et minéraux n’existe pas dans la

nature.

•••• La qualité de l’eau dépend de son usage. (exemple : l’eau distillée pour l’usage en

laboratoire et dans les industries pharmaceutiques)

•••• Il faut aussi voir les qualités de l’origine de l’eau pour fixer :



3

- Le traitement à appliquer et le coût de ce dernier ;

- Les moyens pour maintenir des conditions de milieu convenable telles les zones de

protection sanitaire autour des captages des eaux souterraines ou les normes de

rejet protégeant les cours d’eau contre les pollutions.

I.3.2 Les normes

Sur le plan qualité, les besoins s’expriment soit subjectivement selon :

• Sa destination (potable, industrielle, irrigation, pisciculture, …)

• Ses propriétés (froide/chaude, claire/trouble, douce/dure, saumâtre, gazeuse, …)

• Soit objectivement au moyen d’indicateurs numériques mesurables par analyse.

Les normes de qualité de l’eau suivent 3 caractéristiques :

• Paramètres organoleptiques (couleur, odeur, goût, aspect) ;

• Physico-chimique (turbidité, ph, conductivité, minéralisation, température, la dureté,

substances admissibles, substances indésirables et toxiques) ;

• Bactériologiques (indicateurs de contamination fécale et des bactéries ou des germes

pathogènes).

I.4 L’eau potable [5][6][11]

I.4.1 Définition

Une eau potable est une eau destinée à la consommation humaine, que l’on peut boire sans

risque pour la santé, et qui par traitement ou naturellement répond à des normes organoleptique,

physico-chimique, bactériologique et biologique fixées par un décret. Le fait qu’une eau soit

conforme aux normes, c’est-à-dire potable, ne signifie donc pas qu’elle soit exempte de manières

polluantes, mais que la concentration a été jugée suffisamment faible pour ne pas mettre en

danger la santé des consommateurs.

I.4.2 Caractéristiques

Comme on l’a déjà mentionné les normes de qualités de l’eau suivent 3 caractéristiques qui sont :

• Caractéristiques organoleptiques : l’eau potable doit être limpide, claire, aérée et

ne doit présenter ni saveur ni odeur désagréable. Précisions, qu’une eau qui ne satisfait pas

pleinement ces critères ne présente pas forcément de risque pour la santé.

• Caractéristiques physico-chimiques : Ce sont les caractéristiques que l’eau

acquiert tout au long de son parcours naturel. Ce sont des éléments naturels emmagasinés au

contact prolongé avec le sol. Les limites de concentration pour la potabilité sont fixées plus en



4

fonction des considérations de l’ordre de goût et de l’agrément qu’en fonction des critères

sanitaires.

Ces caractéristiques comprennent :

- La température qui est un paramètre de confort pour les usagers. Elle permet de corriger

les d’analyse dont les valeurs sont liées à l’origine de l’eau, pour l’eau destinée à la

consommation humaine la température doit être comprise entre 12 ° C et 25 ° C.

- La conductivité électrique qui doit être inférieure à 2000 µS/cm à 20 ° C.

- Le potentiel d’Hydrogène (pH) qui doit être compris entre 6,5 et 9,5.

• Caractéristiques chimiques : L’eau potable contient en quantité souhaitable un

certain nombre d’éléments minéraux dits éléments normaux de l’eau, tels que : le sodium, le

potassium, le calcium, le magnésium, le chlore sulfate, l’oxygène dissous. La dureté dont leurs

teneurs moyennes admissibles en milligramme par litre est définie suivant les normes appliquées.

Pour la teneur en éléments chimiques dits indésirables qui peuvent créer soit un désagrément

pour le consommateur comme :

- Le goût (matières organiques, phénols, fer…),

- L’odeur (matières organiques, phénols…),

- La couleur (fer, manganèse etc.),

- Soit des effets gênants pour la santé (nitrates, nitrite, fluor), leurs teneurs maximum

admissibles sont fixés par les normes aussi.

Concernant les substances toxiques, elles sont souvent issues d’une pollution industrielle du

captage ou d’une dégradation des réseaux de distribution ; elles sont dangereuses pour la santé

en cas de consommation régulière. Pour l’eau potable la teneur maximum en substance toxique

acceptable est signalée dans les normes, elles sont présentées souvent sous forme de trace. Ces

substances sont essentiellement composées par les métaux lourds (plomb, Nickel, Mercure,

Cyanure, Cadmium, Arsenic etc.…).

• Caractéristiques bactériologiques: L’eau livrée à la consommation humaine (eau

potable) est une eau exempte de germes pathogènes, de virus et de germes indicateurs de

pollution fécale à savoir : les coliformes fécaux, les streptocoques fécaux, les coliformes

thermorésistants (E. Coli) et le Clostridium Sulfitoreducteur.



5

I.5 Les différentes étapes de traitements des eaux [10]

En général, il existe trois étapes de traitement des eaux dans les stations de traitement ou

d’épuration destinés à traiter ces eaux pour les ramener aux normes de potabilisation et/ou aux

normes de rejet. Ces trois étapes sont :

• Le prétraitement ;

• Le traitement primaire ;

• Le traitement secondaire.

Mais avant d’expliciter ces étapes, on va parler de ce qu’est le traitement des eaux pour mieux

comprendre son but et ses principes qui diffèrent du type de traitement choisi.

I.5.1 Le traitement des eaux [6][8][10]

I.5.1.1 Définition

Le traitement des eaux est la mise en œuvre de tous les moyens disponible pour transformer l’eau

brute ou les eaux usées en eau potable ou en eau qu’on peut rejeter dans la nature avec toutes

les actions de suivi correspondant à chaque moyen et à chaque phase de traitement.

I.5.1.2 But

Le but du traitement est de produire une eau saine et/ou potable conforme aux normes en vigueur

sans effet négatif sur l’homme et sur l’environnement.

I.5.1.3 Principe

Son principe réside dans l’élimination des matières indésirables et les germes pathogènes

contenues dans l’eau selon les procédés applicables en une ou plusieurs étapes de traitement

jusqu’à obtention d’une eau traitée potable par injection d’un ou plusieurs produits chimiques dans

une conduite et/ou avant l’entrée dans un et/ou des ouvrages différents selon le type d’eau à

traiter.

I.6 Les trois étapes de traitement des eaux brutes

La figure qui suit, illustre les différentes étapes de traitement des eaux brutes et/ou des eaux

usées et les principes adoptés pour chaque étape.



6

Figure 1: Etapes générales du traitement des effluents

Par contre il existe aussi un traitement tertiaire. Cette méthode de traitement est conçue pour

débarrasser l’eau des polluants non traités par les traitements primaires et secondaires. Le

traitement consiste à la désinfection, la dé-chloration et la filtration.

Il a été mis en place pour respecter les normes de potabilisation et de réutilisation en vigueur.

I.6.1 Le prétraitement

L’utilité du prétraitement est d’éliminer les éléments non solubles de grandes dimensions. Le

prétraitement comprend :

• Le dégrillage : là où les éléments de grandes tailles sont retenus ;

• Le dessablage et le déshuilage : Les sables (de densité élevée) se déposent au fond

d'un bassin et les huiles (de faible densité) remontent à la surface de l'eau.

I.6.2 Le traitement primaire

C’est la deuxième étape du traitement des effluents en général. Il comprend la coagulation et la

floculation entraînant la sédimentation des matières en suspension.

Dégrillage

Désablage

Déhuilage

Elimination matières en suspension dans

l'eau

Elimination composées organiques

Acheminement de l’eau à traiter Prétraitement

Traitement primaire

Traitement secondaire

Eaux traitées après contrôle



7

Figure 2: Processus du traitement primaire

I.6.3 Le traitement secondaire

Cette étape de traitement comprend :

• Le traitement des composés organiques biodégradables (carbonés et azotés) avec des

bactéries :

• Traitement complémentaire pour la dégradation des ions ammoniums (nitrification puis

dénitrification) :

Remarque :

Il existe de nombreuses méthodes de traitement des différents polluants contenus dans l’eau.

Malgré cela, il est difficile de traiter les eaux usées car l’application de ces techniques demande de

nombreuses installations et ces techniques peuvent produire elles-mêmes d’autres polluants qu’il

faut traiter par la suite (cas du traitement physico-chimique).

Tout ce ceci complique le traitement des eaux usées pourtant nécessaire.

Coagulation (neutralisation des MES) Matières en suspension(MES)

Formation de particules

denses, sédimentation



8

Chapitre II : La coagulation et floculation des eaux brutes

et des eaux usées

Alors que les eaux brutes présentent des caractéristiques relativement peu variables l’extrême

diversité des rejets industriels nécessite une investigation propre à chaque type d’industrie et

souvent le recours à des procédés spécifiques. Le choix du bon procédé de traitement réside dans

la connaissance du type de pollution à traiter. Ce chapitre met en exergue le phénomène de

coagulation-floculation appliqué aux eaux brutes et les effluents industriels au cours de leurs

traitements.

II.1 Les principaux composants des eaux brutes et des eaux usées [1][3]

Les eaux brutes et les rejets domestiques et/ou industriels peuvent être polluées par :

- Des matières organiques (MO) ;

- Des matières en suspension (MES) ;

- Des matières azotées et phosphorées ;

- Des matières toxiques ;

- Des métaux lourds.

La présence de ces éléments dans l’eau par la pollution (rejets industriels) et par la formation

géologique traversée met en évidence la nécessité de traiter celle-ci avant d’être rejetée ou

réutilisée. Notons que ces charges polluantes peuvent être sous forme colloïdale et sous forme

dissoute.

II.1.1 Les colloïdes

Il est intéressent d’apporté quelques définitions et explications sur les colloïdes car ce sont les plus

difficiles à éliminer et à traiter pour les eaux brutes et surtout pour les effluents industriels.

II.1.1.1 Définition

Les colloïdes sont des particules organiques ou minérales dont la taille est comprise entre

quelques nanomètres et un micromètre environ. Dans les effluents liquides, ils sont notamment,

responsables de la couleur et de la turbidité de l'eau de surface.

II.1.1.2 Propriétés électrostatiques des colloïdes : Charge

surfacique

La plupart des particules colloïdales portent des charges électriques surfaciques qui sont dues à :

• La dissociation des molécules à la surface ;



9

• L'adsorption préférentielle des ions présents dans le milieu.

Ces charges électriques jouent un rôle très important dans la stabilisation des dispersions et dans

la caractérisation des particules. Généralement, dans l'eau, les surfaces des particules colloïdales

sont chargées négativement. Ces charges, dites primaires, attirent les ions positifs en solution

dans l'eau, qui s’adsorbent sur la particule et attirent à leur tour des ions négatifs accompagnés

d'une faible quantité d'ions positifs.

Figure 3: Structure et composition de la double couche sur une particule colloïdale.[1]

Les ions qui adhèrent fortement à la particule forment la couche liée, et ceux qui ne sont pas liés

constituent la couche diffuse.

• La couche liée, ou couche de Stern : Elle a une épaisseur de quelques Angströms. La

charge de cette couche est proportionnelle à la surface des particules et à la conductivité

du milieu. Elle influe sur l'épaisseur de la couche diffuse par son effet d'attraction

électrostatique.

• La couche diffuse ou couche de Gouy-Chapman : Les limites de la couche diffuse ne

sont pas bien définies. L’épaisseur de cette couche varie entre 10 Å et une fraction de

micromètres et possède, entre autre, une distribution inégale des charges électriques

libres. La couche diffuse joue un rôle très important dans les phénomènes de stabilisation

des émulsions colloïdales. En effet, lorsque deux particules se rapprochent, leurs couches

diffuses interagissent et créent des forces de répulsions qui maintiennent les deux

particules éloignées et rendent la suspension stable.



10

II.1.2 Les matières non dissoute

Les matières non dissoute sont des matières organiques ou minérales facilement éliminable par

floculation ou par décantation. Ces matières sont en partie responsables de la turbidité de l’eau.

Un processus de filtrage est nécessaire pour parfaire le traitement.

II.2 La coagulation-floculation [6][10]

C’est l’étape principale utilisée dans le traitement des eaux brutes et surtout des eaux usées

industrielles. Cette étape s’appelle aussi le traitement physico-chimique.

La coagulation-floculation facilite l’élimination des matières en suspension (MES) et des colloïdes

en les rassemblant sous forme de flocs dont la séparation s’effectue par décantation, flottation

et/ou filtration.

La déstabilisation des entités en suspension passe par des phénomènes d’adsorption, expliqués

par la théorie de la double couche. Elle explique comment les colloïdes sont traités par

coagulation.

II.2.1 La coagulation


C’est un traitement chimique pour déstabiliser les colloïdes. C’est aussi l’altération de la surface de

la charge négative de façon à ce qu’ils approchent et adhèrent l’un à l’autre.

II.2.1.2 Les coagulants

Les coagulants sont des produits chimiques qu’on ajoute de façon à obtenir la coagulation. En

général, les coagulants sont :

• Des cations métalliques trivalents ;

• Non toxique ;

• Insoluble dans un pH relativement neutre.

Parmi les coagulants, les réactifs chimiques les plus utilisés sont :

• Sulfate d’aluminium hydraté (Al3+ : Al2(SO4)3 ↔ Al(OH)3 précipite) ;

• Chlorure ferrique (Fe3+: FeCl3 ↔ Fe(OH)3 précipite) ;

• Sulfate ferrique (Fe2(SO4)3↔Fe(OH)3 );

• Chaux ou carbonate de calcium pour compenser l’acidification.

II.2.1.3 Mécanisme de la coagulation

Le mécanisme de la coagulation est défini par trois étapes bien distinctes.



11

• La déstabilisation : C’est la neutralisation de la charge surfacique des colloïdes par

l’addition d’ions à charge positive, des sels métalliques ou de minéraux.

• La théorie de la double couche : Colloïde chargé négativement, une couche fixe

d’ions positifs l’entoure, en s’éloignant dans une couche diffuse, le potentiel décroit

pour atteindre la neutralité dans la masse de la solution : potentiel zêta.

• Potentiel Zêta : Caractéristique des forces répulsives entre particules. Se détermine

par la mesure des vitesses de déplacement d’une particule soumis à un champ

électrique (doit être annulé).

II.2.2 La floculation


La floculation est l’ensemble des phénomènes physico-chimiques menant à l'agrégation de

particules déstabilisées pour former des flocons ou « flocs ». C’est un phénomène réversible, c'est

à dire que l'on peut casser ces agrégats, par exemple en agitant fortement le liquide, pour

retrouver la solution de colloïdes initiale.

II.2.2.2 Les floculant

Ce sont en générale des polymères de haut poids moléculaire à structures linéaires et solubles

dans l’eau. Les floculant existent sous forme solide, en billes ou en solution. Les polymères utilisés

sont des types non-ioniques, anioniques(-), cationiques(+).

Les particules vont se retrouver piéger dans les mailles du floculant pour ainsi créer des flocs.

Figure 4: Schéma du mécanisme de floculation [2]

II.3 Conditions opératoires du procédé coagulation-floculation [1][3]

Au cours du traitement par coagulation, les caractéristiques physico-chimiques de l’eau telles que

le pH, le Titre Alcalimétrique Complet (TAC) et la conductivité sont modifiées. L’efficacité du

traitement dépend du pH. Le pH optimal constitue un compromis entre le pH nécessaire à la

coagulation des colloïdes et le pH nécessaire à la floculation qui correspond au minimum de

solubilité du métal. Les deux principaux paramètres régulant la coagulation floculation sont le

pH de la suspension traitée et la dose de coagulant utilisée.



12

� Exemple de l’Aluminium :

Figure 5: Diagramme de coagulation au sulfate d’aluminium [1]

La figure suivante illustre un récapitulatif de la coagulation-floculation du sulfate d’aluminium et les

produits dérivés lors des réactions en cours.

Figure 6: Mécanismes et produits dérivés du sulfate d’aluminium lors de la coagulation [1]

Sulfate d’aluminium

Al3+

, 6H2O

HYDROLYSE et production de

radicaux hydroxy-alumineux

(monomères) COMPLEXATION

Complexes de solubilité variable

HYDROLYSE TOTALE Al(OH)3 POLYMERISATION

Espèces poly cationiques

ADSORPT/NEUTRALI/PRECIP

Flocons

COMPR/NEUTRALI/ADSORPT

Flocons

POLY CONDENSATION Micro-

flocons libres Al(OH)3(S)



13

� Exemple du Fer

Les conditions optimales de coagulation floculation pour le fer peuvent être théoriquement

déterminées à l’aide du diagramme de distribution des zones de coagulation.

Figure 7: Diagramme de coagulation au chlorure ferrique [3]

Trois zones principales peuvent alors être distinguées:

- Zone 1 : zone de floculation par neutralisation, déstabilisation, adsorption et précipitation des

colloïdes. Dans cette zone de pH, les espèces cationiques du fer prédominent et la coagulation

floculation est optimale.

- Zone 2 : coagulation par entraînement : piégeage des colloïdes dans des hydroxydes de fer

peu solubles (Fe(OH)3(s)). Les colloïdes sont alors généralement correctement éliminés mais

de façon moins efficace que dans la zone précédente.

- Zone 3 : modification de la surface des colloïdes jusqu’à inverser le potentiel zêta des

particules, ce qui peut entraîner une re-stabilisation de ces derniers ou une re-déstabilisation des

flocs formés. La coagulation floculation n'est plus efficace dans cette zone de pH et de

concentration en fer.

Toutes les zones situées en dehors de celles citées sont principalement des zones de

stabilité colloïdale.



14

Chapitre III : Le procédé d’électrocoagulation(EC)

L’objectif de ce chapitre s’est fixé de montrer à travers l’historique et le principe de

l’électrocoagulation que celle-ci est un procédé de traitement des eaux usées très efficaces qu’on

se doit d’étudier et de développer.

III.1 Origine et évolution du procédé d’électrocoagulation [1][2][3]

Le premier document rapportant l’utilisation de l’EC pour le traitement des effluents est un brevet

américain déposé en 1880 par Webster qui utilisait des électrodes en fer. La même année, une

station d’épuration fut construite sur la base de ce brevet, à Salford (Grande-Bretagne) pour traiter

les eaux polluées urbaines.

L’importance de l’électrocoagulation s’est accrue du fait de son efficacité, généralement

supérieures aux autres techniques, pour éliminer les différentes formes de pollution, répertoriées

par les indicateurs suivants:

o DCO : Demande chimique en oxygène,

o COT : Carbone organique total,

o MES : Matières en suspensions,

o TDS : Taux de solides dissous,

o TAC : Titre alcalimétrique complet,

o Les métaux lourds,

o La turbidité de l’eau

Le tableau suivant présente l’historique des procédés étudiés:

Tableau 1 : Historique des applications du procédé d'électrocoagulation. [1]

Date Auteurs Applications

1909 Harries

1947 Bonilla

1956 Holden Ea u de surface

1970 Sadek

1974 Beck et coll.

1984 Vik et coll. Eau très chargée en subs tances humiques

1985 Pazenko et coll. Emuls ions d'hui le

1988 Renk Ea u riche en s able bi tumineux et s chis te pétrol i fère

1989 Ryan et coll. Suspens ion d’argi le

1992 Shen et coll. Eau de teinture et d’impress ion

1996 Lin et coll. Effluents de l ’industrie texti le

2000 Chen et coll. Rejets l iquides des indus tries de la resta ura tion

2002 Abuzaid et coll. Eau riche en dérivés de ni tra tes

2003 Shen et coll. Ea u industriel le cha rgée en fluors

2005 Khemis et coll Emuls ions d’hui les industrie l les

2007 Essadki et coll Rejets de texti les et eaux industrie lles cha rgées en fluors

Eaux us ées urba ines

Ea u riche en phosphate



15

III.2 Principe de l’électrocoagulation [1][2][3][4]

Le procédé d’électrocoagulation est basé sur le principe des anodes solubles. Il s’agit, d’imposer

un courant (ou potentiel) entre deux électrodes (fer ou aluminium) immergées dans un électrolyte

contenu dans un réacteur pour générer, in situ, des ions (Fe2+, Fe3+, Al3+), susceptibles de produire

un coagulant en solution et de provoquer une coagulation-floculation des polluants que l’on

souhaite éliminer. L’électrolyse peut également coaguler les composés solubles oxydables ou

réductibles contenus dans l’effluent.

Le champ électrique crée un mouvement d’ions et de particules chargées. Cette action permet de

rassembler les matières en suspension sous forme de flocs qu’on élimine ensuite par un procédé

physique classique (décantation, flottation, filtration).

Figure 8: Schéma du principe d’électrocoagulation avec des électrodes en Aluminium [1]

La séparation de la masse aqueuse est réalisée par flottation ou par décantation. Le processus se

résume comme suit :

- La formation des coagulants par l’oxydation électrolytiques de métaux

sacrificiels ;

- La déstabilisation des contaminants, des polluants, des MES et la cassure de

émulsions ;

- L’agrégation des phases déstabilisées pour former les flocs.

Cette dernière étape peut être résumée par les sous étapes suivantes :



16

o Présence forte de la double couche diffuse autour des espèces chargées obtenues

grâce aux interactions des ions métalliques provenant de la dissolution de l’anode

sacrificielle ;

o Neutralisation des espèces ioniques présentes dans l’eau par les cations ;

o Formation de flocs comme le résultat de l’agglomération des particules et des

colloïdes autour des espèces coagulées.

Le procédé d’EC peut être utilisé seul ou en série avec d’autres procédés dans une chaîne de

traitement des eaux.

Les principales réactions mises en jeu pour des électrodes soumises à un courant continu sont les

suivantes :

1. À la cathode, la principale réaction est celle de la réduction de l'eau :

3 H2O (liq) + 3 e- 3/2 H2(g) + 3 OH- (1)

À des valeurs élevées du pH, la cathode peut être attaquée par les ions OH-:

2 M + 6 H2O (liq) + 2 OH- 2 M(OH)4- + 3 H2 (g)

2. À l’anode, le métal (M), l’Aluminium ou le Fer est oxydé suivant la réaction :

M(S) M3+(aq) + 3e-

Dans le cas d’une électrode en fer, une autre réaction se produit à l’anode :

Fe(S) Fe2+ (aq) + 2 e-

Aux conditions de pH adéquat, l’ensemble des ions M3+ générés en solution s’hydratent puis

réagissent avec l’eau pour former principalement des hydroxydes métalliques M(OH)3 :

M3+(aq) + 3H2O (liq) M(OH)3(s) + 3 H+

(aq)

En réalité, les ions métalliques produits peuvent subir d'autres réactions spontanées pour donner

des hydroxydes et/ou des poly-hydroxydes correspondants. Dans le cas d’une électrode en

aluminium, diverses espèces monomériques comme Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al(OH)4-, et polymériques

comme Al2(OH)2+, Al6(OH)153+, Al7(OH)17

4+, Al8(OH)204+, Al13O4(OH)24

7+, Al13(OH)345+, sont formées

puis se transforment finalement en Al(OH)3(s).

Ainsi, le mécanisme de formation des hydroxydes métalliques peut être décrit de la manière

suivante :



17

M3+ Espèces Monomériques Espèces Polymériques Amorphe M(OH)3

Ces espèces jouent le rôle de coagulant et conduisent à la formation de précipités, puis de flocs

facilement éliminables. La différence entre l’EC et la coagulation-chimique réside principalement

dans la source des coagulants, qui sont générés électro chimiquement (in situ) dans l’une, et

ajoutés directement sous forme de composés chimiques dans l’autre.

En revanche, les procédés classiques basés sur la coagulation-chimique n’ont besoin que

d’énergie mécanique pour réaliser l’agitation tandis que l’EC consomme aussi de l’énergie

électrique essentiellement pour dissoudre l’anode sacrifiée.

III.3 Mise en œuvre du procédé [1][3]

Plusieurs technologies d’EC existent. Les cellules électrochimiques peuvent être montées en série

ou en parallèle seules ou associées à d’autres types de procédés tels que les méthodes

biologiques, les filtres, des décanteurs ou d’autres méthodes physiques de traitement.

A l’échelle de laboratoire ou en industrie, on trouve diverse géométries de plaques telles que les

plaques planes, cylindriques, des lits fixes de billes sphériques, et des électrodes rotatives. Les

électrodes planes offrent un montage et une facilité de nettoyage faciles des plaques surtout

lorsque la dimension du réacteur atteint une certaine taille.

On distingue trois modes de connexion électrique :

� Le mode mono polaire en série ;

� Le mode bipolaire en série ;

� Le mode mono polaire en parallèle.

La différence entre ces trois modes se trouve dans la connexion entre les électrodes qui entraîne

une différence des expressions des tensions et des intensités de courant dans les cellules.

a) : Connexion mono polaire en série et équivalent électrique



18

b) : Connexion bipolaire en série et équivalent électrique

c) : Connexion mono polaire en parallèle et équivalent électrique

Figure 9: Différentes types de connexions entre les électrodes [1][2]

Si on compare les circuits électriques associés aux divers modes de connexions, on constate que,

pour une intensité donnée, la tension nécessaire sera plus importante pour le mode en série que

pour le mode en parallèle puisque les résistances s’additionnent.

En mode en série, l’intensité qui parcourt chacune des électrodes est identique alors qu’en mode

parallèle, elle dépend de la résistance de chaque cellule individuelle (composée de deux

électrodes). Pour travailler en mode parallèle, il faudrait disposer d’un générateur permettant de

délivrer un courant élevé, sous une faible tension alors qu’en mode en série, il faudrait un

générateur permettant d’imposer des intensités relativement faibles et des tensions plus élevées.

D’où, il est judicieux de travailler en mode bipolaire en série car celui-ci ne nécessite le

branchement que de deux (quel que soit le nombre d’électrodes), il en résulte donc une moindre

consommation d’énergie.

III.4 Les principales lois de l’électrolyse [1][2][3]

Le procédé d’EC met en œuvre plusieurs types de phénomènes tels que :

• Les réactions chimiques inter-ioniques,

• Les réactions électrochimiques d’oxydoréduction,



19

• Les phénomènes physiques de transfert de charge à l’interface électrode/solution,

• Les adsorptions physiques entre hydroxydes et polluants et adsorption chimique

entre les ions métalliques et la pollution,

• L’hydrodynamique dans l’espace inter électrodes, les interactions gaz-liquide plus

précisément entre les gaz produits et la solution.

La compréhension de tous ces phénomènes est indispensable pour la maîtrise et l’optimisation du

procédé. Cela se fait par la maîtrise d’un certain nombre de lois.

III.4.1 Loi de Faraday

Si l’on considère que les seules réactions chimiques qui se déroulent dans le réacteur d’EC sont :

• A l’anode, l’oxydation du métal,

• A la cathode, la réduction de l’eau,

il est possible de déterminer la masse de métal dissoute et d’hydrogène formé pendant une durée t

d’électrolyse à un courant I, en utilisant la loi de Faraday :

m = �.�.�

�.� (1-1)

Avec :

a) m : masse de métal dissout ou de gaz formé (g)

b) I : Intensité du courant imposée (A)

c) t : durée de l’électrolyse (s)

d) M : masse molaire du métal considéré (g/mole)

e) n : nombre d’électron mise en jeu dans la réaction d’électrolyse

f) F : constante de Faraday (96500 C/mole)

Si la cellule de l’électrolyse est composée de plusieurs électrodes, et est alimentée par un liquide

de débit Qe alors le débit massique de métal dissout C sera :

C = �(�)

� (1-2)

Avec :

• C : débit massique de métal dissout (kg.h/m3)

• m : masse de métal dissout (kg)



20

• p : nombre d’électrodes

• Qe : débit d’alimentation en liquide de la cellule (m3/h)

Pour une réaction électrolyse de la forme :

A + n e- γp P

Où :

- A : espèce oxydante

- P : espèce réductrice

- n : nombre d’électron mise en jeu

- γp : nombre de mole de P produites

Si cette réaction est la seule à se produire, la loi de Faraday indique que la production de γp moles

de P nécessite le passage de γp moles d’électrons, c'est-à-dire, la quantité d’électricité Q0 telle que

:

Q0 = n.N.e0 = nF (1-3)

Où :

• N : le nombre d’Avogadro (6.022.1023 mol-1)

• e0 : la charge élémentaire (1.602. 10-19C)

Le courant d’électrolyse est alors entièrement utilisé par cette réaction. Dans le cas où plusieurs

réactions électrochimiques se produisent en même temps, on évalue le rendement faradique par

rapport à la réaction (1-3).

Différentes expressions du rendement peuvent être utilisées:

• Le rendement en courant ou rendement faradique φc :

Фc =

Soit :

Фc = (1-4)

Quantité d'électricité nécessaire pour produire γp moles de P

Quantité d'électricité réellement consommée pendant l’électrolyse

I théorique . t

I consommée . t



21

• Le rendement énergétique RE défini par :

RE =

Soit :

RE = (1-5)

Avec :

• Eéq : potentiel d’équilibre (Eéq = EO (anode) – EO (cathode))

Où EO sont les potentiels d’abandon des électrodes (i=0).

• EApp : tension mesurée aux bornes de l’électrolyseur.

Le rapport Eéq/ EApp représentant le rendement des tensions RT, on peut aussi écrire le rendement

énergétique comme RE = Фc. RT (1-6)

III.4.2 Tension appliquée aux bornes de la cellule d’électrolyse

Lorsque le courant circule dans une cellule électrochimique, il en résulte une augmentation de la

tension. Cette tension se décompose en plusieurs éléments. (Figure 10)

• Le potentiel d’équilibre réversible de l’anode, EO, a ;

• La surtension d’activation à l’anode, ηAa qui est fonction de la densité de courant ;

• La surtension de diffusion à l’anode, ηDa , résultant de la différence de concentration

de l’espèce A entre l’anode et l’électrolyte, par la relative lenteur des phénomènes

de diffusion-convection ;

• La chute ohmique dans la masse de la solution, qui transforme une partie de

l’énergie électrique fournie en chaleur par effet Joule ;

• La surtension de diffusion à la cathode ηDc , générée par le gradient de

concentration au voisinage de la cathode ;

• La surtension d’activation ηAc de la réaction électrochimique se produisant à la

cathode ;

• Le potentiel d’équilibre réversible de la cathode, EOc .

Energie nécessaire pour produire γp moles de P

Energie réellement consommée par l’électrolyse

Ithéorique .Eéq

Iconsommée .EApp



22

La tension appliquée est ainsi donnée par l’équation suivante :

Uc = Ea – Ec + ηAa + ηDa + │ηDc│ + │ηAc│ + Rs.I (1-7)

Figure 10: Décomposition de la tension de cellule électrochimique [1][2]

Rs est la résistance ohmique de l’électrolyse. Dans notre dispositif où les électrodes planes sont

placées en parallèle et vis-à-vis à une distance d l’une de l’autre, on a :

Rs = �

�.� (1-8)

Avec A qui représente la surface géométrique d’une face d’électrode et k la conductivité de

l’électrolyte.

III.4.3 Energie et rendements d’électrolyse

En plus du rendement Faradique, on définit aussi un rendement par rapport à l’énergie

consommée lors de la formation d’une mole de P. Ce rendement est défini par le rapport entre

l’énergie théorique nécessaire à la formation d’une mole de P et l’énergie réellement consommée

pendant l’électrolyse.

Ce rendement d’électrolyse peut se simplifier à : ФE = Фc (1-9)

Avec Фc, le rendement Faradique, Uoo, la différence de potentiel standard de la réaction anodique

ou cathodique et Uc, la tension réelle de la cellule.

L’énergie électrique spécifique consommée EESC, exprimée en Watt heure ou en Joule, s’exprime

en fonction de la tension réelle U, de l’intensité I et de la période considérée ∆t :

EESC = U .I. ∆t (1-10)

Uoo

Uc



23

III.5 Les étapes de la réaction électrochimique [1][3]

Pour rendre compte des vitesses de réactions, il faut considérer les différentes étapes qui

interviennent lors d’une réaction électrochimique et qui sont présentées dans la Figure 11.

Figure 11: Les différentes étapes d’une réaction électrochimique [1][2]

Comme vu précédemment, à chacune des étapes est associée, une surtension ; la somme des

surtensions correspondant alors à la réaction électrochimique globale. Les différentes relations

indiquées dans la littérature sont issues des travaux de Faraday. La relation de proportionnalité

entre le courant Faradique et la vitesse d’électrolyse est :

v = �

��=

�

�� (1-11)

• v : vitesse d’oxydation ou de réduction (mol.s-1.cm-2).

• F : constante de Faraday.

• n : nombre d’électrons dans la réaction considérée.

• A : surface active de l’électrode (cm²).

• I : intensité de courant (A).

• j: densité de courant (A.cm²).

A partir de cette équation, de nombreux modèles ont été établis en fonction des étapes

déterminantes de la vitesse de la réaction globale.

III.6 Les espèces d’aluminium en solution [1][3]

L’aluminium et le fer sont les métaux les plus utilisés comme électrode en EC du fait de leurs

formes ioniques trivalents et le choix s’est opté sur l’aluminium. Afin de maîtriser le procédé d’EC,



24

il est indispensable de mieux connaître le comportement et les caractéristiques chimiques et

électrochimiques de l’aluminium.

III.6.1 Les formes d’aluminium dans l’eau

L’aluminium peut exister sous différentes formes lors de sa mise en solution. Ces formes sont en

équilibre entre elles. Chaque espèce peut subir des modifications suivant une certaine séquence.

L’organigramme de la Figure 2 rassemble les différentes formes de l'aluminium qui peuvent exister

lors de la dissolution de l’anode.

Figure 12: Formes d’aluminium pouvant exister lors de la dissolution d’une anode [1]

III.6.2 Les cations Al3+ et les hydroxydes d’aluminium

Aux faibles valeurs de pH, l'aluminium est pratiquement à l'état ionique trivalent Al3+. Lorsque le

pH augmente, Al3+ se combine avec les ions OH- pour donner successivement les espèces

ioniques Al(OH)2+, Al(OH)2+ et Al(OH)4-. La solubilité de l'aluminium trivalent est quasiment nulle

pour les pH entre 6 et 7. Au-delà, elle augmente grâce à la formation des ions Al(OH)4-.

Les cations Al3+ réagissent avec les molécules d'eau et différents anions Cl-, SO42-, F-, PO4

3-, des

silices, des matières organiques. Les constantes d'équilibre K des réactions avec l’eau, permettent

de tracer le diagramme de répartition des espèces monomères, amorphes et solides de

l'aluminium en fonction du pH Figure 10. Plusieurs autres formes d'aluminium sont susceptibles

d'exister par polymérisation et hydrolyse.



25

Figure 13: Diagrammes de prédominance des espèces d’aluminium et effet du pH [1]

D'après la Figure 10, on peut remarquer que:

• A pH < 3, l'aluminium est principalement à la forme trivalente Al3+, cette forme de

monomère devient négligeable en milieu moins acide (pH > 6).

• La forme ionique Al(OH)2+ apparaît vers des pH de l'ordre de 3 pour atteindre un

maximum de concentration (20% de l'aluminium présent) vers un pH = 5.

• Dans la zone de pH comprise entre 5 et 8, l'espèce la plus répandue en solution est

l'hydroxyde d'aluminium Al(OH)3 avec un maximum de 95 % vers pH = 6,5. La solubilité de

l’aluminium trivalent est quasiment nulle dans une gamme de pH entre 5 et 8, cependant sa

réaction avec les OH- en solution, permet la formation de composés solubles tel que les

cations [Al(OH)2]+ et [Al(OH)]2+.

• L'ion Al(OH)4- commence à se former vers un pH = 6 et atteint son maximum de 90

% de l'aluminium présent dans la solution vers un pH de 9.5, le reste de l'aluminium étant

sous la forme d'hydroxyde d'aluminium Al(OH)3 et de Al(OH)52-. En milieu alcalin (pH >11),

Log[Al]

(somme

des

espèces)



26

on trouve deux complexes anioniques Al(OH)4- et Al(OH)52- qui deviennent majoritaires à

pH>12.

L'aluminium réagit également avec d'autres types d'anions pour former des complexes

inorganiques tel que:

• Les ions fluors F- qui forment avec l'aluminium Al3+ les complexes AlF2+, AlF2+, AlF3,

AlF4- et AlF52-.

• Les ions phosphate PO43- réagissent avec l'aluminium Al3+ en milieu neutre ou acide

pour former Al(PO4), Al H(PO4)+ et Al H2(PO4)2+.

• Les ions sulfates SO42- se combinent avec l'aluminium Al3+ et forment les espèces

Al(SO4)+ et Al(SO4)2 -.

Les fluorures et les sulfates ne sont complexés par l'aluminium Al3+ qu'à des pH acides, alors qu’à

pH alcalins, les cations Al3+ ne sont quasiment pas présents en solution sous leur forme

cationique. Ils se lient avec les OH- pour former des composés colloïdaux ou insolubles. A un

degré d'oxydation 0 de l’aluminium et en l’absence d’espèces chimiques pouvant former des

complexes solubles ou de sels insolubles avec l’aluminium, le diagramme de Pourbaix présente

les domaines de stabilité d’Al, Al3+ (cation aluminium), Al2O3 (alumine) et AlO2-: (ion aluminate).

Figure 14: Diagramme de Pourbaix du système Al - H2O à 25°C [3]

La solubilité de l'alumine est minimale pour un pH voisin de 8. Elle est plus importante en milieu

acide et en milieu basique.



27

III.6.3 Les complexes aluminium-matières organiques

L'aluminium peut former des complexes avec les matières organiques naturelles tels que les

dérivés d'acides humiques, les protéines, les micelles et les colloïdes. La matière organique réagit

plus facilement avec l'aluminium en milieu acide (pH < 4,5) qu'en milieu basique ou neutre. La

détermination des constantes de formation des complexes Al-Org n'est pas bien établie à ce jour.

La Figure 12 ci-dessous représente la spéciation de l'ion Al3+ et des complexes Al-Org.

Figure 15: Distribution des espèces d'aluminium et effet de pH en solution d’aluminium et de matière organique [3]

Partie 2 : Matériels et méthodes pour la mise au point du pilote de

traitement



28

Chapitre IV : L’électrocoagulation : Pilote et Mode

opératoire

Le chapitre suivant présente la description des matériels utilisés pour l’élaboration du pilote de

traitement et le mode opératoire. Ceci consiste à décrire les différents composants annexes au

réacteur, la configuration du réacteur d’électrocoagulation et les conditions expérimentales du

procédé. Il est à noter que la configuration du dispositif de traitement est un traitement à

fonctionnement continu et à recirculation.

IV.1 Description des composants annexes au réacteur

Les composants annexes au réacteur comprennent les différents matériels permettant le

fonctionnement du procédé.

• Un(1) réservoir d’eau à traiter d’un volume de 20 litres

• Une(1) pompe centrifuge à palette électrique à axe horizontal qui assure la

montée progressive de l’effluent dans le réacteur. Elle a les caractéristiques suivantes :

• Tension d’alimentation à vide : 12 V[volt] ;

• Tension en charge : 6.8 V ;

• Puissance : 18 W

• Débits : en amont de la vanne : Q = 1.764 L/min

en aval de la vanne : Qe = 0 à 1 L/min

Figure 16 : Photo de la pompe centrifuge à palette (source : Auteur)

• Une (1) alimentation stabilisée en courant continu pour l’électrolyse de

l’effluent:

- Intensité maximale : 1 (±0.01) A

- Tension aux bornes : 12 (±0.2) V et 32 (±0.2) V

- Puissance : P = 32 W



29

Figure 17 : Schéma électrique de l’alimentation 12 V de la pompe centrifuge

Figure 18 : Schéma électrique de l’alimentation 32 V du réacteur d’électrocoagulation

Figure 19 : Photo du générateur de courant continu délivrant 12 et 32 V (source : Auteur)

L’alimentation stabilisée est constituée de deux types de circuit qui se diffèrent de la tension

délivrée. Les schémas électriques des figures 17 et 18 illustrent la disposition des différentes

composantes électroniques utilisées pour la conception de ce générateur de courant continu.

Pour un traitement à flux continu et à recirculation, ces composants sont reliés entre eux et au

réacteur par un système de tuyauterie avec un diamètre de 3mm et 5mm (en amont et

C=1000µF

C=2500µF

+

+

-

-



30

réciproquement en aval du réacteur). Le tout forme un système de traitement d’eau usée par un

procédé d’électrocoagulation.

De ce réservoir, la pompe continue à puiser l’eau brute ou l’eau usée à traiter vers le réacteur ou

la cellule d’électrocoagulation, siège principale du traitement.

Figure 20: Dispositif expérimental de traitement à l’EC (cycle fermé).

Figure 21: Photo des composants annexes au réacteur (source : Auteur)

Le cycle de traitement est illustré à la Figure 20. L’homogénéisation du métal dissous par

électrolyse est assurée par l’agitation de l’effluent dans le réservoir créée sous l’effet de la

pression imposée par la pompe et l’effet gravitaire à la sortie du réacteur.

Réacteur d'électrocoagulation

Réservoir d'eau à traiter

Pompe centrifuge

Vanne d'ârret

Vanne d’arrêt

Réservoir d’eau

à traiter

Pompe

centrifuge à

palette

Générateur de

courant

continu



31

IV.2 Configuration du réacteur d’électrocoagulation

La mise au point de ce pilote de traitement nécessite la connaissance au préalable des différentes

caractéristiques des composants qui forment celui-ci. Ce point montre le dimensionnement du

réacteur d’EC et sa configuration afin de les apporter aux divers calculs entrant dans le traitement

de l’effluent.

Le réacteur ou la cellule expérimentale d’EC est une cuve rectangulaire en plastique de 3mm

d’épaisseur :

- Volume intérieur total : 3975.56 cm3 (19cm x 8.5cm x 24.5cm) ;

- Volume utile : 3553 cm3 (19cm x 8.5cm x 22cm).

Les deux petites faces verticales de la cuve sont perforées d’un trou de diamètre 4mm pour

permettre l’alimentation et la sortie en eau du réacteur mais aussi la connexion de celui-ci avec les

tuyaux aux restes du système. Le trou d’alimentation est placé en bas du réacteur à 3 cm du fond

et celui de la sortie est placé en haut, inverse à la position de l’alimentation.

Sous l’effet du champ électrique imposé, les électrodes génèrent le coagulant Al3+ (cations

métalliques) responsable du traitement de l’effluent.

Figure 22: Schéma du réacteur d'électrocoagulation



32

Figure 23: Photo du corps du réacteur d'électrocoagulation (source : Auteur)

Les électrodes (anode et cathode) utilisées dans ce travail, sont formées par des plaques

d’aluminium, rectangulaires, d’une dimension de 180 mm * 85 mm * 2 mm. Cela correspond à une

surface latérale d’électrode A = 153 cm².

L’alternance du niveau des électrodes placées verticalement et en parallèle assure la circulation

sinusoïdale de l’effluent à traiter dans le réacteur. Cette circulation sinusoïdale de l’effluent permet

son agitation et favorise le contact avec les surfaces des plaques. Il n’est pas nécessaire dans ces

conditions de rajouter une agitation mécanique.

L’écart entre les électrodes ou « espace inter polaire » est modulable. Il peut varier de 2mm à

plusieurs centimètres. Dans ce travail on a pris d = 2.5 cm d’écart entre électrode. Les électrodes

utilisés dans le réacteur électrochimique sont au nombre de p = 6. On a pris ces valeurs selon la

longueur du réacteur.

IV.3 Coût de fabrication du pilote de traitement

Les valeurs des coûts de la fabrication et de la conception du pilote de traitement sont

répertoriées dans le tableau qui suit.

Tableau 2 : Coût des matériels utilisés pour la fabrication du pilote de traitement

Désignation Quantité Unité Prix unitaire Montant en Ariary

Réservoir d’un volume de 20 litres 1 Pièce 2000 2000

Cuve rectangulaire en plastique de 3.5 l 1 Pièce 3000 3000

Transformateur de tension 2 12/32 V 7000 14000

Fils de connexion électrique 3 m 300 900



33

Prise mâle 2 Pièce 1000 2000

Pince crocodile 2 Pièce 500 1000

Tuyau de raccordement 2 m 200 400

Plaque en aluminium 1 m2

10000 10000

Pompe centrifuge de 12 V 1 Pièce 15000 15000

Condensateur de filtrage 2 1000/2500µF 2000 4000

Pont diode 2 Pièce 3000 6000

Coût total de fabrication 58 300 Ar

IV.4 Conditions expérimentales du procédé d’électrocoagulation

L’utilisation du procédé d’EC pour l’élimination de diverses matières indésirables et de charges

polluantes contenues dans les eaux brutes et surtout les eaux usées industrielles se divise en

plusieurs étapes bien distinctes :

- Electro dissolution de l’anode sacrificielle et génération des ions Al 3+

par le passage du courant imposé dans la cellule électrochimique ;

- Réduction de l’eau au niveau de la cathode entraînant la production de

l’hydrogène H2 et l’ion hydroxyde OH - ;

- Déstabilisation de la suspension colloïdale et autorégulation du pH

favorisant la formation des précipités d’hydroxydes d’aluminium Al(OH)3 de formes

amorphes ;

Il est à noter que le procédé d’EC est une méthode alternative remplaçant l’étape chimique de la

coagulation. Les autres étapes comme la floculation et la décantation sont maintenues dans les

mêmes conditions.

Remarque :

L’agglomération des particules neutralisées et la formation des flocs se passent dans l’étape de

floculation dans le réservoir même. L’étape de décantation permet la séparation gravitaire des

flocs et du surnageant.

Il est à noter aussi que le calcul de la dose de traitement en EC est réalisé à l’aide de la Loi de

Faraday, applicable aux électrodes connectées en mode bipolaire en série. La densité de courant j

(j= I/A) appliquée est de l’ordre de j = 6.53mA/cm2 ce qui correspond à une intensité de courant

maximal de 1(±0.01) A. Dans cette étude, l’intensité du courant imposé correspond à la dose de

traitement appliquée.



34

Figure 24: Mode opératoire mis en place pour l’étude du procédé d’électrocoagulation

Le mode opératoire mis en place est très simple car il suffit juste d’alimenter en courant le réacteur

et la pompe pour permettre l’électrolyse et la circulation de l’eau dans le pilote. Seulement, il faut

veiller à ce que la vanne d’arrêt de la pompe soit ouverte

Al3+

H2

Effluent à

traiter

Coagulation au niveau du réacteur Réservoir de Floculation

Générateur

Electrodes

+

-

Flocs formés



35

Chapitre V : Traitement de l’eau brute de surface du Lac

Mandroseza

La mise au point du procédé de traitement a été réalisée à l’aide des essais de traitement sur l’eau

brute de surface du Lac Mandroseza qui est aussi exploitée et traitée par la Société JIRAMA pour

alimenter la ville d’Antananarivo.

V.1 Objectif du traitement

Le but de cette étude est de mettre au point le traitement par EC d’une eau brute de surface pour

la rendre potable suivant les normes en vigueur imposé par l’OMS ou l’Organisation Mondiale de

la Santé et la loi Malagasy.

Les paramètres opératoires d’EC (densité de courant, temps de traitement au sein du réacteur,...)

ainsi que les propriétés physico-chimiques de l’eau brute avant traitement (pH initial, conductivité

initiale, turbidité, minéralisation, température) doivent faire l’objet d’une analyse dans le but

d’atteindre les objectifs annoncés, en réalisant une floculation/décantation complète des polluants.

V.2 Conditions expérimentales de traitement

V.2.1 Caractéristiques de l’eau brute à traiter

Les échantillons d’eau brute de surface sont captés du Lac Mandroseza au niveau de l’aval

déversoir de l’usine de traitement chimique.

La connaissance au préalable des caractéristiques physico-chimiques de l’eau brute de surface

est nécessaire pour évaluer les performances du traitement imposé et la comparaison entre

l’efficacité du procédé de traitement par coagulation-floculation (physico-chimique) et celui du

procédé par EC (sans ajout de produits chimiques).

V.2.2 Ajout de sel (NaCl pure)

L’augmentation de la conductivité par l’ajout de chlorure de sodium est connue pour réduire la

tension U entre les électrodes à une densité de courant constante, en raison de la diminution de la

résistance de l’eau polluée. La consommation énergétique, qui est proportionnelle à la tension

appliquée entre électrodes, devrait donc diminuer.

Donc pour une meilleure efficacité du traitement, l’ajout de sel dans l’eau brute à traiter a été établi

à raison d’une concentration de 0.25g/L de NaCl pure qui correspond à une valeur de conductivité

d’environ 500µS/cm et qui semble être assez raisonnable parce qu’elle offre une consommation

électrique par effet joule modérée, prévenant aussi une dégradation rapide de la surface des

électrodes et surtout une conductivité en dessous de la norme imposé qui est de 3000µS/cm.



36

• Conductivité < 100µs/cm : minéralisation faible

• 100µs/cm < conductivité < 200µs/cm : minéralisation faible

• 200µS/cm < conductivité < 333µS/cm : minéralisation moyenne accentuée

• 333µS/cm < conductivité < 666µS/cm : minéralisation moyenne

• 666µS/cm < conductivité < 1000µS/cm : minéralisation importante

• Conductivité >1000µS/cm : minéralisation excessive.

Voici un tableau qui résume la relation entre conductivité et minéralisation.

Tableau 3 : Relation entre conductivité et minéralisation [5][7]

Conductivité (µS⁄cm) Minéralisation (mg/l)

Conductivité inférieure à 50 µS⁄cm 1,365 x Conductivité (µS⁄cm à 20° C)

Conductivité comprise entre 50 et 166 µS⁄cm 0,921658 x Conductivité (µS⁄cm à 20° C)

Conductivité comprise entre 166 µS⁄cm et 333 µS⁄cm 0,769574 x Conductivité (µS⁄cm à 20° C)

Conductivité comprise entre 333 µS⁄cm et 833 µS⁄cm 0,715920 x Conductivité (µS⁄cm à 20° C)

Conductivité comprise entre 833 µS⁄cm et 10.000

µS⁄cm 0,758544 x Conductivité (µS⁄cm à 20° C)

Conductivité supérieure à 10.000 µS⁄cm 0,758544 x Conductivité (µS⁄cm à 20° C)

V.2.3 Valeur du pH initial

La connaissance de la valeur du pH initial de l’effluent est un des paramètres principaux qui

contrôle la performance de l’EC.

Le procédé d’EC, contrairement au procédé de coagulation floculation, ne nécessite pas de

régulation du pH. Ce dernier se régule automatiquement dans le milieu réactionnel. Le pH est

progressivement tamponné à une valeur approximative de 7 en fonction du temps. Lorsque la

valeur du pH initial est au-dessus de cette valeur, le pH diminue au cours de l’EC et inversement à

pH initial acide.



37

Figure 25 : Courbe d'autorégulation du pH du milieu en fonction du temps de traitement [1]

Alors pour un pH initial du milieu :

• pH < 3 : les espèces cationiques monomères Al3+ et Al(OH)2+ sont prédominantes

selon la figure 10 ;

• 4 < pH < 9 : les Al3+ et les OH- produits par les électrodes réagissent pour former

différentes espèces d’hydroxydes d’aluminium telles que Al6(OH)153+ , Al7(OH)17

4+ ,

Al13(OH) 345+, pour se transformer finalement en un composé amorphe insoluble

dans l’eau ;

• pH > 10 : la concentration de l’espèce anionique monomérique Al(OH)4- augmente

au détriment de la formation Al(OH)3(S). De plus, la cathode pourrait être

chimiquement attaquée par les ions OH- générés en même temps que le gaz

hydrogène H2 à des valeurs de pH élevées.

Le processus de formation de Al(OH)3 est donc actif pour une gamme de pH allant de 4 à 9.

V.2.4 La densité de courant et le temps d’électrolyse

La densité de courant j au niveau des électrodes est jugée un paramètre essentiel en EC,

spécifiquement pour la cinétique d’abattement de la DCO et celle de la décoloration. Lorsque la

densité de courant augmente, le temps de traitement diminue en raison de la forte dissolution des

électrodes. Il en résulte donc davantage de déstabilisation des particules du polluant.

Dans le choix de la configuration du réacteur et la concentration de NaCl dissous dans l’effluent à

raison de 0.25g/l, la densité de courant atteint une valeur de 4.90mA/cm2 qui correspond à une

intensité de 0.75A.



38

V.2.5 Calcul de la dose de traitement

La dose de traitement reçue par l’effluent est en fonction directe avec l’intensité appliquée aux

bornes des électrodes. Elle se calcul par la seconde Loi de Faraday qui détermine la masse de

métal dissoute : m = �.�.�

�.� [mg] (2-1)

Et en tenant compte du nombre d’électrode, on a:

m = �.�.�

�.� (p-1) [mg] (2-2)

Où p est le nombre d’électrode.

Comme le rendement faradique ou le rendement en courant est égale à :

Φc = Ithéorique . t / Iconsommée .t (2-3)

Pour une intensité théorique Ithéorique = 1A et une intensité consommée I consommée = 0.75 A, le

rendement faradique calculé est :

Φc = 1.33

Alors le bilan matière de la réaction d’électrolyse ∆m = ms - me ou plus précisément :

∆m = [mg] (2-4)

Le débit massique de métal dissous est :

C = �(�)

� [kg.h/m3] (2-5)

Où Qe est le débit d’alimentation de liquide dans la cellule d’électrolyse.

Les valeurs de ces différents calculs sont répertoriées dans le tableau qui suive.

Tableau 4 : Paramètres expérimentaux au sein du réacteur d'EC

Choix des paramètres expérimentaux dans le réacteur d’EC

Temps de séjours (min) 5 10 15 20 25 30

Masse d’aluminium dissous (mg) 104.92 209.84 314.76 419.68 524.61 629.53

Bilan matière (mg) 27.90 55.81 83.72 111.63 139.54 167.45

Intensité appliquée (A) 0.75

Débit d’alimentation de l’effluent (L/h) 60

Nombre d’électrode 6

Distance entre les électrodes (mm) 25

Temps de floculation/décantation (min) 30

M.I. Φc. t

n.F



39

Figure 26 : Courbe de la dissolution de l'aluminium dans l'eau à traiter en fonction du temps d'électrolyse

On peut voir à partir de cette courbe de la dissolution de l’aluminium en fonction du temps

d’électrolyse que l’allure de la courbe est linéairement croissante. Cela veut dire que la dose de

traitement ou la masse d’aluminium dissous dans l’eau pendant la réaction d’électrolyse croit

progressivement en fonction de la durée de traitement reçu par l’effluent.

De ce fait, on peut déjà dire que l’efficacité du traitement peut être évaluée à partir de la durée de

traitement reçu par l’eau brute qui parcourt un cycle fermé de traitement avant d’être transvasé

dans un autre réservoir de décantation pour ne pas recevoir un excès de dose traitement.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

5 10 15 20 25 30

Ma

sse

d'A

l d

isso

us

(mg

)

Temps de traitement

Masse Al dissous



40

Chapitre VI : Description des moyens analytiques utilisés

Durant les essais de traitement de l’eau brute de surface du Lac Mandroseza une partie des

données est enregistrée en continue par différents appareils de mesure alors que l’acquisition des

autres données telle que les paramètres physico-chimiques, les analyses volumétriques et les

analyses colorimétriques du milieu nécessite de réaliser des prélèvements qui seront analysés par

la suite.

VI.1 Mesures réalisées en continu

VI.1.1 Mesures de la tension et de l’intensité du courant entre les électrodes

La tension et l’intensité aux bornes des électrodes pendant le traitement sont mesurées à l’aide

d’un multimètre digital modèle DT9205A+. Ce multimètre a une précision de ± 0.02 selon le

fournisseur. L’utilisation de cet appareil nous permet de connaître la tension aux bornes des

électrodes et nous renseigne sur le passage du courant.

VI.1.2 Mesure du débit d’alimentation en eau dans le réacteur

Le débit d’alimentation dans le réacteur est mesuré à l’aide d’un chronomètre digital. Il est possible

de régler le débit d’alimentation par une vanne qui sert en même temps de vanne de retenu du

liquide dans le tuyau de refoulement de la pompe pour éviter le désamorçage du pompe pendant

son arrêt.

VI.2 Analyses et mesures nécessitant des prélèvements [9]

Pendant le processus d’EC, des échantillons sont prélevés à des intervalles de temps

préalablement choisis. Des analyses seront effectuées sur ces échantillons au laboratoire central

d’analyse des eaux du Département Qualité Eau (DQE) de la JIRAMA Mandroseza, plus

précisément au Service Contrôle Qualité Physico-chimique SCQPC.

Les analyses effectuées concernent :

- Les mesures des paramètres physico-chimiques : utilisant des appareils de mesure

électronique comme :

• Le ph-mètre ou l’ionomètre;

• Le conductimètre ;

• Le turbidimètre ;

- Les analyses volumétriques : nécessitant l’utilisation de différents réactifs chimiques

(solutions tampons, solutions titrantes et des indicateurs colorés) pour les mesures de :



41

• Teneur en ions calcium Ca2+ et magnésium Mg2+ dans l’eau (indicateur de la dureté de

l’eau) ;

• Titre hydrométrique (pour les eaux industrielles) ;

• Dosage des chlorures Cl-;

• Titre alcalimétrique (identification des sels alcalins : HCO3- , CO3

-, OH- responsable de la

basicité de l’eau) ;

• Oxydabilité au permanganate de potassium (dosage des matières organiques MO présents

dans l’eau)

- L’analyse colorimétrique : nécessitant l’utilisation de réactifs chimiques et aussi

d’appareils de mesures comme le comparateur hydro cure et le Spectrophotomètre

d’absorption moléculaire pour la mesure des concentrations des différents anions contenus

dans l’eau comme :

- le fer total Fe2+, Fe3+;

- les sulfates SO42-;

- les nitrites NO2-;

- les nitrates NO3-;

- les phosphates PO43- ;

- l’azote ammoniacal NH4+ ;

- La mesure de la DCO (Demande Chimique en Oxygène) : nécessitant la manipulation

de différents produits chimiques ;

VI.2.1 Mesures du pH

Elles sont réalisées par un pH-mètre numérique modèle CG 840 muni d’une électrode en verre

contenant une solution de KCl de concentration de 4M ou à l’aide d’un Ionomètre modèle HANNA

instruments HI 4222 muni de 2 électrodes l’un en verre contenant une solution de KCl et l’autre en

plomb.

Le pH-mètre est étalonné avec des solutions étalons de phosphate de pH 4 et 7.02. La précision

des étalons donnée par le fournisseur est de ± 0.02 unité à 20°C. Le pH permet de suivre la

production des ions OH- responsables de la montée en pH de l’effluent.



42

VI.2.2 Mesures de la conductivité

Les mesures de conductivités sont effectuées à l’aide d’un conductimètre modèle LF 538. Cet

appareil permet de mesurer en même temps la conductivité en µS (micro siemens), la température

en °C (degré Celsius) et la minéralisation de l’eau TDS en °f (degré français).

Il est à noter que les mesures de ces différents paramètres sont effectuées à une température de

référence de 20°C.

VI.2.3 Mesure de la turbidité

La turbidité des échantillons est mesurée à partir d’un turbidimètre digital modèle 2100P HACH. La

turbidité nous renseigne sur l’aspect de l’eau à analyser. On peut classifier l’aspect de l’eau

comme suit :

o Limpide ;

o Claire ;

o Trouble.

L’unité de mesure utilisée est le NTU ou le Nephelometric Turbidity Unit.

VI.2.4 Analyses volumétriques

VI.2.4.1 Hydrotimétrie ou mesure de la dureté de l’eau

METHODE AU COMPLEXON III

Les cations Ca2+ et Mg2+ sont amenés à former un complexe par le sel di sodique de l’E.D.T.A ou

l’Acide Ethylène Diamine Tétra acétique.

La disparition des dernières traces d’éléments libres à doser est décelée par le virage d’un

indicateur spécifique de la dureté totale. La méthode permet de doser la somme des ions calcium

et magnésium.

Mode opératoire pour la dureté calcique TH Ca:

o Prélever 100 ml d’eau à analyser ;

o Ajouter 1 ml de NaOH 3N + quelques cristaux d’indicateur de Patton et Reeder ;

o Titrer l’échantillon avec de l’E.D.T.A.

o Si V est le volume de l’E.D.T.A. versé pour une prise d’essai de 100 ml, la dureté

calcique est exprimée en :

°f = V ml (1°f en Ca = 4 mg/l et 1°f en Mg = 2.43 mg/l) (2-6)



43

Mode opératoire pour la dureté totale :

o Prise de 100ml d’eau à analyser ;

o Ajout d’une solution Tampon TH à pH ≈ 10 de 1 ml ;

o Ajout de quelques gouttes d’un indicateur coloré de N.E.T (Noir Eriochrome T) pour

avoir une coloration rouge -vineux;

o Titrage avec de l’E.D.T.A. jusqu’au virage de la solution à une couleur bleu-vert ;

o Lecture du volume V de l’E.D.T.A. versé et obtention de la dureté totale de l’eau

°f=V ml.

Expression des résultats :

La dureté magnésienne est la différence entre la dureté totale et la dureté calcique :

°f Mg = °f TH - °f Ca (2-7)

VI.2.4.2 Dosage du Chlorure : Méthode de Mohr

Le nitrate d’argent précipite les chlorures sous forme d’AgCl2. La fin de la réaction est repérée par

l’apparition de la teinte rouge brique du chromate d’argent (début du virage).

Mode opératoire :

o Prélever 100 ml d’eau à analyser ;

o Ajouter 3 à 5 gouttes de K2CrO4 ;

o Titrer avec AgNO3 jusqu’au virage au rouge brique.


Soit V le volume d’AgNO3 versé :

Cl- en mg/l = V ml x 35.5 (2-8)

VI.2.4.3 Titre Alcalimétrique Complet (TAC) et Titre

Alcalimétrique (TA)

Ces déterminations sont basées sur la neutralisation d’un certain volume d’eau par un acide

minéral dilué, en présence d’indicateur coloré.

Mode opératoire :

• Prélever 100 ml d’eau à analyser dans un bécher ;

• Ajouter 2 à 3 gouttes d’hélianthine (jaune pour TAC) ;



44

• Titrer avec H2SO4 N/50 en agitant constamment jusqu'à l’obtention

du virage jaune à orange (TAC).


TAC = V ml H2SO4 N/50 (°f) où (1°f en TAC = 12.2 mg/l en HCO3-) (2-9)

VI.2.4.4 Dosage des matières organiques

L’opération consiste à mesurer en milieu alcalin, la quantité d’oxygène enlevée au

permanganate par les matières organiques d’origine animale ou végétale contenues dans

une eau.

Mode opératoire :

• Prélever 100 ml d’eau à analyser,

• Ajouter 5 ml de NaHCO3 saturé, porter à l’ébullition.

• Ajouter 10 ml de KMnO4 N/80, porter à l’ébullition pendant 10 min.

• Laisser refroidir, ajouter 5 ml de H2SO4 ½ et 10 ml de Sel de Mohr 5 g /l.

• Titrer avec KMnO4 N/80 jusqu'à l’apparition d’une coloration rose persistante

Soit V1 le volume de KMnO4 versé pour ce dosage.

• Recommencer les mêmes opérations avec de l’eau distillée.

Soit V2 le volume final versé.

L’oxydabilité des matières organiques au permanganate, exprimée en mg/l d’oxygène, est

égale à : V1-V2.

VI.2.5 Analyses Colorimétriques

VI.2.5.1 Ammonium NH4+ : Méthode Bleu d’Indophénol

En milieu alcalin et en présence de Nitroprussiate, qui agit comme un catalyseur, les ions

ammonium traités par une solution d’hypochlorite de sodium et de phénol donnent du bleu

d’indophénol susceptible d’un dosage colorimétrique.

Toute la verrerie doit être lavée avec une solution d’acide chlorhydrique à 5%, rincée à l’eau dé

ionisée ou fraîchement distillée.

Mode opératoire :

• Eau à analyser : 50ml + 2ml de solution de phénol + 2ml de solution de nitroprussiate + 5ml

de solution oxydante



45

• Agiter énergiquement et laisser reposer 1h à T° 20 à 27°C.

• Lecture à 640nm donne directement la concentration : C°NH4+ en mg/l

VI.2.5.2 Nitrites NO2-

En milieu acide (pH : 1,9) la diazotation de l’amino-4 benzène sulfonamide par les nitrites en

présence du déchlorhydrate de N – (naphtyl 1) diamino-1,2 éthane donne un complexe rose

susceptible d’un dosage colorimétrique à λ = 540nm.

Mode opératoire :

•••• 50 ml d’eau à analyser + 1gouttes H3PO4 + 1 ml de réactif coloré ;

•••• Laisser reposer 15min ;

•••• Lecture à 540nm donne la concentration :

L NO2- où (C°NO2- mg/l = LNO2- x 3,29) (2-10)

VI.2.5.3 Nitrates NO3-

Les nitrates sont réduits en nitrites par du cadmium traité au sulfate de cuivre. Les nitrites produits,

donnent avec l’amino-4 benzène sulfonamide un composé diazoïque qui couplé avec N-(Naphtyl-

1) diamine 1,2 éthane donne un complexe rose susceptible d’un dosage colorimétrique à λ =

540nm.

Mode opératoire :

- Eau à analyser 50ml + HCl ou NaOH 3N pour avoir pH entre 7 et 9 +1,25ml de solution

tampon concentrée ;

- Percoler l’échantillon à travers la colonne à Cd à un débit de 7 à 10ml/min ;

- Jeter les 25 premiers ml de l’échantillon ;

- Récupérer le reste + réactifs coloré ;

- Laisser reposer 15min ;

- Lecture à 540nm donne la concentration : L = LNO3- + LNO2-

D’où: LNO3- = L - LNO2- avec (C°NO3- mg/l = LNO3- x 4, 43)

VI.2.5.4 Dosage du fer total

En milieu ammoniacal, le diméthylglyoxime donne en présence du fer Fe2+, un complexe de

coloration rose dont l’intensité est fonction croissante de la concentration.

Mode opératoire :



46

- Prélever 100 ml d’eau ;

- Ajouter 1jauge de dithionite de sodium. Agiter jusqu'à dissolution du réactif;

- Ajouter 16 à 20 gouttes (2ml) de diméthylglyoxime. Agiter. Attendre 2 min ;

- Ajouter encore 16 à 20 gouttes (2ml) d’ammoniaque. Agiter. Attendre 2 min ;

- Comparer la couleur de cette solution avec celle des plaquettes étalons. Lire la

teneur en fer correspondante en mg/l.

VI.2.5.5 Dosage de l’aluminium résiduel Al3+

Le dosage de l’aluminium résiduel Al3+ dans les échantillons nécessite la préparation au préalable

des divers réactifs à utilisés surtout pour la solution d’aluminon tamponnée.

Préparation de la solution d’aluminon tamponnée :

Il faut noter que les réactifs entrant dans la préparation de la solution tamponnée doivent être

mélangés selon un ordre bien défini comme suit :

• Acétate d’ammonium 66.5g ;

• Acide chlorhydrique 63ml ;

• Aluminon 0.45g ;

• Gomme arabique 5g.

Le mélange est laissé au repos pendant au moins 12 heures.

Réactifs mis en jeu pour le dosage :

- Solution aqueuse de paranitrophénol à 1% ;

- Solution d’acide chlorhydrique N ;

- Solution d’hydroxyde d’ammonium N ;

- Solution d’acide thioglycolique à 1% ;

- Solution d’aluminon tamponnée.

Mode opératoire :

� Eau à analyser 50ml et eau distillée 50ml ;

� Ajout de la solution d’acide thioglycolique 2ml ;

� Ajout de la solution d’aluminon tamponnée 10ml ;

� Porter au bain marie pendant 15min chaque échantillon ;

� Laisser refroidir jusqu’à une température de 20 à 25°C ;



47

� Diluer jusqu’à un volume de 100ml avec de l’eau distillée ;

� Lecture à 640nm donne la concentration en Al3+ : C°Al3+ en mg/l

VI.2.6 Mesure de la DCO

La DCO est la quantité d’oxygène nécessaire à la dégradation par voie chimique des matières

organiques et minérales. Elle est aussi définie comme une expression de la quantité d’oxygène

dissoute nécessaire pour oxyder par voie chimique, sans intervention d’être vivant, toutes les

substances oxydables. Elle s’exprime en mg d’O2 par litre de solution.

VI.2.6.1 Principe

Après avoir complexé les ions chlorures par le HgSO4, l’oxydation est réalisée au K2Cr2O7 en

milieu acide à chaud et sous reflux en présence d’un catalyseur d’oxydation d’AgSO4.

VI.2.6.2 Matériels

- Bloc d’oxydation pour DCO ;

- Burette graduée ;

- Eprouvette ;

- Pipettes jaugées ;

- Tubes au ballon à réaction.

VI.2.6.3 Mode opératoire

La détermination de la mesure de la DCO se fait en cinq(5) étapes :

o Prise de 10 ml d’échantillon ;

o Ajout de Sulfate de mercure HgSO4 d’une demi-cuillère environ + 5cm3 de K2Cr2O7 ;

o Ajout d’un volume V1=15ml d’une solution de digestion formé d’acide sulfurique

concentré H2SO4 et de Sulfate d’argent AgSO4 en excès et en solution aqueuse ;

o Chauffage du mélange pendant une durée de deux(2) heures à 148°C dans un

ballon en pyrex ;

o Refroidir puis ajuster à environ 75ml d’eau distillée (ED) ;

o Ajouter 2 gouttes de férroine ;

o Titrage avec de la solution de sel de Mohr jusqu’au virage de couleur rouge de la

solution.



48

D’où :

• Solution à titrer: Echantillon + ½ cuillère de HgSO4 + 5ml de K2Cr2O7 + 15 ml de (AgSO4

+ H2SO4) + 2 gouttes de Férroïne

Il est à noter que la nécessité d’une préparation d’une solution de référence a été établit. Cette

solution est appelée Blanc avec les mêmes étapes de préparation des échantillons, mais au lieu

de l’échantillon on a mis de l’eau distillée ED.

• Solution de référence (blanc) : ED + ½ cuillère de HgSO4 + 5ml de K2Cr2O7 + 15 ml de

(AgSO4 + H2SO4) + 2 gouttes de Férroïne

VI.2.6.4 Expression des résultats

La valeur de la DCO mesurée peut être exprimée par la formule suivante :

DCO = ��.�(��)

��* �� (2-11)

Où:

o C: concentration de Sel de Mohr (mol/l) ;

o V0 : volume de la prise d’essai (ml) ;

o V1 : volume de Sel de Mohr pour dosage blanc (ml) ;

o V2 : volume de Sel de Mohr pour la détermination des échantillons ;

o Fc = ��é !"#$%

��é&&'"& (2-12)

Où DCO essais = 96 % de la DCO théorique soit une DCO théorique = 480 mg/l

Avec comme Témoin : 10 ml de solution de référence KC8O4H5 à DCO théorique égale à 500 mg/l

Partie 3 : Essais et Interprétation des résultats



49

Chapitre VII : Les Essais et les résultats d’analyses

Ce chapitre présente les essais expérimentaux menés sur des électrodes en aluminium sur deux

échantillons d’eau brute du Lac Mandroseza prélevés en deux jours différents pour connaître et

mieux évaluer la performance du procédé de traitement par EC. Ceci englobe aussi les différentes

analyses et mesures sur chaque essai à traiter.

VII.1 Caractéristiques organoleptiques et physico-chimiques de l’eau brute EB

Les paramètres chimiques et physico-chimiques de l’eau brute du Lac avant et après d’ajout d’une

certaine quantité de NaCl pure sont répertoriés dans les tableaux 5 et 6 qui suivent. Notons que

l’ajout de NaCl dans l’eau brute EB n’affecte que quelques paramètres physico-chimiques comme :

• la conductivité,

• la minéralisation totale,

• la dose de chlorure,

• la dureté.

VII.1.1 Caractéristiques de l’EB sans ajout de NaCl

• Source : Lac Mandroseza

• Date de prélèvement : 08 Juin 2011

• Date d’analyse : 08 Juin 2011

• Nature : Eau brute de surface

• Type d’échantillon : Pour essai de traitement par EC

Tableau 5 : Caractéristiques organoleptiques et physico-chimiques de l'eau brute du Lac Mandroseza

PARAMETRES VALEUR UNITE PARAMETRES VALEUR UNITE

Paramètres organoleptiques

Aspect Trouble - Odeur Absence -

Couleur Jaunâtre - Turbidité 10.9 NTU

Paramètres Physico-chimiques

Température 18.1 °C NH4+ (Ammonium) 0.07 mg/l

Conductivité 34.6 µS/cm Fe2+

, Fe3+

(Fer total) 0.1 mg/l

TDS (Minéralisation

totale)

32 mg/l Cl- (Chlorure) 4.97 mg/l

pH 7.4 - NO2- (Nitrites) 0.05 mg/l

Salinité 0 - NO3- (Nitrates) 1.85 mg/l

TH (Dureté totale) 2.4 °f Al3+

(Aluminium) 0.042 mg/l



50

TH Ca (Dureté

calcique)

1.4 °f TA (Titre

alcalimétrique)

0 °f

MO (Matière Organique)

1.4 mg/l d’O2 TAC (titre alcalimétrique

complet)

0.8 °f

VII.1.2 Caractéristiques de l’EB avec ajout de 0.25g/l de NaCl pure

� Source : Lac Mandroseza

� Date de prélèvement : 08 Juin 2011

� Nature : Eau brute de surface

� Date d’analyse : 08 Juin 2011

� Type d’échantillon : Echantillon avec ajout de NaCl à raison de 0.25g/l

Tableau 6 : Caractéristiques organoleptiques et physico-chimiques de l'EB du Lac Mandroseza avec ajout de 0.25g/l de NaCl


Paramètres organoleptiques

Aspect Trouble - Odeur Absence -

Couleur Jaunâtre - Turbidité 10.9 NTU

Paramètres Physico-chimiques

Température 18.7 °C NH4+ (Ammonium) 0.07 mg/l

Conductivité 524 µS/cm Fe2+

, Fe3+

(Fer total) 0.1 mg/l

TDS (Minéralisation

totale)

486 mg/l Cl- (Chlorure) 160.10 mg/l

pH 7.49 - NO2- (Nitrites) 0.05 mg/l

Salinité 0 - NO3- (Nitrates) 1.85 mg/l

TH (Dureté totale) 2.6 °f Al3+

(Aluminium) 0.042 mg/l

TH Ca (Dureté

calcique)

3.6 °f TA (titre

alcalimétrique)

0 °f

MO (Matière

Organique)

1.4 mg/l d’O2 TAC (titre

alcalimétrique

complet)

0.8 °f

Remarque : Le choix de la quantité de NaCl pure ajouté dans l’EB à raison de 0.25g/l a été

préalablement choisi selon la correspondance de la conductivité et la minéralisation totale de l’eau

mentionné dans les conditions expérimentales de traitement du chapitre 2 de la deuxième partie et

pour ne pas dépasser la norme de potabilité admise.



51

VII.2 Résultats des essais de traitement par EC

Les résultats qui suivent illustrent les deux types d’essais de traitement avec ou sans ajout de

NaCl.

VII.2.1 Essai de traitement sur l’EB du Lac Mandroseza sans ajout de NaCl

VII.2.1.1 Observation visuelle

Pour ce premier type d’essai de traitement sur l’EB du Lac Mandroseza, sans ajout de NaCl, la

première observation et remarque pendant le traitement après les analyses sur les échantillons

dans un intervalle de temps de 5 minutes que :

� Il n’y pas de formation de bulle hydrogène au niveau des cathodes (durant le traitement);

� Il n’y pas de formation de flocs au niveau du réacteur (durant le traitement)

� Il n’y pas de phénomène de floculation et de décantation après échantillonnage (temps de

décantation = 1 heure)

VII.2.1.2 Résultats des analyses physico-chimiques :

� Date de prélèvement : 06 / 06 / 2011

� Nature : Lac Mandroseza

� Type d’échantillon : Pour essai de traitement par EC

Tableau 7 : Résultats des analyses physico-chimiques des échantillons d'eau traitée (sans ajout de NaCl)

Paramètre EB ET1 (5

min)

ET2 (10

min)

ET3 (15

min)

ET4 (20

min)

ET5 (25

min)

ET6 (30

min)

ET7 (35

min)

ET8 (40

min)

Unité

Turbidité 11.6 11.4 11 10.9 11.3 11.2 11.5 12 12.1 NTU

Conductivité 41.8 40.6 41.2 40.9 41.3 40.8 41.6 41.7 41.7 µS/cm

Minéralisation 39 40.4 41.8 42.3 41.6 41.5 41.5 42 42.9 mg/l

Salinité 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -

pH 7.14 7.22 7.4 7.51 7.69 7.7 7.72 7.63 7.81 -

Température 19.2 20.8 21.1 22 21.6 21.6 21.7 22 22 °C

Avec : EB : Eau brute ; ET : Eau traitée

VII.2.1.3 Discussion des résultats

Les premiers résultats, surtout au niveau de l’abattement de la turbidité, montrent déjà que le

traitement n’est pas efficace sur ce type d’essai qui est sans ajout de sel ou de NaCl. Cette

inefficacité est essentiellement due à la faible valeur de la conductivité de l’eau correspondant à



52

une forte résistance de cette dernière. Par conséquent, il en résulte une consommation élevée en

énergie électrique.

On peut déjà dire qu’il est nécessaire d’augmenter la valeur de la conductivité de l’eau brute à

traiter par un ajout d’une certaine quantité de sel ou de NaCl pure. Et ceci est toujours dans le but

de ne pas produire une pollution secondaire dans l’eau et dans le respect de la norme de

potabilité.

VII.2.2 Essai de traitement sur l’EB du Lac Mandroseza avec ajout de 0.25 g/l

de NaCl pure

Notons qu’il est judicieux de faire deux essais de traitement sur un même type d’expérimentation

(avec ajout de 0.25 g/l de NaCl pure) pour évaluer et confirmer la performance du traitement.

Il est à remarquer que les échantillons d’eau à analyser sont le surnageant de l’eau traitée après

décantation statique d’une durée de 30 minutes et siphonage.

VII.2.2.1 Premier essai de traitement avec ajout de 0.25g/l de NaCl

pure

� Date de prélèvement : 06 / 06 / 2011

� Nature : Lac Mandroseza

� Type d’échantillon : Pour essai de traitement par EC

Observation visuelle :

• Apparition de bulles d’hydrogène et génération du coagulant

• Formation de petits flocs en flottation au niveau du réacteur

• Décantation quasi totale des flocs après 30 minutes après échantillonnage

Résultats des différentes analyses :

Tableau 8 : Premier résultats et évolutions des différents paramètres de l’EB et de l’ET avec ajout de NaCl (0.25g/l)

Paramètre

EB ET1 (5min

)

ET2 (10min

)

ET3 (15min

)

ET4 (20min

)

ET5 (25min

)

ET6 (30min

)

ET7 (35min

)

ET8 (40min

)

Unité

Analyses physico-chimiques

Turbidité 11.6 1.30 0.85 0.60 0.50 0.47 0.59 0.55 0.46 NTU

Conductivité 500 496 494 499 494 493 493 497 504 µS/cm

Minéralisation 480 455 457 461 458 455 457 460 467 mg/l

Salinité 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -

pH 7.15 7.5 7.3 7.27 7.33 7.31 7.44 7.53 7.56 -



53

Température 19.9 18.3 18.7 19.7 19.8 19.7 19.7 19.5 19.8 °C

Analyses volumétriques

Chlorure Cl- 4.51 2.22 4.52 4.56 4.5 4.46 4.5 4.5 4.5 °f

160.10

125.2 160.46 161.88 159.75 158.33 159.75 159.75 159.75 mg/l

TH Ca 0.9 0.9 0.8 0.8 0.8 0.7 0.8 0.8 0.9 °f

3.6 3.6 3.2 3.2 3.2 2.8 3.2 3.2 3.6 mg/l

TH 2.6 2.7 3.9 4.1 4 3.7 3.1 3.1 2.7 °f

TH Mg 1.7 1.8 3.1 3.3 3.2 3 2.3 2.3 1.8 °f

4.131

4.374 7.533 8.019 7.776 7.29 5.589 5.589 4.374 mg/l

M.O 1.2 0.90 0.78 0.81 0.82 0.80 0.79 0.76 0.77 mg/l d’O2

TA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 °f

TAC 1.3 2 2 2.1 1.9 2.1 2.2 2.1 2 °f

Analyses colorimétriques

Ammonium NH4

+ 0.11

0

0.102 0.111 0.096 0.094 0.090 0.113 0.112 0.127 mg/l

Nitrites NO2- 0.05

2

0.018 0.016 0.011 0.011 0.012 0.010 0.009 0.010 mg/l

Nitrates NO3- 1.87

3

0.070 0.261 0.372 0.314 0.380 0.389 0.447 0.420 mg/l

Aluminium Al3+ 0.06

2

0.103 0.215 0.298 0.365 0.433 0.529 0.678 0.821 mg/l

Fer total 0.05 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 mg/l

VII.2.2.2 Deuxième mesure avec ajout de 0.25g/l de NaCl pure

Le deuxième essai de traitement avec les mêmes concentrations de NaCl pure ajouté a été réalisé

pour confirmer et suivre la différence et l’évolution entre les résultats des deux analyses différentes

avec les mêmes conditions opératoires et expérimentales.

•••• Date de prélèvement : 08 / 06 / 2011

•••• Nature : Lac Mandroseza

•••• Type d’échantillon : Pour essai de traitement par EC

Observation visuelle

- Apparition de bulles d’hydrogène et génération du coagulant

- Formation de petits flocs en flottation au niveau du réacteur



54

- Décantation quasi totale des flocs après 30 minutes après échantillonnage

Résultats des analyses

Tableau 9 : Deuxième résultats et évolutions des différents paramètres de l’EB et de l’ET avec ajout de NaCl (0.25g/l)

Paramètre

EB ET1 (5min)

ET2 (10min

)

ET3 (15min

)

ET4 (20min

)

ET5 (25min

)

ET6 (30min

)

ET7 (35min

)

ET8 (40min

)

Unité

Analyses physico-chimiques

Turbidité 11.1 0.82 0.61 0.50 0.48 0.47 0.51 0.53 0.49 NTU

Conductivité 524 494 485 481 483 481 487 485 485 µS/cm

Minéralisation

482 457 451 456 453 455 451 457 462 mg/l

Salinité 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -

pH 7.49 7.85 7.71 7.59 7.49 7.41 7.40 7.42 7.43 -

Température 18.7 20 19.9 20.2 20.3 20.3 20.3 20.3 20.3 °C

Analyses volumétriques

Chlorure Cl- 4.33 3.51 4.40 4.41 4.46 4.53 4.49 4.48 4.47 °f

153.71

124.60

156.2 156.55 158.33 160.81 159.39 159.04 158.68 mg/l

TH Ca 0.8 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 0.8 0.8 0.9 °f

3.2 3.6 3.2 3.2 2.8 2.8 3.2 3.2 3.6 mg/l

TH 2.4 2.6 3 3.67 3.98 3.5 3.1 3.1 3 °f

TH Mg 1.6 1.7 2.2 2.87 2.58 2.8 2.3 2.3 2.1 °f

3.888 4.131 5.346 6.974 7.970 6.804 5.589 5.589 5.103 mg/l

M.O 0.94 0.63 0.8 0.82 0.56 0.67 0.78 0.79 0.72 mg/l d’O2

TA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 °f

TAC 1.5 2.1 2.1 2.1 2 2 2.1 1.9 1.6 °f

Analyses colorimétriques

Ammonium NH4

+ 0.103 0.080 0.105 0.102 0.093 0.111 0.138 0.115 0.091 mg/l

Nitrites NO2- 0.05 0.013 0.013 0.013 0.013 0.009 0.009 0.009 0.009 mg/l

Nitrates NO3- 2.12 0.099 0.264 0.544 0.532 0.528 0.631 0.560 0.602 mg/l

Aluminium

Al3+

0.042 0.268 0.315 0.310 0.373 0.478 0.641 0.960 1.098 mg/l

Fer total 0.04 0.03 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 mg/l

Remarque :



55

Pour les conversions des unités on a les correspondances suivantes pour chaque paramètre

analyses avec leur facteur de multiplication.

• 1 mg/l de Cl- = V °f * 35.5 où : V est le volume de la solution titrant

AgNO3 nécessaire jusqu’au virage de l’échantillon à analyser ;

• 1°f en Ca = 4 mg/L de Ca ;

• 1°f en Mg = 2.43mg/L où : TH Mg = TH – TH Ca

• 1°f en TAC = 12.2 mg/l en HCO3- où : TAC = V ml H2SO4 N/50 (°f)



56

Chapitre VIII : Interprétations des résultats L’illustration en courbe des différents paramètres physico-chimiques analysés nous permet

d’interpréter et d’évaluer au mieux la performance et l’efficacité du procédé de traitement par EC

après un temps de traitement défini.

VIII.1 Interprétation des analyses physico-chimiques

Il faut noter que les prélèvements des échantillons se sont faits pendant un intervalle de temps de

5 minutes donc, l’évaluation de la performance du traitement se fait à partir de la durée de

traitement reçu par l’eau. Ceci dit, tous les paramètres analysés seront tous illustrés en fonction du

temps.

VIII.1.1 Evolution de la turbidité

La figure ci-après montre l’évolution d’abattement de la turbidité de l’eau brute pendant le

traitement par EC. En premier temps, la turbidité chute en 5 minutes et se stabilise autour d’une

valeur seuil. Cette évolution est visible après un temps de décantation statique de 30 minutes.

L’abattement de la turbidité est dû plus particulièrement à la déstabilisation ou à la neutralisation

des charges négatives surfaciques des particules colloïdales par la génération in-situ des

coagulants Al3+ pendant la réaction d’EC et entraine de ce fait la coagulation de ces dernières.

L’efficacité d’abattement de la turbidité pendant une durée de traitement de 40 minutes est de

l’ordre de 96%.

Figure 27 : Courbe d'évolution de la turbidité de l'eau en fonction du temps de traitement

VIII.1.2 Variation de la conductivité

Il est intéressent de préciser que pour la mise au point de l’efficacité du traitement par EC, un ajout

de NaCl a été établi pour augmenter la conductivité de l’eau brute à traiter. De ce fait, la valeur de

la conductivité initiale de l’eau brute (EB) a été ramenée à environ 500µS/cm. Or, d’après les

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tu

rbid

ité

(N

TU

)

Temps (min)

turbidité 1ère mesure

(NTU)

Eau brute

turbidité 2ème mesure

(NTU)

Norme de potabilité



57

résultats obtenus on peut voir une variation de la conductivité de l’eau traitée (ET). Celle-ci est due

à la neutralisation ou à la mise en réaction des ions chlorures Cl- libéré lors de l’ajout du NaCl dans

l’eau par le coagulant Al3+.

Figure 28 : Courbe de la variation de la conductivité de l'eau pendant le traitement par EC

VIII.1.3 Variation de la minéralisation totale TDS de l’eau

Le graphe ci-dessous montre que la minéralisation totale de l’eau subie une variation suivant la

durée de traitement reçue. Cette variation est due principalement à l’élimination des ions chlorures

et à l’injection croissant de dose de coagulant in situ dans l’eau.

Figure 29 : Courbe de variation de la minéralisation totale de l'eau pendant le traitement par EC

VIII.1.4 Evolution du pH

Selon les bibliographies en EC, la production d’ions hydroxyde par réduction de l’eau à la cathode

favorise l’autorégulation du pH. Cette autorégulation du pH s’affirme selon l’illustration graphique

450

475

500

525

550

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Co

nd

uct

ivit

é (

µS

/cm

)

Temps (min)

Conductivité 1ère mesure

(µS/cm)

Eau Brute

Conductivité 2ème mesure

(µS/cm)

430

440

450

460

470

480

490

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Min

éra

lisa

tio

n T

DS

(m

g/l

)

Temps (min)

TDS 1ère mesure (mg/l)

Eau Brute

TDS 2 ème mesure (mg/l)



58

des 2 essais de traitement. L’influence du pH est faible pour 6 < pH < 8 en raison d’une non

modification des espèces en solution.

Le pH augmente tout d’abord rapidement, et décroit brusquement jusqu’à se stabiliser après une

durée d’électrolyse de 20 minutes. Cette augmentation de 20 % du pH traduit une production

progressive plus importante d’ions hydroxydes par réduction cathodique de l’eau, d’où le milieu

réactionnel tend à s’alcaliniser naturellement.

Figure 30 : Courbe de l'évolution du pH en fonction du temps de traitement

Il est à remarquer que les deux essais n’ont pas les mêmes valeurs de pH initial à cause de la

variation de température de mesure et de la différence du jour d’échantillonnage.

VIII.2 Etude et interprétation des résultats d’analyse volumétrique

VIII.2.1 Dosage des chlorures Cl-

Graphiquement la courbe du dosage des chlorures Cl- diminue rapidement au début de la réaction

d’électro dissolution de l’anode ; puis tend à se stabiliser au environ de la valeur de chlorure

initiale de l’EB

La présence ou non d’ions chlorure est un paramètre particulièrement important dans l’électro

dissolution de l’aluminium. En absence d’ions chlorure, la présence d’ions nitrate et/ou d’ions

hydrogénocarbonate gêne l’électro dissolution de l’aluminium en entraînant soit un phénomène de

passivation soit une réaction d’oxydation de l’eau ou de l’un des sels, réaction compétitive à celle

de l’aluminium.

La présence d’ions chlorure se révèle donc être un avantage pour le procédé d’électrocoagulation

car ces ions permettent d’augmenter la conductivité de l’effluent et d’éviter la « passivation » de

l’aluminium dans le domaine anodique. Il est de ce fait que pour permettre une bonne électro

dissolution de l’aluminium (rendement par rapport à la loi de Faraday de 100 %), les rapports

6.8

7

7.2

7.4

7.6

7.8

8

0 5 10 15 20 25 30 35 40

pH

Temps (min)

pH 1ère mesure

Eau Brute

pH 2ème mesure



59

massiques [Cl-]/[NO3-] et [Cl-]/[HCO3-] doivent être supérieurs à 0,1. Et pour notre cas, ces

rapports sont bien plus supérieurs à 0,1.

Il faut aussi remarquer que le chlorure est un des éléments de la salinité. En forte proportion ils

augmentent le caractère corrosif de l’eau.

Figure 31 : Courbe du dosage de chlorure Cl- en fonction du temps de traitement

VIII.2.2 Dosage de la dureté de l’eau

VIII.2.2.1 Dureté calcique TH Ca

Le titre hydrotimétrique calcique ou la dureté calcique de l’eau correspond à la teneur en sels de

calcium contenus dans l’eau caractérise son caractère agressif surtout pour l’usage domestique et

pour l’alimentation des chaudières. Les sels de calcium peuvent exister à l’état de bicarbonates et

en quantité moindre, sous formes de sulfates, de chlorures, etc.

Figure 32 : Courbe du dosage de la dureté calcique TH Ca de l'eau

100

125

150

175

200

225

250

275

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ch

loru

re C

l-(m

g/l

)

temps (min)

Cl- 1ère mesure(mg/l)

Eau brute

Cl- 2ème mesure (mg/l)


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Du

reté

ca

lciq

ue

TH

Ca

(m

g/l

)

Temps (min)

TH Ca 1ère mesure (mg/l)

Eau Brute

TH Ca 2ère mesure (mg/l)



60

D’après l’illustration graphique, le dosage de la dureté calcique TH Ca de l’eau ne varie pas

tellement en fonction de la durée de traitement. Cependant, le procédé d’EC n’affecte pas la

dureté calcique de l’eau car aucune réaction ne se produit avec la génération des cations Al3+.

VIII.2.2.2 Dureté totale TH

La dureté totale ou le titre hydrotimétrique TH d’une eau correspond à la proportion de sels de

calcium et de sels de magnésium dans l’eau. On peut apercevoir d’après la courbe de dosage de

la dureté totale que le traitement par EC n’affecte pas cette dernière.

De ce fait, la valeur de la dureté totale de l’eau est bien en dessous de la norme de potabilité

établie.

Figure 33 : Courbe du dosage de la dureté totale TH de l'eau

VIII.2.3 Dosage des matières organiques MO dans l’eau

L’inconvénient des MO est de favoriser l’apparition de goûts, qui pourront être exacerbés par la

chloration, et de faciliter le développement des germes, algues et champignons. Une classification

de l’eau selon sa teneur en matière organique a été proposée par l’OMS :

Tableau 10 : Classification de la pureté de l'eau selon sa teneur en MO par l'OMS

Eaux très pures Eaux potables Eaux suspectes Eaux mauvaises

Moins de 1mg/l Entre 1 et 2 mg/l Entre 2 et 4 mg/l Plus de 4mg/l

Dans le cas de l’essai de traitement a l’EC, on peut déjà remarquer un abattement de la teneur en

matière organique pendant le traitement. L’élimination des matières organiques présents dans

l’eau suit les mêmes processus que l’abattement de la turbidité mais diffère dans le taux

d’abattement.

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Du

reté

to

tale

TH

(m

g/l

)

Temps (min)

TH 1ère mesure(mg/l)

Eau Brute

TH 2ème mesure (mg/l)




61

La matière organique peut chimiquement réagir par complexation, par précipitation ou par

adsorption selon la composition du milieu (paramètres physico-chimiques et autres constituants)

mais aussi selon ses caractéristiques intrinsèques.

Figure 34 : Courbe de l'élimination de matières organiques présentes dans l'eau

VIII.2.4 Dosage du titre alcalimétrique et du titre alcalimétrique complet

TA/TAC de l’eau

Le TA et le TAC sont la proportion de carbonate, de bicarbonate et d’hydroxydes dans l’eau. Avec

le TH et le pH, ils déterminent le caractère entartrant ou agressif d’une eau en fonction également

de la température.

Figure 35 : Courbe de l'évolution du titre alcalimétrique complet de l'eau pendant le traitement

Une augmentation de l’alcalinité de l’eau est observée pendant le dosage du TA/TAC de l’eau.

Celle-ci est due à la production des ions hydroxydes OH- au niveau de la cathode lors de la

réaction de réduction de l’eau.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 5 10 15 20 25 30 35 40Ma

tiè

res

org

an

iqu

es

(mg

d'o

2/l

)

Temps (min)

1ère mesure (mg d'O2/l )

2ème mesure(mg d'O2/l )

Eau Brute


0

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tit

re a

lca

lim

étr

iqu

e c

om

ple

t

TA

C (

°f)

Temps (min)

TAC 1ère mesure (°f)

TAC 2ème mesure(°f)

Eau Brute



62

VIII.3 Etude et interprétation des résultats d’analyse colorimétrique

VIII.3.1 Dosage de l’ammonium NH4+

D’après les résultats d’analyse concernant le dosage de l’ammonium NH4+ et sa courbe que

l’ammonium n’entre pas en réaction avec celle qui se produit au sein du réacteur d’EC. Mais on

peut observer que la concentration en NH4+ est bien inférieure à la norme de potabilité en vigueur.

Il faut noter aussi que la présence de l’ammoniaque dans l’eau peut entraîner le développement de

certains germes donnant des goûts désagréables.

Figure 36 : Courbe du dosage de l'ammonium NH4+ dans l'eau

VIII.3.2 Dosage des nitrites NO2-

Les nitrites NO2- peuvent être rencontrés dans les eaux, mais généralement à des doses faibles.

Ils proviennent soit d’une oxydation incomplète de l’ammoniaque, la nitrification n’étant pas

conduite à son terme, soit d’une réduction des nitrates sous l’influence d’une action dé-nitrifiante.

Une eau qui renferme des nitrites peut être considérée comme suspecte.

Dans nos essais de traitement par le procédé d’EC, on peut remarquer un abattement de la teneur

en nitrite dans l’eau traitée. On peut dire que le phénomène d’électro dissolution de l’anode

sacrificiel entre dans la réaction de neutralisation et d’élimination des ions nitrates NO2- par un

phénomène d’oxydation et de réduction.

De ce fait, on a ici un abattement de la teneur en nitrites de 98%. Le procédé d’EC est efficace

pour éliminer les traces de nitrites présentes dans l’eau.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Am

mo

niu

m N

H4

+ (

mg

/l)

Temps (min)

1ère mesure(mg/l)

2ème mesure(mg/l)

Eau Brute

Norme admissible



63

Figure 37 : Courbe du dosage des nitrites NO2- dans l'eau en fonction du temps de

traitement

VIII.3.3 Dosage des nitrates NO3-

Les nitrates sont des contaminants que l’on retrouve couramment, surtout dans l’eau souterraine.

Une eau à forte teneur en nitrates risque d’être particulièrement dangereuse pour les bébés de

moins de six mois, car les nitrates nuisent au transport de l’oxygène dans le sang.

Figure 38 : Courbe du dosage des nitrates NO3- présents dans l'eau en fonction du temps de

traitement

Dans la courbe de dosage des nitrates en fonction du temps de traitement on remarque tout de

suite une diminution instantanée de la teneur en nitrates au début du traitement pour se stabiliser

ensuite au environ de 15 minutes. Ce phénomène se traduit par un phénomène d’oxydation et de

réduction des ions NO3- avec le coagulant Al3+ généré in situ dans le réacteur. Dans notre cas, les

nitrates sont aussi piégés pour ensuite éliminés par les flocs formés.

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Nit

rite

s N

O2

-(m

g/l

)

Temps (min)

NO2- 1ère mesure(mg/l)

NO2- 2ème mesure(mg/l)

Eau brute

Norme admissible

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Nit

rate

s N

O3

_(m

g/l

)

Temps (min)

NO3- 1ère mesure(mg/l)

NO3- 2ème mesure(mg/l)

Eau brute

Norme admissible = 50mg/l



64

VIII.3.4 Dosage de l’aluminium résiduel Al3+

Lors de l’EC, il y a dissolution électrochimique du métal d’anode pour former le cation Al3+ en

solution. Cependant la Loi de Faraday permet de quantifier la quantité d’aluminium libérée par le

passage du courant entre les électrodes. La figure 26 de la partie illustre la dissolution de

l’aluminium dans l’eau à traiter et d’après cette illustration la quantité d’aluminium dissout croit

progressivement en fonction du temps de traitement. C’est aussi le cas ici pour le dosage de

l’aluminium résiduel qui n’entre pas en réaction directe à la formation des flocs et au piégeage des

polluants.

Il est intéressent de rappeler que l’aluminium susceptible d’être retrouvé dans l’eau ne présente

pas de caractère de toxicité. Pour une eau de bonne qualité elle ne dépasse pas 5 mg/l. Il faut

cependant savoir que des teneurs mêmes faibles (> 0.10 mg/l) peuvent entraîner des

précipitations chimiques secondaires dans les réservoirs de stockage.

Figure 39 : Courbe du dosage de l'évolution de l'aluminium Al3+ dans l'eau en fonction du temps

VIII.3.5 Dosage du fer total Fe2+

, Fe3+

La présence de fer dans les eaux souterraines a de multiples origines : le fer, sous forme de pyrite

(FeS2), est couramment associé aux roches métamorphiques. Il se retrouve souvent à de fortes

concentrations dans les eaux des cuirasses d’altération de socle.

Présent sous forme réduite (Fe2+), le fer est oxydé par l’oxygène de l’air et précipité sous forme

ferrique lorsque l’eau est pompée.

Fe2+ Fe3+ + e-

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Alu

min

ium

Al3

+ (

mg

/l)

Temps (min)

Al3+ 1ère mesure(mg/l)

Al3+ 2ème mesure(mg/l)

Eau brute

Norme



65

Figure 40 : Courbe du dosage du fer total Fe2+, Fe3+ présent dans l'eau

Selon la courbe du dosage du fer total ci-dessus, la concentration en fer total dans l’eau est bien

en dessous de celle de la norme de potabilité mise en vigueur. On peut aussi remarquer un

abattement de ce taux de fer total par rapport au taux de fer dans l’eau brute. Ceci est dû à la

réaction qui se passe entre les ions ferreux et ferriques avec les hydroxydes produits au niveau de

la réduction cathodique pour se précipiter avec les flocs d’hydroxyde d’aluminium.

VIII.4 Energie consommée

De nombreux travaux sur l’électrocoagulation ont porté sur la consommation énergétique en

termes d’Energie Electrique Spécifique Consommée (EESC). Cette énergie a souvent été

étudiée en fonction des paramètres de l’EC d’une façon générale.

L’EESC ou aussi l’énergie électrique à fournir est une fonction de la tension appliquée à la cellule

électrochimique, de l’intensité du courant, du volume de l’eau à traiter et du temps de traitement.

EESC = (.�.�

�� (kWh/m3) (3-1)

Donc pour le cas de notre pilote de traitement, on a comme valeur de l’énergie électrique

spécifique consommée :

EESC = 0.5 kWh/m3

Rappelons que ce calcul de l’énergie ne tient pas compte de l’énergie consommée par la pompe.

VIII.5 Mesure de la DCO

La DCO permet d’obtenir des informations sur la charge globale de pollution. Il convient, toutefois,

de rester prudent quant à son interprétation car certains composés ne sont pas oxydés lors de

l’essai (par exemple, des hydrocarbures paraffinés et cyclo paraffinées, sels ammoniacaux,

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Fe

r to

tal (

mg

/l)

Temps (min)

Fer 1ère mesure(mg/l)

Fer 2ème mesure(mg/l)

Eau brute

Norme admissible



66

urée…). Il est donc difficile de doser quantitativement toutes les matières organiques par cette

méthode car leur oxydation n’est parfois que partielle.

D’après les analyses on a les résultats suivants :

Tableau 11 : DCO des deux échantillons d’eau traitée à t = 20 min et t = 25 min

Echantillon Volume de sel de Mohr versé DCO

Blanc 7.6

ET4 (20min) 7.22 5.0666

ET5 (25min) 7.44 2.1331

Où :

DCO = ��.�(��)

��* ��

Avec :

o C: concentration de Sel de Mohr (mol/l) ;

o V0 : volume de la prise d’essai (ml) ;

o V1 : volume de Sel de Mohr pour dosage blanc (ml) ;

o V2 : volume de Sel de Mohr pour la détermination des échantillons ;

o Fc = ��é !"#$%

��é&&'"& où DCOessais = 96 % de la DCOthéorique soit 480 mg/l

Avec comme Témoin : 10 ml de solution de référence KC8O4H5 à DCO théorique égale à 500 mg/l

D’après ces résultats, la diminution de la charge globale de pollution est encore meilleure pour une

durée de traitement de 25 minutes.

En conséquence, il existe une durée d’électrolyse optimale pour le traitement de l’eau brute par

électrocoagulation, en atteignant aussi les objectifs fixés pour l’abattement de DCO. Cette durée

est d’autant plus courte que la densité de courant appliquée est importante.

VIII.6 Discussion des interprétations

Les expérimentations décrites dans ce chapitre nous ont permis d’étudier les cinétiques

d’abattement de différents indicateurs de pollution en fonction des paramètres opératoires et du

temps de traitement.

Cela a permis de déterminer les valeurs minimales de polluants atteintes au cours des différents

traitements. Cependant :



67

•••• La plupart des paramètres de pollution mesurés et analysés comme la turbidité, les nitrites ,

les nitrates, la dose fer total et la DCO diminuent en fonction du temps de traitement, de la

charge électrique et de la concentration en métal dissous ;

•••• La durée de traitement optimale d’abattement pour les indicateurs de pollution s’est portée sur

un intervalle de 20 à 25 minutes, soit une durée de 25 minutes (Le choix de ce temps de

traitement adopté est du fait que chaque paramètre atteint son efficacité et sa performance

optimale et surtout atteint sa phase de stabilité aux alentours de ces durées selon les

conditions expérimentales adoptés pour le traitement);

•••• La durée de traitement influence la performance du traitement car plus l’eau reçoit sa dose de

coagulant libéré in situ, plus la formation le phénomène de coagulation et floculation

augmente ;

•••• L’estimation énergétique nous permet de prédire une consommation énergétique de 0.5

kWh/m3 en travaillant à des faibles densités de courant. En augmentant la conductivité de

l’eau brute en ajoutant du NaCl, on peut réduire davantage la consommation énergétique.

En égard de ce qui précède, le procédé de traitement par électrocoagulation peut être considéré

comme une technique fiable de traitement des eaux brutes en eaux potables.

VIII.7 Evaluation économique et extrapolation industrielle

VIII.7.1 Avantages et inconvénients de l’électrocoagulation par rapport à la

coagulation floculation chimique

Afin de mieux évaluer la performance du procédé d’électrocoagulation tant au point de vue

économique qu’au point de vue rentabilité, il est nécessaire de faire un petit bilan de comparaison

entre le procédé de traitement chimique et celui de l’électrocoagulation.

D’après les observations et les études bibliographiques menées, voici un tableau récapitulatif de

quelques avantages et inconvénients du procédé.

Tableau 12 : Avantages et inconvénients de l'électrocoagulation par rapport à la coagulation floculation chimique classique

Avantages Inconvénients

Pas d'ajouts de produits chimiques

(coagulant/floculant) Possible ajout de sel (NaCl) pour augmenter la

conductivité de l'eau brute à traiter et pour

réduire la tension de cellule à intensité constante

Pas d'augmentation de pollution secondaire



68

Actions rapides des ions formes

Nécessite un processus de filtration secondaire

pour améliorer le traitement

Augmentation de la minéralisation de l’eau suite à

l’ajout de sel

Elimination des colloïdes les plus difficiles à éliminer

par coagulation/floculation classique

Faible volume de boue produits (décantation/

flottation aisée)

Efficacité sur la décoloration et l'abattement de la

turbidité, de M.O Nécessite l'utilisation fondamentale d'électricité

Amélioration de la biodégradation de l'eau brute Peut présenter un risque de sécurité si la tension

et le courant ne sont pas contrôler et sécuriser

surtout à grande échelle Equipement simple à réaliser. Grande souplesse

d'utilisation et possibilité d'automatisation (faible

cout maintenance)

Temps de traitement réduit

Requière l'utilisation d'un générateur de courant

stable et élevé Destruction de la flore bactérienne par l'effet du

champ électrique (effet bactéricide)

VIII.7.2 Evaluation économique

D’un point de vue énergétique, le procédé de traitement de l’eau avec l’électrocoagulation

consomme une quantité d’énergie et d’électrode assez faible pour une éventuelle exploitation du

procédé. La consommation d’énergie électrique varie en fonction du produit U.I.t.

De ce fait, d’après tous ce qui précèdent pour le pilote de traitement, les meilleures conditions de

traitement correspondant à une densité de courant de l’ordre de 6.53 mA/cm2 correspondent à une

durée de traitement de 25 minutes.

Afin de pallier à la production inutile de Al(OH)3 dans l’eau traitée, il est finalement important

d’éviter de travailler à des densités de courant trop élevées.

VIII.7.3 Extrapolation industrielle

Afin de réaliser une extrapolation d’échelle du procédé, il est important de tenir compte de certains

nombres de paramètres opératoires tels que :

• Les caractéristiques de l’eau à traiter et le but de son utilisation ;

• Le débit d’eau à traiter

• La dimension du réacteur et des électrodes ;

• Le mode de connexion électrique utilisé et la tension aux bornes des électrodes



69

• L’intensité de courant imposée ou la densité de courant appliquée;

• L’espace inter polaire entre chaque électrode et le choix de métal comme électrode utilisé ;

• Et surtout le temps de traitement choisi.

Tout ceci est dans le but d’une meilleure efficacité de traitement avec une minimum consommation

d’énergie et dans le respect de l’environnement et des normes en vigueur.



70

Conclusion générale et perspectives

La conception et la réalisation du pilote de traitement nécessite la connaissance et la maitrise au

préalable des principes et lois qui régies le phénomène d’électrocoagulation. Parmi les différents

types de géométrie et forme de réacteur d’électrocoagulation existant, on a choisi de travailler

avec un réacteur de forme parallélépipédique utilisant des électrodes en aluminium planes et

rectangulaires.

La mise au point du pilote de traitement nécessite aussi la maitrise des différents composants

annexes entrant dans la réalisation de ce dernier. Des essais de traitement ont été établis avec

l’eau brute de surface du Lac Mandroseza pour évaluer la performance et l’efficacité du procédé.

Les essais ont été effectués selon des conditions expérimentales bien définies et choisies au

préalable comme la tension aux bornes des électrodes, la densité de courant imposée, le débit

d’alimentation de la pompe centrifuge, le volume d’eau à traiter, les électrodes (métal utilisé,

nombre, dimension, mode de connexion, espace inter polaire).

La détermination de la dose optimale de coagulant injecté in situ par électrocoagulation et

l’abattement des charges polluantes se sont faites à partir d’échantillonnage toutes les 5 minutes

pendant 40 minutes de traitement. Les illustrations graphiques des résultats des mesures et

analyses des paramètres de pollution en fonction du temps nous montrent que le procédé étudié a

une efficacité élevée d’abattement de la plupart des charges polluantes existant dans l’eau brute

par rapport au procédé de traitement classique utilisé par la JIRAMA Mandroseza. Du point de vue

rentabilité et consommation d’énergie électrique, le traitement est très rentable économiquement

avec des coûts de fabrication minime et une moindre consommation d’énergie électrique.

Cependant, le procédé d’électrocoagulation présente néanmoins quelques inconvénients. Il est

nécessaire d’augmenter la conductivité de l’eau à traiter par ajout de sel ou de NaCl. Parallèlement

à l’augmentation de la conductivité de l’eau, ceci augmente aussi le taux de minéralisation de

celle-ci du fait de la dissolution ionique du NaCl. Or l’ajout de NaCl améliore l’efficacité de

traitement.

De ce fait, on peut conclure que le procédé de traitement de l’eau brute par électrocoagulation est

une technique alternative de traitement des eaux du fait de sa rentabilité économique et son

respect de l’environnement. On peut donc envisager de faire une extrapolation à l’échelle

industrielle du procédé tout en considérant les différentes recommandations établies dans

l’ouvrage. Parce que l’eau est vitale, une ressource fondamentale pour le développement humain.

Annexes



I

Annexe I : Normes de potabilité usuelles [11]

En général, la norme de potabilité utilisée comme référence par plusieurs pays est la norme

établie par l’OMS. Cependant, certaines teneurs des éléments dans cette recommandation

ne correspondent pas aux situations géographique et géologique de certains pays, ce qui

entraîne une difficulté au niveau de l’interprétation, des résultats d’analyses. En effet, à part

la norme de l’OMS, chaque nation doit établir ses propres recommandations pour la qualité

des eaux destinée à la consommation humaine.

Les tableaux ci-après présentent les normes de potabilité Malagasy et celle de l’OMS :

Normes de potabilité de l’eau Malagasy


Paramètres Organoleptiques

Couleur Incolore Turbidité 5 NTU

Odeur Absent Saveur Doit être

acceptable

Taux de

dilution

Paramètres physico-chimiques

Température 12 à 25 °C pH 6.5 à 8.5 -

Chlorures 250 mg/l Sulfates 250 mg/l

Magnésium 50 mg/l Sodium - mg/l

Potassium - mg/l Aluminium 0.2 mg/l

Calcium 200 mg/l Conductivité 2000 µS/cm2

Dureté 300 mg/l O2 dissous 75 mg/l

Substances indésirables

Nitrates 50 mg/l Nitrites 0.1 mg/l

Ammonium 0.5 mg/l Azote Kjeldahl Pas de valeur mg/l(N)

M.O 2 mg/l (O2) Phénols 0 mg/l

Pesticides - Manganèse 0.05 mg/l

Bore - mg/l Zinc 5 mg/l

Fer 1 mg/l Fluorure 1.5 mg/l

Cuivre 2 mg/l Argent 0.01 mg/l

Phosphore Pas de

valeur

mg/l Chlore libre 2 mg/l



II

Substances toxiques

Arsenic 0.05 mg/l Cadmium 0.01 mg/l

Cyanure 0 mg/l Chrome 0 mg/l

Mercure 0 mg/l Nickel 0.05 mg/l

Plomb 0.05 mg/l Antimoine 0 mg/l

Sélénium 0.01 mg/l Polychloro-biphényl 0 mg/l

Paramètres microbiologiques

Coliformes totaux 0 N/100 ml Coliformes

thérmotolérants

0 N/100 ml

Streptocoques

fécaux

0 N/100 ml E-Coli 0 N/100 ml

Clostridium Sulfito

réducteurs

0 N/100 ml

Radioactivité

Radium-226 et

Radium-228

1 Becquerel

/ l

Normes de potabilité de l’OMS


Paramètres Organoleptiques

Couleur 15 PT-CO Turbidité 5 NTU

Odeur Doit être

acceptab

le

Taux de

dilution

Saveur Doit être

acceptable

Taux

de

dilutio

n

Paramètres physico-chimiques

Température Doit être

acceptab

le

°C pH préférablement -

Chlorures 250 mg/l Sulfates 250 mg/l

Magnésium Pas de

valeur

mg/l Sodium 200 mg/l

Potassium Pas de

valeur

mg/l Aluminium 0.2 mg/l



III

Résidu sec (180°C) 1000 mg/l Conductivité 2500 µS/cm

2

Substances indésirables

Nitrates 50 mg/l Nitrites 3 mg/l

Ammonium 1.5 mg/l Azote Kjeldahl Pas de valeur mg/l(N

)

M.O Pas de

valeur

mg/l (O2) Phénols Pas de valeur mg/l

Hydrocarbures Pas de

valeur

mg/l Carbone organique

total (COT)

- mg/l

Pesticides - Manganèse 0.05 mg/l

Bore 0.3 mg/l Zinc Pas de valeur mg/l

Fer Pas de

valeur

mg/l Fluorure 1.5 mg/l

Cuivre 2 mg/l Argent 0.01 mg/l

Phosphore Pas de

valeur

mg/l Agents de surface Pas de valeur mg/l

Baryum 0.7 mg/l Chlore libre 2 mg/l

Substances toxiques

Arsenic 10 µg/l Cadmium 0.01 µg/l

Cyanure 70 µg/l Chrome 50 µg/l

Mercure 1 µg/l Nickel 20 µg/l

Plomb 10 µg/l Antimoine 5 µg/l

Sélénium 10 µg/l Pesticides et

apparentés

Hexachlorobenzène

=1 Isoproturon = 9

Lindane= 2

µg/l

HPA - µg/l Benzo(a)pyrène 0.7 µg/l

Acrylamide - µg/l Benzène - µg/l

Epichlorhydrine - µg/l Tétrachlorure de

carbone

2 µg/l

1,2-dichloroéthane 30 µg/l Trichoroéthylène 70 µg/l



IV

Tétrachloroéthylène 40 µg/l Chlorure de vynile 5 µg/l

Désinfectants et sous-produits de désinfection

Bromates 25 µg/l Chloroforme 200 µg/l

Bromodichlorométh

ane

60 µg/l Dibromochloromét

hane

100 µg/l

Bromoforme 100 µg/l Total THM 100 µg/l

Chlore 5 µg/l Chlorites 200 µg/l

Dichloroacétate 50 µg/l Trichloroacétate 100 µg/l

Paramètres microbiologiques

Coliformes totaux 0 N/100 ml Coliformes

thérmotolérants

0 N/100

ml

Streptocoques

fécaux

Pas de

valeur

N/100 ml E-Coli 0 N/100

ml

Clostridium Sulfito

réducteurs

Pas de

valeur

N/20 ml Entérocoques - N/100

ml

Organismes

pathogènes

Pas de

valeur

Variable

Radioactivité

Tritium - Becquerel

/ l

Dose totale

indicative

- mSv/a

n



V

Annexe II : Bulletin d’analyse physico-chimique de la

JIRAMA Mandroseza [6]

JIRO SY RANO MALAGASY DIRECTION DE L’EXPLOITATION EAU

B.P 200 ANTANANARIVO DEPARTEMENT QUALITE EAU

BULLETIN D’ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE N°

PRELEVEMENT

Région : Date de prélèvement :

Centre : Date de réception :

Nature : Préleveur :

Type d’échantillon : Date d’analyse :

ANALYSES Usage :

Paramètres Examen au

laboratoire

VMA

N. M

Paramètres Valeur VMA

N. M

Aspect limpide Dureté TH en°f

TH Ca en°f

50

Odeur absence

Couleur incolre Alcalinité TA, en°f

TAC, en°f

Température, en°C 25

Turbidité, enNTU 5 Chlore résiduel, en mg/l

pH 6.5 à 9.0 M.O, mg O2/l (alcalin)

(acide)

Conductivité à 20°C en µS/cm

MES en mg/l

Cations mg/l VMA

N. M

Anion mg/l VMA

N. M

Calcium Ca2+ Carbonates CO32-

Magnésium Mg2+

Bicarbonates HCO3-

Sodium Na+

Chlorures Cl-

250

Potassium K+

12 Sulfates SO42-

250

Ammonium NH4-

0.5 Nitrites NO2-

0.1

Fer Fe2+

0.5 Nitrates NO3- 50

Fer total Fe2+

, Fe3+

0.5 Phosphate PO43-

5

Manganèse Mn2+

0.05 Fluorures F-

1.5

Aluminium Al3+

0.2 Hydroxyde OH-

Substances toxiques mg/l VMA V MA : Valeur maximale admissible pour eau potable

Arsenics totaux As 0.05 M.O : Matières organiques (Oxydabilté au KMnO4)

Cyanures totaux Cn 0.005 1. : Légèrement

Chromes totaux Cr 0.05 °f : degré français N.M : Norme Malagasy

OBSERVATIONS : Antananarivo, le

Le Chef de Laboratoire,



VI

Annexe III : Essai de floculation chimique de la JIRAMA

[6]

1°/ But :

Les essais sont destinés à déterminer la nature et les doses de réactif (coagulant et

floculant) chaux à utiliser pour assurer la clarification ou la déferrisation d’une eau.

2°/ Principe :

Les essais consistent à apprécier la qualité de la floculation ainsi que la turbidité minimale

après introduction de quantité croissante d’ingrédients en solution dans 5 béchers de 1litre.

3°/ Matériels nécessaires :

• Un floculateur à vitesse réglable entre 0 et 150tr/mn ;

• Cinq à six vases de 1litre ;

• Un siphon ;

• Un chrono ou 1 montre ;

• Matériels pour mesurer le pH, fer, M.O. ;

• Turbidimètre ;

• Agitateur.

4°/ Réactifs :

Clarification Déferrisation

Sulfate d’Alumine (S.A.)

: 10g/l Chaux (CH.) : 10g/l

Chaux en amont (CH.)

: 2g/l

5°/ Mode opératoire :

• Prélever l’eau brute dans un seau de 10 litres. Noter son aspect.

• Mesurer la turbidité, le pH, le teneur en fer et éventuellement les matières organiques

• Remplir les béchers jusqu’au trait 1000 ml avec de l’eau brute agitée.

• Brancher le floculateur.

• A l’aide d’une pipette, introduire dans chaque bécher des quantités croissante de réactifs.

• Placer les béchers sur le floculateur et abaisser les hélices dans l’eau.



VII

• Effectuer une agitation rapide à 100tr/min pendant 2mn, puis une agitation lente à

40tr/min pendant 20min. Noter le temps d’apparition des premiers flocs.

• Après 15min d’agitation lente, on évaluera la qualité de la floculation ( aspect des flocs )

• Laisser décanter 10 à15min. Noter la vitesse et la cohésion des boues.

• Siphonner la moitié de la hauteur d’eau de chacun des béchers.

• Contrôler le pH, la turbidité, le fer, les M.O. sur les eaux siphonnées.

• Noter chaque bécher selon la qualité de la floculation.

6°/ Expression des résultats :

Soient di : la dose de réactif dans chaque Bécher de 1l (en g/l)

vi : le volume de réactif de concentration C(en g/l) à ajouter dans chaque bécher (en ml)

Bécher N° 1 2 3 4 5 6

Doses de réactifs di (en g/l)

Volume de réactif vi (en ml)

Temps d’apparition des flocs

Aspect des flocs (pas, peu visible,

petit, moyen, gros)

Décantation des flocs

Cohésion des boues

Turbidité eau décantée (E.D)

pH de l’E.D.

Fer dans E.D.

M.O. dans l’E.D.

Notation

CONCLUSION :

La dose optimale de réactif est celle qui correspond à la meilleure notation.

(t : taux d’ingrédient g/m3)

Remarque :

Le pH joue un grand rôle dans le traitement des eaux

- Cas du S.A. :



VIII

• le pH de bonne floculation (6 à 7,2) correspond à la formation maximale du précipité de Al(OH)3

• Reaction chimique

Al2(SO4)3 + 18H2O + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 + 18H2O

• Pour avoir une bonne floculation, il faut que tout le sulfate d’alumine s’hydrolyse sous forme de Al(OH)3

• D’où l’adjonction de chaux en amont pour avoir le maximum de Al(OH)3.

Taux de chaux en amont en amont : variable entre : )

* S.A ; )

+ S.A ; )

, S.A ; )

- S.A

où S.A : Sulfate d’alumine

- Cas de la chaux (déferrisation) :

Le pH de bonne floculation (8 à 9) correspond à la formation maximale de précipité de Fe(OH)2



IX

Annexe IV : Les dosages [8][9]

1°/ Principe.

� Il s'agit de trouver la concentration molaire ou massique d'une solution de titre

inconnu.

� Pour cela, on ajoute à un volume connu de cette solution, une autre solution, de titre

connu et qui va réagir avec elle selon une réaction chimique connue, quantitative et

rapide. C'est le volume ajouté qui le plus souvent détermine alors la concentration

cherchée (volumétrie).

� L'équation de la réaction permet de définir les proportions stœchiométriques : le

nombre de moles du produit A qui réagit avec une mole du produit B.

� A l'équilibre, on dit qu'il y a équivalence.

� L'équivalence peut être repérée par divers moyens (indicateurs colorés, pH-mètre,

conductimètre, potentiomètre, changement de couleur, etc.)

� Il existe différents types de dosage : acido-basique, d'oxydoréduction et diverses

méthodes : dosage simple, en retour, par précipitation

� On utilise la plupart du temps la volumétrie (valeurs relevées en fonction d’un volume

versé). Il existe d’autres méthodes.

2°/ Méthode.

burette avec solution titrante

bécher avec solution à titrer

barreau aimanté

agitateur magnétique

dosage volumétrique

•••• Dosage volumétrique simple.

� L’équation de la réaction :



X

a A + b B d D + e E

à l’équivalence, on a :

CA x VA = C B x VB

Avec : C et V concentrations et volumes respectifs.

•••• Dosage en retour.

� Lorsque la réaction du dosage d’un corps ne peut se faire qu’en présence d’un excès

de solution titrée, on pratique un dosage en retour.

� Cela consiste à ajouter un volume connu et en excès de solution titrante à la

solution de titre inconnu.

� Cet excès est ensuite lui-même dosé par une troisième solution de molarité connue

afin de déterminer le volume qui n’a pas réagit lors de la première réaction ;

� La différence donne alors le volume de solution titrante qui a réagit avec la solution

à doser.

•••• Dosage Acido-basique.

On utilise la réaction : acide + base = sel + eau

Soit : (X+, OH-) + (Y-, H+) XY + H2O

� L'équivalence est repérée par un indicateur coloré acido-basique : ce produit a la

particularité de changer de couleur en fonction du pH. La zone de pH du virage

(changement de couleur) du réactif doit se trouver dans la zone supposée de pH de

l'équivalence : par exemple si l'équivalence est prévue à pH 7 (cas du dosage acide

fort / base forte) on utilise souvent le BBT qui vire vers 7.

� On peut également utiliser un pH-mètre. Cet appareil est en fait composé d'un

millivoltmètre étalonné pour afficher des valeurs de pH et de deux sondes

(électrodes).

Une des électrodes est dite de référence à potentiel fixé (on utilise le plus souvent une

électrode au calomel de potentiel - 0.244 V Ã 25Â° C).

L'autre électrode est dite de mesure. Elle sert à mesurer la tension due à la différence de

concentration en ions H3O+ entre la solution étudiée et un électrolyte qu'elle contient de pH

fixe. L'appareil mesure la différence de potentiel entre ces deux différences de



XI

potentiels. Mais de plus en plus ces deux électrodes sont remplacées par une seule

électrode double qui contient tous ces éléments de façon concentrique un peu comme un

câble électrique coaxial.

Le pH-mètre doit être étalonné avant usage : pour cela on utilise des solutions de pH connu

(étalons ou mieux tampons ). Le plus couramment, on prendra pH 4 et pH 7 (il faut deux

points pour que l'appareil se cale sur une droite) et après y avoir trempé les électrodes on

ajustera avec, suivant le modèle de pH-mètre, un bouton, un tournevis ou une touche

sensitive l'affichage. Attention, la température joue un rôle, il faut également l'indiquer.

•••• Dosage d'oxydoréduction.

On utilise une réaction d’oxydoréduction, deux couples sont mis en jeu :

Red1 + Ox2 Ox1 + Red2

Les couples sont les suivants :

Couple 1 : de potentiel E1 Ox1 / Red1

Couple 2 : de potentiel E2 Ox2 / Red2

L’équivalence a lieu quand la quantité d’électrons que peut capter le volume d’oxydant ajouté

est égale à la quantité d’électrons libérée par le volume de solution réductrice.

� On mesure l’évolution du potentiel dans la solution par rapport au potentiel de

référence .On utilise la formule de Nernst :

E (Ox/Red) = E0 (Ox/Red) + 0.06/n log [Ox] / [Red]

� E0 est le potentiel standard.

� E(Ox/Red) est le potentiel pour chaque couple en solution et il y a deux couples

impliqués.

On utilise comme pour les dosages acido-basiques un indicateur redox ou bien un

potentiomètre pour repérer cette équivalence.

•••• Dosage potentiométrique.

� On utilise soit un millivoltmètre, soit un pH-mètre en position millivoltmètre.

� La mesure s’effectue avec une électrode de référence (au calomel le plus

souvent) à potentiel fixe et à une électrode de mesure qui donne la tension

d'oxydoréduction pour le couple étudié dans la solution, constituée de platine ou



XII

d'argent le plus souvent : dans tous les cas, il faut utiliser un métal qui ne

concurrence pas le réducteur du couple pour la réaction d'oxydation, l'électrode

n'intervient pas dans la réaction.

� On mesure directement une différence de potentiel en millivolt donc pas

d'étalonnage.

� Cette méthode est utilisée lorsqu’on étudie des dosages d’oxydoréduction

•••• Dosage conductimétrique.

� Principe : la conductimétrie est l'étude quantitative de la conductivité des

solutions conductrices. A partir de cette conductivité on peut déterminer la

concentration d'une solution ionique. En effet, lorsqu'un ion est soumis à un champ

électrique E, il acquiert une vitesse V proportionnelle à ce champ

On applique donc un champ électrique sur une portion de solution ionique et on mesure la

résistance qui dépendra ainsi de sa concentration et de la nature des ions présents.

� Appareillage :

On utilise un conductimètre. La sonde de mesure est une cellule conductimétrique : à

l'extrémité se trouvent deux plaques en platine recouvertes de noir de platine poreux (évite

les bulles de dégazage), chacune de surface s et espacées entre elle d'une distance l.

Chaque cellule a donc ses caractéristiques géométriques reflétées par une constante qui lui

est propre notée k (en m-1 ) :

k = l/s

La géométrie de la cellule varie avec le temps ainsi que sa couverture en noir de platine, il

faut donc régulièrement l'étalonner. Cela se fait au moyen d'une solution de KCl dont on

connait la conductivité à une température et à une concentration donnée.

On définit ainsi un volume de solution dont on mesure la résistance. Pour cela, on applique

entre les deux plaques une tension (elle est alternative d'environ 1000 Hz pour éviter les

phénomènes d'accumulation de charges et d'électrolyse ou bien continue si on utilise un

montage avec quatre électrodes).

� Exploitation :

- On définit la conductance G est l'inverse de la résistance :

G = 1 /R en Siemens ( S).



XIII

- Puis la conductivité s qui caractérise le milieu dans les conditions expérimentales :

s = k . G en W-1 . m-1 ou en S . m-1

La conductivité traduit la possibilité du milieu à conduire le courant : si elle est faible le milieu

est peu conducteur : soit l'électrolyte est faible, soit sa concentration est faible, soit les deux.

Exemple, l'eau pure à une très faible conductivité est de l'ordre de 5. 10-8 W-1. m-1, le courant

y circule mal.

- la conductivité ionique molaire est L, c'est une constante qui caractérise le

composé ionique en solution en fonction de la température :

On écrit pour une solution diluée L = s / C

Si la conductivité est proportionnelle à la concentration de l'espèce ionique.L'unité est le

S.m2.mol-1.

- chaque ion possède sa propre constante nommée conductivité molaire ionique

notée l :

pour un composé (C+, A- ) : L ( c+, A- ) = l c+ + l A- et donc : s = l c+. [C+] + l A-. [A-]

Où [...] sont les concentrations.

- on définit la conductivité molaire limite qui est la conductivité molaire quand C tend

vers zéro,

L = L0 - P. (C)-1

P est du aux espèces de signe opposé dont l'ion s'entoure ce qui fausse les prévisions. L0

est donné par des tables. On définit de même l0 pour chaque ion.

Si les solutions sont très diluées, on peut considérer que la concentration tend vers zéro et

donc que L L0

Allure des courbes :

on mesure la conductivité s en S. m-1, on connait donc on déduit C en mol-1.

On trace alors s = f (V solution versé) et le point de jonction des droites donne le volume

d'équivalence. Pour un acide fort, base forte : pour un acide très faible, base forte :



XIV

Références bibliographiques

[1] : Innoussa ZONGO, « Etude expérimentale et théorique du procédé

d’électrocoagulation : Application au traitement de deux effluents textiles et d’un

effluent simulé de tannerie », 226p, Thèse de doctorat en Génie des Procédés et en Produits à l’Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL) ; 2009

[2] : Mounir BENNAJAH, « Traitement des rejets industriels par

électrocoagulation/flottation en réacteur Airlift », 200p ; Thèse de doctorat en Génie des Procédés et Environnement à l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT) ; 2007

[3] : Virginie PALLIER, « Elimination de l’arsenic par coagulation flottation et par

électrocoagulation d’eau faiblement minéralisées » 281p, Thèse de doctorat en Chimie et Microbiologie de l’eau à l’Université de Limoges ; 2008

[4] : Revue des Energies Renouvelables, « Traitement des effluents issus des opérations

technologiques de décapage et de dégraissage des plaquettes de silicium en salle

blanche par un procédé d’électrocoagulation et caractérisation des boues produites » 107-112 ; Volume 9 ; Edition 2006

[5] : Mirhane HAOUTHAOU, « Etude d’un nouveau produit commercial pour la

production d’eau potable », 80p, Mémoire de fin d’étude en Génie Chimique à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo (ESPA) ; Promotion 2004

[6] : RABARISON Victor Marius, « Procédure de traitement des eaux/ Traitement complet

avec filtres bicouches », 27p, JIRAMA DEXO/DQO, 2005

[7] : RAKOTOMANGA Michael Mario, « Traitement des eaux de rejets urbain », 69p, Mémoire de fin d’étude en Génie Chimique à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo (ESPA) ; Promotion 2006

[8] : DEGREMONT, « Memento technique de l’eau », 1201p, Tome 1, 5ème Edition ; 1989

[9] : J. RODIER, « Analyse de l’eau : Eau naturel, Eau résiduaire, Eau de mer », 1353p, 5ème Edition Dunot Technique ; 1978

[10] : Dr R. SALGHI, « Différents filières de traitement des eaux », 22p, Cours de traitement des eaux à l’Ecole Nationale des Sciences Appliquées d’Agadir (ENSA Agadir) ;

[11] : CODE DE L’EAU MALGACHE- loi 98- 029 promulgué le 20 Janvier 1999



XV

Références Webographique

[12] : www.eau.fndae.fr/documentation/PDF/fndae14.pdf

[13]: www.technologies-propres.com

[14] : www.wikipédia.com/électrocoagulation



XVI

Table des matières Remerciements ...................................................................................................................... i

Sommaire ............................................................................................................................... ii

Liste des figures ..................................................................................................................... iii

Liste des tableaux ................................................................................................................ v

Liste des annexes .................................................................................................................. vi

Liste des abréviations et symboles ...................................................................................... vii

Introduction générale ........................................................................................................... 1

Chapitre I : Généralité sur l’eau et ses traitements .............................................................. 2

I.1 L’eau [5][9] ............................................................................................................... 2

I.2 La nécessité de traiter les eaux ................................................................................... 2

I.3 Qualités de l’eau [9] .................................................................................................. 2

I.3.1 Généralité ......................................................................................................... 2

I.3.2 Les normes ........................................................................................................ 3

I.4 L’eau potable [5][6][11] ............................................................................................. 3

I.4.1 Définition .......................................................................................................... 3

I.4.2 Caractéristiques ................................................................................................ 3

I.5 Les différentes étapes de traitements des eaux [10] ..................................................... 5

I.5.1 Le traitement des eaux [6][8][10] ............................................................................... 5

I.6 Les trois étapes de traitement des eaux brutes ............................................................ 5

I.6.1 Le prétraitement ............................................................................................... 6

I.6.2 Le traitement primaire ...................................................................................... 6

I.6.3 Le traitement secondaire.................................................................................... 7

Chapitre II : La coagulation et floculation des eaux brutes et des eaux usées ...................... 8

II.1 Les principaux composants des eaux brutes et des eaux usées [1][3] ............................ 8

II.1.1 Les colloïdes ...................................................................................................... 8

II.1.2 Les matières non dissoute ................................................................................ 10

II.2 La coagulation-floculation [6][10] ............................................................................ 10

II.2.1 La coagulation ................................................................................................. 10



XVII

II.2.2 La floculation .................................................................................................. 11

II.3 Conditions opératoires du procédé coagulation-floculation [1][3] .............................. 11

Chapitre III : Le procédé d’électrocoagulation(EC) ............................................................ 14

III.1 Origine et évolution du procédé d’électrocoagulation [1][2][3] .................................. 14

III.2 Principe de l’électrocoagulation [1][2][3][4] .............................................................. 15

III.3 Mise en œuvre du procédé [1][3] .............................................................................. 17

III.4 Les principales lois de l’électrolyse [1][2][3] ............................................................. 18

III.4.1 Loi de Faraday ............................................................................................... 19

III.4.2 Tension appliquée aux bornes de la cellule d’électrolyse ................................... 21

III.4.3 Energie et rendements d’électrolyse .............................................................. 22

III.5 Les étapes de la réaction électrochimique [1][3] ........................................................ 23

III.6 Les espèces d’aluminium en solution [1][3] ............................................................... 23

III.6.1 Les formes d’aluminium dans l’eau ............................................................... 24

III.6.2 Les cations Al3+ et les hydroxydes d’aluminium .............................................. 24

III.6.3 Les complexes aluminium-matières organiques ............................................. 27

Chapitre IV : L’électrocoagulation : Pilote et Mode opératoire .......................................... 28

IV.1 Description des composants annexes au réacteur ...................................................... 28

IV.2 Configuration du réacteur d’électrocoagulation ....................................................... 31

IV.3 Coût de fabrication du pilote de traitement .............................................................. 32

IV.4 Conditions expérimentales du procédé d’électrocoagulation ..................................... 33

Chapitre V : Traitement de l’eau brute de surface du Lac Mandroseza .............................. 34

V.1 Objectif du traitement ............................................................................................. 35

V.2 Conditions expérimentales de traitement.................................................................. 35

V.2.1 Caractéristiques de l’eau brute à traiter ........................................................... 35

V.2.2 Ajout de sel (NaCl pure) .................................................................................. 35

V.2.3 Valeur du pH initial ......................................................................................... 36

V.2.4 La densité de courant et le temps d’électrolyse .................................................. 37

V.2.5 Calcul de la dose de traitement ......................................................................... 38

Chapitre VI : Description des moyens analytiques utilisés ................................................ 40



XVIII

VI.1 Mesures réalisées en continu .................................................................................... 40

VI.1.1 Mesures de la tension et de l’intensité du courant entre les électrodes ................. 40

VI.1.2 Mesure du débit d’alimentation en eau dans le réacteur ................................ 40

VI.2 Analyses et mesures nécessitant des prélèvements [9] ................................................ 40

VI.2.1 Mesures du pH............................................................................................. 41

VI.2.2 Mesures de la conductivité ............................................................................ 42

VI.2.3 Mesure de la turbidité .................................................................................. 42

VI.2.4 Analyses volumétriques ................................................................................ 42

VI.2.5 Analyses Colorimétriques .............................................................................. 44

VI.2.6 Mesure de la DCO........................................................................................ 47

Chapitre VII : Les Essais et les résultats d’analyses ............................................................ 49

VII.1 Caractéristiques organoleptiques et physico-chimiques de l’eau brute EB ................. 49

VII.1.1 Caractéristiques de l’EB sans ajout de NaCl ................................................. 49

VII.1.2 Caractéristiques de l’EB avec ajout de 0.25g/l de NaCl pure .......................... 50

VII.2 Résultats des essais de traitement par EC ................................................................. 51

VII.2.1 Essai de traitement sur l’EB du Lac Mandroseza sans ajout de NaCl ............. 51

VII.2.2 Essai de traitement sur l’EB du Lac Mandroseza avec ajout de 0.25 g/l de NaCl

pure.............................................................................................................................. 52

Chapitre VIII : Interprétations des résultats .......................................................................... 56

VIII.1 Interprétation des analyses physico-chimiques ...................................................... 56

VIII.1.1 Evolution de la turbidité ............................................................................... 56

VIII.1.2 Variation de la conductivité .......................................................................... 56

VIII.1.3 Variation de la minéralisation totale TDS de l’eau ......................................... 57

VIII.1.4 Evolution du pH........................................................................................... 57

VIII.2 Etude et interprétation des résultats d’analyse volumétrique.................................. 58

VIII.2.1 Dosage des chlorures Cl- ............................................................................... 58

VIII.2.2 Dosage de la dureté de l’eau ......................................................................... 59

VIII.2.3 Dosage des matières organiques MO dans l’eau............................................. 60



XIX

VIII.2.4 Dosage du titre alcalimétrique et du titre alcalimétrique complet TA/TAC de

l’eau……………………………………………………………………………………………..61

VIII.3 Etude et interprétation des résultats d’analyse colorimétrique............................... 62

VIII.3.1 Dosage de l’ammonium NH4+ ........................................................................ 62

VIII.3.2 Dosage des nitrites NO2- ............................................................................... 62

VIII.3.3 Dosage des nitrates NO3- ............................................................................... 63

VIII.3.4 Dosage de l’aluminium résiduel Al3+ ............................................................. 64

VIII.3.5 Dosage du fer total Fe2+

, Fe3+ ........................................................................ 64

VIII.4 Energie consommée ............................................................................................. 65

VIII.5 Mesure de la DCO ............................................................................................... 65

VIII.6 Discussion des interprétations ............................................................................... 66

VIII.7 Evaluation économique et extrapolation industrielle .............................................. 67

VIII.7.1 Avantages et inconvénients de l’électrocoagulation par rapport à la coagulation

floculation chimique ...................................................................................................... 67

VIII.7.2 Evaluation économique ................................................................................ 68

VIII.7.3 Extrapolation industrielle ............................................................................. 68

Conclusion générale et perspectives .................................................................................. 69

Annexe I : Normes de potabilité usuelles [11] ......................................................................... I

Annexe II : Bulletin d’analyse physico-chimique de la JIRAMA Mandroseza [6] ..................... V

Annexe III : Essai de floculation chimique de la JIRAMA [6] .................................................. VI

Annexe IV : Les dosages [8][9] ............................................................................................. IX

Références bibliographiques .............................................................................................. XIV

Références Webographique ............................................................................................... XV

« CONCEPTION ET REALISATION D’UNE CELLULE

D’ELECTROCOAGULATION POUR LE TRAITEMENT DES EAUX »

Nombres de pages : 70

Nombres de tableaux : 12

Nombres de figures : 40

Directeur de mémoire : Monsieur FABIEN Rémi Roger

Enseignant Chercheur à l’ESPA

RESUMERESUMERESUMERESUME

L’électrocoagulation est une technique alternative de traitement des eaux, basée sur la dissolution in

situ d’anode sacrificielle de fer ou d’aluminium, générant ainsi des cations qui vont former des

hydroxydes métalliques entraînant par adsorption les impuretés contenues dans l’eau en neutralisant

leur charge surfacique. Le réacteur électrochimique mis au point utilise des électrodes en plaque

d’aluminium. L’évaluation de sa performance et de son efficacité a fait l’objet d’une analyse en

laboratoire et les résultats sont satisfaisants du point de vu abattement des charges polluantes. Elle

présente aussi beaucoup d'avantages par rapport aux autres procédés de traitement classique.

Mots clés : Electrocoagulation, traitement des eaux, coagulation floculation

ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT

Electro coagulation is an alternative technology of water treatment, based on the in situ dissolution of

sacrificial anode (in Al or Fe), generating cations which will form metal hydroxides involving by the

adsorption of the impurities contained in the water. The electrochemical cell developed uses the

electrodes in aluminum plate. The evaluation of its performance and its effectiveness was the object

of analysis in laboratory and the results are satisfactory from the abatement point of polluting loads.

It presents also many advantages by different report/ratio process of traditional treatment.

Key word: Electro coagulation, water treatment, coagulation flocculation

RAMELINA Andrianahasina Miharifeno

e-mail : ramelina.miharifeno@gmail .com

Tel : +261 32 67 196 43 / +261 34 65 053 12

conception et realisation d’une cellule d ......figure 37 : courbe du dosage des nitrites no 2...

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