qualité de l'eau

7/31/2019 qualit de l'eau

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La qualit et les Analyses de l'eau

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LA QUALITE

ET LES ANALYSES

D'EAU

1. LES NORMES DE QUALITE 3

1.1 Notion de pollution 3

1.2 Normes de qualit 4

1.2.1 Qualit microbiologique de l'eau de boisson 5

1.2.2 Substances chimiques dont la prsence dans l'eau de boisson revt une importance sanitaire 6

1.2.3 Substances et paramtres de l'eau de boisson qui peuvent donner lieu des plaintes des

utilisateurs 7

1.2.4 Autres lments non cits par l'OMS 11

2. LES INDICATEURS DE QUALITE 11

2.1 Enqute sanitaire 13

2.2 Analyse bactriologique 14

2.3 Analyses physico-chimiques 16

2.3.1 La temprature 16

2.3.2 Conductivit 17

2.3.3 pH 18

2.3.4 Turbidit 19

2.3.5 Ions majeurs 20

2.3.6 Autres lments dissous 24

2.3.7 Oxygne, DBO, DCO et oxydabilit 26

2.4 Indices biologiques 28

3. LES ANALYSES D'EAU 28

3.1 Mesures 29

3.1.1 Mesures in situ 29

3.1.2 Echantillonnage 29

3.1.3 Mthodes d'analyse 30


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Action contre la Faim

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3.2 Elements d'interprtation 32

3.2.1 Eau souterraine 32

3.2.2 Eaux de surface 35

3.2.3 Eau destine l'irrigation 37


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LA QUALITE

ET LES ANALYSES

D'EAU

La qualit d'une eau est dfinie par des paramtres physiques,

chimiques et biologiques, mais galement par son usage. Ainsi, une

eau impropre la consommation peut tre adapte l'irrigation ou

la pisciculture.

La question de la qualit de l'eau au sein des programmes

humanitaires se pose essentiellement en terme de consommation

humaine et d'irrigation; le premier chapitre prsente les normes de

qualit de l'eau rserve ces usages. Les mthodes et indicateurs

utiliss pour les analyses sont prsents en deuxime partie.

1.LES NORMES DE QUALITE

1.1Notion de pollution

La mauvaise qualit de l'eau peut tre induite par des activits

anthropiques ou par des phnomnes naturels. Dans la plupart descas, la pollution s'entend comme un dpassement aux normes,

dfinies en fonction des usages de l'eau. Cette dfinition est

cependant restrictive car elle ne tient pas compte de la notion de flux

polluants (quantit de pollution), ni des phnomnes non lis un

rejet mais qui crent un potentiel de pollution (construction de

latrines dans un environnement de nappe phratique, par exemple).


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Une dfinition globale de la pollution intgre ainsi toutes les actions

directes ou indirectes susceptibles d'apporter une dgradation des

paramtres caractristiques de l'eau.

On distingue diffrentes natures de polluants: les polluants chimiques

minraux (tous les lments solubles) ou organiques (matire

organique, hydrocarbures, organochlors...); les polluants biologiques

(bactries, virus et champignons); et les polluants physiques

(matires en suspension, la temprature, la radioactivit...).

La pollution se dfini galement en fonction de sa rpartition spatiale

et temporelle. Elle peut tre diffuse, c'est dire de faible intensit

mais qui concerne une grande surface (pollution d'une nappe peu

profonde par des latrines noyes), ou l'inverse localise (pollution

de l'eau d'un puits par le puisage). De plus, elle peut tre chronique(apport de polluant en continue), occasionnelle ou cyclique (flux de

pollutions au moment des pluies, par exemple).

1.2Normes de qualit

Les normes de qualit prsentes dans les tableaux suivants font

rfrence aux notions de "substances dont la prsence dans l'eau revt

une importance sanitaire" et "substances et paramtres pouvantdonner lieu des plaintes des utilisateurs" issues de L'OMS.

Nanmoins, dans les diffrents commentaires des directives de L'OMS,

un nombre important de prcautions et de dispositions sont prises

pour montrer que:

1.les valeurs indiques doivent tre utilises en tenant compte ducontexte local: structures des terrains (gologie), niveau de service

local (qualit moyenne de l'eau distribue, normes locales,

couverture en eau potable),2.les circonstances exceptionnelles n'autorisent pas respecter cesvaleurs (ce qui est le cas de la majorit des terrains d'intervention

humanitaires!): guerre, catastrophe naturelle...

Aussi, il est indispensable de faire preuve de bon sens dans

l'utilisation de ces normes: renseignez-vous sur les rglementations


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locales et comparez la qualit de l'eau "traditionnellement"

consomme par les gens avec celle que vous voulez exploiter.

Rapellez-vous galement qu'une quantit suffisante d'eau

raisonnablement salubre est prfrable une quantit insuffisante

d'eau de trs bonne qualit: le manque d'eau pour assurer un

minimum d'hygine peut entraner plus de problmes sanitaires

qu'une qualit moyenne de l'eau.

Les tableaux suivants ont t construits partir de la nomenclature de

L'OMS. Les valeurs guides sont donnes d'aprs les "Directives de

qualit pour l'eau de boisson", 2me dition 1994 OMS, et

correspondent aux principaux paramtres retenus dans les normes de

qualit d'eau de boisson. Les paramtres difficiles mesurer et qui ne

prsentent pas de problme frquents ne sont pas mentionns. Il est

cependant necessaire de rester vigilant, notament en zone urbaine ouindustrialise. Il est recommand de contacter des personnes

spcialises en cas de problme spcifique, et de se rfrer aux

diffrentes normes qui proposent des valeurs guides d'lments

dangereux pour la sant non mentionns dans cet ouvrage.

1.2.1 Qualit microbiologique de l'eau de boissonParamtres Valeurs guide

OMS

Interprtation

(voir paragraphes suivants)Coliformes

thermotolrants1

0/100 ml indicateurs de pollution fcaleStreptocoques

fcaux

pas de norme indicateurs de pollution fcale.Coliformes

totaux

0/100 ml dans

95 % des

chantillons

d'eaux traites

indicateur d'efficacit de traitement(dsinfection)

ne sont pas indicateurs d'une pollutionfcale

1D'aprs l'OMS, l'indicateur le plus prcis pour estimer la pollution fcale est en fait

Eschericia Coli, membre du groupe de coliformes thermotolrants: voir chapitre Analyse

bactriologique.


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1.2.2 Substances chimiques dont la prsence dans l'eaude boisson revt une importance sanitaire

Paramtres Valeurs

guide OMS

Interprtation

(voir paragraphes suivants)Arsenic

2

(As)

0.01 mg/l Origines: roches, rejets industriels (sidrurgie) Sant: effet cancrigne prouv (cancers cutans)

Fluorures3

(F)

1,5 mg/l Origine: roches, engrais, aliments (poisson, th),pollution industrielle (fabrication d'Aluminium)

Sant: fluorose dentaire et du squeletteParamtres Valeurs guide

OMS

Interprtation

(voir paragraphes suivants)

Manganse4

(Mn)

0,5 mg/l

(valeur provisoire)

Origine: roches (souvent associ au Fer) Sant: effet toxique sur le systme nerveux si

C>20mg/jour. Problme de turbidit et de got

si C>0,3 mg/l.

Nitrites5

(NO2-)

3 mg/l

(valeur provisoire) Origine: matires organiques. Sant: mthmoglobinemie du nourrisson.

Nitrates5

(NO3-)

50 mg/l Origine: matires organiques, lessivage dessols, engrais, eaux rsiduaires.

Sant: mthmoglobinemie du nourrisson (lesnitrates rduits en nitrites dans l'intestin se

fixent sur l'hmoglobine et diminuent le

transfert d'oxygne)

2L'arsenic est parfois prsent dans les eaux souterraines. GUIRAUD rapporte ainsi la

prsence d'arsenic forte concentration dans des eaux de socle du Burkina Faso.

3Le fluor est parfois prsent des concentrations suprieures la normes dans les eaux

souterraines. Bien qu'extrmement variables, elles peuvent atteindre 0.3 0.5 mg/l dans

les granites et 5 8 mg/l dans les bassins sdimentaires (Sngal, TRAVY).

4Le Manganse pose des problmes de tache (idem Fer) au dessus de 0,1 mg/l. Dpt

noir possible dans les canalisations. Certains organismes concentrent le Manganse, ce

qui donne lieu des problme de turbidit et de got.

5Les nitrates (NO3

-) et nitrites (NO2

-) font partie du cycle de l'Azote (N). Ce cycle est

schmatis dans le paragraphe suivant.


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Chlore6

(Cl2)

5 mg/l Origine: produit de dsinfection de l'eau Sant: pas de problme prouv.

1.2.3 Substances et paramtres de l'eau de boisson quipeuvent donner lieu des plaintes des utilisateurs

Paramtres physiques (organoleptiques)Paramtres Valeurs guide OMS

Couleur 7 15 UCV

Got et odeur acceptables

6Chlore: des essais effectus en laboratoire montre que l'absorption d'une dose de Chlore

correspondant une concentration de 5 mg/l pendant deux ans ne pose pas de problme

de sant. Au dessus de ce seuil, rien n'a t mis en vidence. Seuil gustatif du Chlore:

0,3-0,6 mg/l, seuil olfactif: 2 mg/l.

7UCV et mg/l de platine: units de mesure de la couleur. En dessous des valeurs

mentionnes la couleur n'est plus dcelable l'oeil.


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Paramtres Valeurs guide

OMS

Interprtation


Turbidit8

5 NTU

1 NTU pour la

dsinfection

Origine: matires en suspension, collodes,matires dissoutes.

Paramtre important dans le traitement de l'eau.Temprature9 acceptable Substances inorganiques

Paramtres Valeurs

guide

Interprtation


Aluminium (Al) 0,2 mg/l Origine: coagulants utiliss dans le traitement del'eau, industrie

Sant: pas de problme prouv. Problme decoloration si C>valeur guide.Ammoniaque

(NH4+)

5

1,5 mg/l Origine: matires organiques azotes (djection,eaux uses, vgtaux...)

Sant: pas de problme. Problme de got etd'odeur si C>VG.

Sulfure

d'hydrogne10

(H2S)

0,05 mg/l Origine: roche, matire organique en anarobie. Sant: pas de problme par voie orale, mortel par

inhalation.

Chlorure (Cl-)

11250 mg/l Origine: voir paragraphe suivant.

Sodium (Na+)

12pas de norme Sant: pas de problme. Got lorsque CCl- > 200-

250 mg/l

8Une turbidit forte peut protger de la dsinfection les micro-organismes fixs sur les

particules: elle doit donc tre la plus faible possible pour permettre une bonne

dsinfection. Units: 1 NTU (Nephelometric Turbidity Unit) = 1 JTU (Jackson TU) = 1

FTU (Formazin TU).

9La temprature peut tre utilis conjointement avec la conductivit pour caractriser

facilement un aquifre sur le terrain.

10Le sulfure d'hydrogne est un gaz reconnaissable son odeur d'oeuf pourri faible

concentration. A plus forte dose, il devient inodore et est alors trs dangereux par

inhalation: accidents mortels frquents chez les goutiers en France. Problme possible

dans les puits (Laos, ACF 1996) en prsence de Gypse dans le sol.


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Paramtres Valeurs

guide

Interprtation


Duret12

(Ca + Mg)

pas de norme Origine: Duret = concentration en Calcium etMagnsium

Sant: pas de problme. Got et entartrage si C>200 mg/lPhosphate

(PO4-)

pas de norme Origine: matire organique (1 2 g/per/jour dansles sels), lessive et engrais.

Sant: pas de problme.Potassium

(K+)

pas de norme Origine: engrais. Sant: pas de problme.

Sulfates

(SO42-

)

250 mg/l Origine: roches, industrie. Sant: effet purgatif, irritation gastro-intestinale.

Si C>250 mg/l, problme de got et eau agressive

pour le bton.Fer (Fe)

130,3 mg/l Origine: roche, coagulants (Sulfate d'Al.)

Sant: pas de problme. Besoins nutritionnels: de10 50 mg/jour/personne. Problme de got et de

couleur.

Oxidabilit pas de norme Permet de mettre en vidence les matiresorganiques facilement oxydables.

Oxygne

dissous (O2)14

pas de norme Origine: oxygne de l'air. Sant: pas de problme.

pH15

pas de norme Origine: ion Hydrogne Sant: pas de problme. Paramtre important pourle traitement et "paramtre caractristique" de

12La duret non carbonate est la concentration en Ca

2+et Mg

2+. La duret carbonate

est la concentration en hydrognocarbonates et carbonates de calcium et de magsium.

Units: 1 Franais = 10 mg/l de Ca CO3.

13Le fer: les eaux souterraines anarobies peuvent contenir du fer ferreux des

concentrations leves. Lorsqu'il est expos l'air, le Fer ferreux s'oxyde en Fer ferrique

et prend une coloration brune/rougetre. Si C>0,3 mg/l, le fer tache le linge. Si C>1

mg/l, problme de got et de coloration.

14L'oxygne dissous se mesure en % du taux de saturation ou en mg/l ( 20C, 100% de

saturation = 8,8 mg/l d'O2 dissous).

15Le pH: le potentiel Hydrogne mesure la concentration en ions H+ dans l'eau, c'est

dire l'alcalinit ou l'acidit sur une chelle de 7 14. A 7 le pH est dit neutre. Il

conditionne un grand nombre d'quilibres physico-chimiques dans l'eau. C'est un

paramtre contrler soigneusement en cas de traitement de l'eau.


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base.


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Paramtres Valeurs

guide

OMS

Interprtation


Conductivit pas de norme Origine: matires en solutions dans l'eau Sant: pas de problme direct.

1.2.4 Autres lments non cits par l'OMSParamtres Valeurs

guide

France

Valeurs

maxi.

France

Interprtation


Calcium

(Ca2+

)

100 mg/l Origine: roches Sant: pas de problme direct.

Magnsium

(Mg2+)

30 mg/l 50 mg/l

Les valeurs de concentrations en calcium et magnsium sont tires de

la norme franaise. L'OMS ne cite pas ces paramtres explicitement,

mais en tient compte dans la mesure de la duret.

2.LES INDICATEURS DE QUALITE

Les principaux moyens disponibles sur le terrain pour estimer laqualit de l'eau sont l'enqute sanitaire, complte par l'analyse

bactriologique et les analyses physico-chimiques. Les types

d'analyse sont choisis en fonction de l'objectif poursuivi.

Schmatiquement, trois situations peuvent se prsenter:

vous cherchez savoir si l'eau est pollue par des matires fcales, vous voulez caractriser l'eau avant de la traiter, ou vous cherchez

savoir si votre traitement est efficace,

vous voulez caractriser le milieu: connatre la qualit d'une mareou d'un cours d'eau avant de l'exploiter pour l'approvisionnementd'un camp, connatre la signature chimique de l'eau des forages afin

de mieux comprendre le systme aquifre, ou savoir si l'eau peut

tre utilise pour l'irrigation.


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Les indicateurs usuels qui permettent de remplir l'un de ces troix

objectifs sont prsents dans le Tableau 1.

Objectifs Indicateurs

Recherche d'une pollution fcale enqute sanitaire analyse bactriologique

Analyse avant traitement de l'eau

(filtration, chloration, floculation) analyse bactriologique demande en chlore pH turbidit conductivit

Analyses aprs traitement de l'eau

(chloration, floculation) analyse bactriologique chlore rsiduel libre Aluminium pH turbidit conductivit

Analyses en vue de caractriser le milieu

(eau souterraine) conductivit temprature pH Cations (calcium, magsium, potassium

et sodium)

Anions (chlorure, sulfate, nitrate etbicarbonate)

Elments traces (Fer, Manganse,Fluorure...)

Analyses en vue de caractriser le milieu

(eau de surface) conductivit temprature turbidit pH Cations (amoniaque et potassium) Anions (nitrate et nitrite) Elments traces (Fer / Manganse) oxydabilit et DBO Oxygne dissous Indice biologique

Analyses en vue de caractriser l'aptitude

de l'eau l'irrigation conductivit Cations (calcium, magsium et sodium)

Tableau 1: Les indicateurs de qualit


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2.1Enqute sanitaire

Par rapport aux autres indicateurs, l'enqute sanitaire permet d'avoir

une approche beaucoup plus globale et donc plus significative de la

situation. Elle permet, de mettre en vidence la vulnrabilit de l'eaupar rapport la pollution: elle a donc valeur dans le temps. Dans la

plupart des cas, une enqute de terrain peut elle seule donner une

ide assez juste de la qualit bactriologique de l'eau et de sa

vulnrabilit vis vis de la pollution.

Toutes les situations qui permettent aux excrta d'tre en contact avec

l'eau (soit de faon directe comme la dfcation dans l'eau, soit de

manire indirecte comme par l'intermdiaire des eaux de

ruissellement) reprsentent un potentiel de pollution (Figure 1).L'enqute sanitaire permet de rechercher ces situations risque. Elle

doit tre mene sur toute la filire de l'eau, c'est dire depuis le point

d'eau jusque chez les consommateurs16.

16Voir chapitre identification.

Les points d'eau ne sont pas correctement

amnags:

les animaux ont accs l'eau il n'a pas de margelle, de trottoir ni de

primtre de protection sur les puits

la tte de forage est perfectible

il n'y a pas de systme d'exhaure sain.

Les gens:

dfquent font des ablutions se lavent dans l'eau. Il n'y a pas de latrines elles sont mal utilises elles sont mal conues.

Les gens utilisent des rcipients

souills ou mal protgs pour le

transport et le stockage de l'eau.

L'eau est pollueindirectement par les

germes fcaux transports

par:

les pieds et les mains les pattes des animaux les insectes (mouches) les poussires les eaux de ruissellement

et d'infiltration

les rcipients souills

L'eau est pollue directement

par les matires fcales.


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Figure 1: le risque fcal

2.2Analyse bactriologique

L'analyse bactriologique permet de mettre en vidence la pollutionfcale de l'eau. Elle permet galement de contrler l'efficacit des

mesures de protection ou de traitement.

L'analyse bactriologique est un outil complmentaire de l'enqute

sanitaire: elle n'est que la photographie de la qualit de l'eau au

moment du prlvement: elle n'a donc pas valeur dans le temps et

demande tre interprte au regard de l'enqute sanitaire.

Les organismes pathognes qui peuvent tre prsents dans l'eau sonttrs nombreux et trs varis. Leur prsence est toujours lie une

pollution fcale de l'eau17 (sauf pour le vers de Guine). Il est difficile

de les mettre en vidence, d'une part parce qu'ils sont trop nombreux

pour faire l'objet d'une recherche spcifique, et d'autre part parce que

leur identification est trs difficile voir impossible (virus). De plus,

leur dure de vie dans l'eau est parfois trs courte.

On prfre alors chercher des germes qui sont toujours prsents en

grand nombre dans les matires fcales des hommes et des animaux sang chaud, qui se maintiennent plus facilement dans le milieu

extrieur et qui peuvent tre aisment identifis. Ces germes sont

appels germes indicateurs de pollution fcale, et leur prsence dans

l'eau tmoigne de l'existence d'une contamination fcale au moment

du prlvement. Leur mise en vidence dans l'eau n'est pas la preuve

de la prsence de pathogne, mais permet de la suspecter fortement.

Les coliformes totaux ne sont pas tous d'origine fcale. Ils ne sont

donc pas indicateurs d'une pollution fcale. Leur recherche estcependant utile pour contrler la qualit d'une eau aprs traitement.

D'aprs l'OMS, les streptocoques fcaux sont en grande partie

d'origine humaine. Cependant, certaines bactries de ce groupe

17Cf. Annexe: les maladies lies l'eau.


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proviennent galement de fcs animals, ou se rencontrent mme sur

les vgtaux. Ils sont nanmoins considrs comme indicateurs d'une

pollution fcale, et leur principal intrt rside dans le fait qu'ils

soient rsistants la dssication, et apportent donc une information

supplmentaire sur une pollution.

D'aprs l'OMS, l'indicateur le plus utile pour estimer la pollution fcale

est Eschericia Coli. En effet, il est abondant dans les fccs humain

(jusqu' 1 milliard de bactries par gramme de matires fraiches),

assez persistant pour tre recherch (sa dure de dtection dans l'eau

20C varie d'une semaine un mois). Sa recherche spcifique est

cependant difficile sur le terrain, c'est pourquoi on utilise de faon

routinire les bactries coliformes thermotolrantes.

E. Coli est un membre de ce groupe. Comme la concentration en

coliformes thermotolrants est la plupart du temps directement lie celle d'E. Coli, leur utilisation comme indicateurs dans les analyses

de routine est considre comme acceptable. Il faut cependant garder

l'esprit que ces indicateurs sont peu spcifiques: si on constate la

prsence leve de coliformes thermotolrants en l'absence de risque

sanitaire dtectable (enqute sanitaire), il convient de rechercher la

prsence spcifique d'E. Coli. En effet, les coliformes thermotolrants

autres qu'E. Coli peuvent se trouver dans des eaux enrichies en

matires organiques comme les produits de dcomposition des

plantes et du sol.

Deux mthodes sont normalises pour effectuer la recherche de

coliformes thermotolrants: la filtration sur membrane et les tubes

multiples. Sur le terrain, la mthode de filtration sur membrane est

relativement facile mettre en oeuvre. Elle consiste filtrer un

volume d'eau connu sur une membrane poreuse, calibre pour retenir

les bactries (0,45 mm). Cette membrane est ensuite mise dans desconditions qui autorisent le dveloppement des coliformes

thermotolrants mais pas des autres bactries: incubation 24 heures 44 C (d'o le nom de bactries thermotolrantes, car les autres

coliformes ne se dveloppent en principe pas au dessus de 37C), sur

un milieu nutritif favorable. Aprs 24 heures, les bactries prsentes

auront formes des colonies de bactries identifiables l'oeil. Les

rsultats sont exprims en nombres de bactries par 100 ml d'eau

filtre.


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La recherche des coliformes totaux se fait suivant la mme procdure,

mais en changeant les conditions d'incubation: temprature de 37C

et milieu de culture diffrent.

2.3Analyses physico-chimiques

Les paramtres analyser sont choisis en fonction de l'objectif

recherch (Tableau 1).

2.3.1 La tempratureLa temprature de l'eau est un paramtre de confort pour les usagers

(voir normes). Elle permet galement de corriger les paramtresd'analyse dont les valeurs sont lies la temprature (conductivit

notamment). De plus, en mettant en vidence des contrastes de

temprature de l'eau sur un milieu, il est possible d'obtenir des

indications sur l'origine et l'coulement de l'eau.

La temprature doit tre mesure in situ. Les appareils de mesure de

la conductivit ou du pH possdent gnralement un thermomtre

intgr.

Box 1: temprature de l'eau souterraine

Gradients de tempratureOn considre gnralement que le gradient de temrature gothermale est de 1C

par 33 mtres. Cela signifie que les eaux souterraines sont d'autant plus chaudes

qu'elles sont profondes.

D'une faon gnrale, on tablit la zonalit suivante:

- profondeur/sol comprise en 2 et 5 mtres: zone d'htrothermie journalire

- profondeur/sol comprise en 15 et 40 mtres: zone d'htrothermie annuelle

- profondeur suprieure 40 mtres: zone d'homothermie.

Classification

Des causes particulires, comme le volcanisme ou le thermalimes, influencent de

faon notable la temprature de l'eau.

On distingue 3 types de sources en fonction du contraste entre la temprature

moyenne annuelle de l'eau et de l'air:


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- teau > 4 C de tair source thermale

- teau = tair source normale

- teau < 4 C de tair source hypothermale

2.3.2 ConductivitLa conductivit mesure la capacit de l'eau conduire le courant

entre deux lectrodes. La plupart des matires dissoutes dans l'eau se

trouvent sous forme d'ions chargs lectriquement. La mesure de la

conductivit permet donc d'apprcier la quantit de sels dissous dans

l'eau (voir Box 2).

La conductivit est galement fonction de la temprature de l'eau, elle

est plus importante lorsque la tempraure augmente. Les rsultats

doivent donc tre prsents pour une conductivit quivalente 20ou 25C. Les appareils de mesure utiliss sur le terrain font

gnralement la conversion automatiquement (voir Box 2).

Ce paramtre doit imprativement tre mesur sur le terrain. La

procdure est facile, et permet d'obtenir une information trs utile

pour caractriser l'eau (c 25C) :

c = 0.005 mS/cm eau dminralise10 < c < 80 mS/cm eau de pluie

30 < c < 100 mS/cm eau peu minralise, domaine granitique300 < c < 500 mS/cm eau moyennement minralie, domaine des

roches carbonates (karst)

500 < c < 1000 mS/cm eau trs minralise, saumtre ou salinec > 30000 mS/cm eau de mer

Comme la temprature, des contrastes de conductivit mesurs sur un

milieu permettent de mettre en vidence des pollutions, des zones de

mlange ou d'infiltration....

La conductivit est galement un des moyens de valider les analyses

physicochimiques de l'eau: la valeur mesure sur le terrain doit tre

comparable celle mesure au laboratoire.

Box 2: la conductivit lectrique de l'eau


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Conductivit/minralisationLa relation entre la conductivit et la minralisation totale de l'eau n'est pas

linaire pour les fortes concentrations. On utilise gnralement deux formules qui

permettent de calculer la minralisation totale en fonction de la conductivit:

TDS = K c, avec:- TDS = Total Disolved Salt, en mg/l- c = conductivit en mS/cm 20C- K = facteur de conversion. La valeur du facteur K doit tre dfinie pour chaque

zone, en rgle gnrale: 0.65 < K < 0.75.

Formule de Logan: soit B = 0.5 * S ( anions + cations )- si B < 1 mq/l c = 100 * B- si 1 < B < 3 mq/lc = 12.27 +86.38 * B + 0.835 * B- si 3 < B < 10 mq/l c = B * (95.5 - 5.54 log B)- si B > 10 mq/l - si HCO3

-dominant c = 90 * B

- si Cl-dominant c = 123 * B0.939

- si SO4- -

dominant c = 101 * B0.949avec - B = cofficient calcul en mq/l partir des majeurs

- c = conductivit en mS/cm 25C.La formule de LOGAN a l avantage de tenir compte de la non-linarit dans la

relation conductivit- minralisation.

Conductivit/tempratureLes relations entre conductivit et temprature de rfrence sont les suivantes:

c25 = ct / (1 + 0.023 (t - 25), avec:- c25 = conductivit 25 C, en mS/cm- ct = conductivit la temprature t (C), en mS/cm

- t = temprature de l'eau, en C c20 = ct x (0.022 t + 0.4560), avec:- c20 = conductivit 20 C, en mS/cm- ct = conductivit la temprature t (C), en mS/cm- t = temprature de l'eau, en C

Conductivit/rsistivit

c = 1/r avec c = conductivit en Siemens par mtre (S/m) et r = risitivit enohm/m

1 Siemens (S) = 1000 milisiemens (ms) = 1000000 micro siemens (mS)

2.3.3 pHLe pH (potentiel Hydrogne) mesure la concentration en ions H+ de

l'eau. Il traduit ainsi la balance entre acide et base sur une chelle de

0 14, 7 tant le pH de neutralit. Ce paramtre conditionne un


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- 19 -

grand nombre d'quilibres physico-chimiques, et dpend de facteurs

multiples, dont la temprature (voir Box 3) et l'origine de l'eau:

Ph < 5 - acidit forte, pHcoca cola = 3, pH jus d'orange = 5

- prsence d'acide minraux ou organiques dans les eaux naturelles

pH = 7 pH neutre7 < pH < 8 neutralit approche, majorit des eaux de surfaces

5.5 < pH < 8 eaux souterraines

pH > 8 alcalinit, vaporation intense

Le pH doit tre imprativement mesur sur le terrain, l'aide d'un

pHmtre ou par colorimtrie (bandelettes peu prcis).

Box 3: le pouvoir tampon de l'eau

Dans la nature, le pH de l'eau est domin par l'quilibre des carbonates. On a eneffet une interdpendance entre les raction suivantes:

Toutes ces ractions sont lies entre elles, et leur cintique est rapide, sauf pour

les relations eau/roches. Un ajout d'acide ou de base faibles dans une eau

bicarbonnate dplace l'quilibre dans le sens oppos, et n'entraine donc pas de

grand changement de pH. C'est ce qu'on appelle le pouvoir tampon de l'eau

(maximum pour 7.5 < pH < 8.5) et qui explique que la majorit des eaux de

surface ont un pH compris entre 7 et 8.

2.3.4 TurbiditElle permet de prciser les informations visuelles de la couleur de

l'eau. La turbidit est cause par les particules en suspension dans

l'eau (dbris organiques, argiles, organismes microscopiques...). Les

dsagrments causs par une turbidit auprs des usagers est relative:

certaines populations habitues consommer une eau trs colore

n'apprcient pas les qualits d'une eau trs claire. Cependant, une

CO2 H2CO3 HCO3-

CO32-

CaCO3

atmosphrique calcite

OH- H+ Ca2+ (ou Mg2+)

H2O

AIR EAU ROCHE


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- 20 -

turbidit forte peut permettre des micro-organismes de se fixer sur

les particules en suspension: la qualit bactriologique d'une eau

turbide est donc suspecte.

Elle se mesure sur le terrain l'aide d'un tube plastic transparent.

Units: 1 NTU (Nephelometric Turbidity Unit) = 1 JTU (Jackson

TU) = 1 FTU (Formazin TU). Les classes de turbidits usuelles sont

les suivantes:

NTU < 5 eau incolore

5 < NTU < 30 eau lgrement colore

NTU > 50 eau colore

NTU > 200 eau de surface "Africaine"

2.3.5 Ions majeursLa minralisation de la plupart des eaux est domine par 8 ions,

appels courament les majeurs. On distingue les cations: Calcium,

Magnsium, Sodium et Potassium, et les anions: Chlorure, Sulfate,

Nitrate, et bicarbonate. Les indications prsentes dans ce paragraphe

sont utiles pour interprter les rsultats d'analyses courantes18.

Calcium et magnsiumLe calcium Ca2+ et le magnsium Mg2+ sont prsents dans les rochescristallines et les roches sdimentaires. Ils sont trs solubles et sont

donc largement reprsents dans la plupart des eaux.

L'altration des roches cristallines libre du calcium et du

magnsium, mais en quantit moindre que certaines roches

sdimentaires carbonates, dont les principales sont la calcite

(CaCO3), la dolomie (CaMgCO3), la magnsie (MgCO3), le gypse

(CaSO4), l'apathite (Ca5(PO4)3) ou la fluorine (CaF). Notons

galement les grs et roches dtritiques au ciment carbonat.

L'ion calcium est sensible au phnomne d'change de bases (voirBox 4).

18Elles sont nanmoins incompltes, car l'objet de cet ouvrage n'est pas un cours de

gochimie. Elles ne concernent en particulier que les eaux naturelles, et en aucun cas les

eaux thermales dont la minralisation est particulire.


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- 21 -

Les chelles de concentration gnralement rencontres sont les

suivantes:

Contexte Ca2+

, en mg/l Mg2+

, en mg/l

terrains calcaires

- eau de surfaces- eau souterraines

+/- 2070 < c < 120 3 < c < 25

terrains cristallins

(eau souterraines)

2 < c < 10 2 < c < 6

eau de mer 400 1200

Les valeurs de concentration, ainsi que les rapports Ca/Mg sont

suffisament contrastes pour apporter des informations sur l'origine

de l'eau (voir chapitre 3).

Sodium et potassiumLe cation sodium (Na+) est trs abondant sur la terre. On le retrouve

dans les roches cristallines et les roches sdimentaires (sables,

argiles, vaporites). La roche Halite (vaporite NaCl) est le sel de

cuisine. Il est trs soluble dans l'eau. Le sodium est par contre

gnralement peu prsent dans les roches carbonates. Notons que les

argiles peuvent tres satures en ion Na2+, par le procsus d'change

de bases (voir Box 4).

Le potasium (K+) est assez abondants sur terre, mais peut frquent

dans les eaux. En effet, il est facilement adsorb et recombin dans

les sols (sur les argiles notament). Les sources principales de

potassium sont les roches cristallines (mais dans des minraux moins

altrables que ceux qui contiennent du sodium), les vapotites

(sylvinite Kcl) et les argiles.

L'chelle des concentrations gneralement rencontres est la

suivantes:

Contexte Na+, en mg/l K

+, en mg/l

terrains calcaires

(eaux souterraines)

1 < c < 4 0.3 < c < 3

terrains cristallins

(eau souterraines)

2 < c < 15 1 < c < 5

eau de mer c > 10000 380


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Box 4: Echange de bases

Il y a un change permanent entre les ions adsorbs dans les argiles et les ions en

solution dans l'eau. La slectivit d'un ion correspond son aptitude tre

adsorb sur les argiles. Si la slectivit d'un ion en solution est plus forte que

celle d'un ion prsent dans l'argile (ou que sa concentration augmente), il va

dloger cette ion dj adsorb qui va se retrouver en solution. La slectivit des

ions, par ordre croissant est:

Al Ca2+

Mg2+

H+

K+

NH4+

Na+

- +

On voit ainsi que le sodium peut facilement dloger le calcium. La concentration

de l'eau sera alors diminue en sodium et augmente en calcium.

SulfateLes origines des sulfates dans les eaux sont varies.

Les origines naturelles sont l'eau de pluie (vaporation d'eau de mer:

1 < c < 20 mg/l), et la mise en solution de roches sdimentaires

vaporitiques, notament le gypse (CaSO4), mais galement de la

pyrite (FeS) et plus rarement de roches magmatiques (galne, blende,

pyrite).

Les origines anthropiques sont la combustion de charbon et deptrole qui entraine une production importante de sulfures (qu'on

retrouve dans les pluies), et l'utilisation d'angrais chimique et de

lessive.

D'une faon gnrale, la prsence de sulfate dans des eaux naturelles

"non pollues" invoque la prsence de gypse ou de pyrite.

ChloruresL'ion Cl- est prsent en petite quantit sur la terre. La source

principale de chlorure dans les eaux est due la dissolution de roches

sdimentaires qui se sont dposes en milieu marin et qui n'ont pas

t compltement lessives, et la prsence d'vaporites. L'invasion

d'eau de mer (o le Cl- est trs prsent), ainsi que les phnomne

d'vaporation dans les bassins endorques sont galement des


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- 23 -

sources de chlorues possibles (voir chapitre les eaux souterraines). Le

rle des roches cristallines dans la minralisation en chlorures est

faible.

L'apport par les prcipitations est d'autant plus importante que la

distance la mer est faible. Les apports anthropiques (salage des

routes, urine..) sont mineurs dans les zones d'intervention

humanitaire.

Nitrates et composs azotsLes nitrates (NO3

-) font

partie du cycle de l'azote

prsent shmatiquement ci-

contre. Le rservoir

principale d'azote estl'atmosphre. Au niveau des

eaux naturelles, l'azote

provient essentiellement des

pluies (1 < c < 3 mg/l) et du

drainage des sols.

La minralisation de la matire organique prsente dans le sol est

ralise par des micro-organismes. L'azote minral ainsi produit est

ensuite transforme par des bactries arobie en nitrates. Cettetransformation, appele nitrification, comporte deux tapes: la

nitritation qui produit des nitrites (NO2-) et la nitratation qui

transforme les nitrites en nitrates. Si les conditions de milieu le

permettent, les nitrates seront utiliss par des bactries anarobies

comme source d'nergie et transforms en azone gazeux. Notons que

les nitrates peuvent galement s'adsorber et se fixer sur les argiles et

humus.

L'apport de nitrates dans le sol, puis dans les eaux, est donc fortement

li la quantit de matires organiques prsente et aux conditions de

milieu. Les actions anthropiques sont donc importantes: utilisation

d'engrais azots et de lizier. De mme, les rejets de stations

d'puration ou plus simplement de latrines et fosses septiques

reprsentent un apport en matires organiques suceptibles de

produire des nitrates.


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- 24 -

L'analyse des nitrates dans les eaux permet d'obtenir des informations

sur la prsence de matires organiques dans le sol. Si des analyses

d'autres composs azots sont raliss (NH4+, NO2, azote total...), il

devient possible d'estimer la manire dont la matire organique est

dgrade.

D'un point de vue sanitaire, les nitrates et nitrites ont t reconnus

dangeureux. En effet, les nitrates absorbs avec l'eau sont rduits en

nitrites dans l'intestin et se fixent sur l'hmoglobine, diminuant ainsi

le transfert d'oxygne: c'est la mthmoglobinmie qui touche plus

particulirement les nourissons.

L'chelle de concentration en nitrate des eaux s'tend sur une large

gamme. Un eau souterraine dont le milieu permet la dnitrification

peut tre exempte de nitrates, alors qu'une eau "pollue" par unapport important de matires organiques, d'engrais ou de rejets d'eau

rsiduaire peut prsenter plusieurs centaines de mg/l de nitrates.

AlcalinitL'alcalinit correspond l'ensemble des anions d'acides faibles

succeptibles d'agir avec H+. Dans le pratique et pour des systmes

domins par les relations des carbonates dont le pH varie de 7 9,

l'alcalinit peut tre assimile aux bicarbonates HCO3-

(voir Box 3).

C'est un paramtre important, car il joue un rle prpondrant sur

l'effet tampon de l'eau (voir Box 3). Il dtermine la manire dont le

pH va ragir l'ajout d'acides ou de bases faibles dans l'eau,

notamment lors des procds de traitement (floculation et

dsinfection).

2.3.6 Autres lments dissous Fer et maganseLa prsence de fer dans les eaux souterraines est d'origine multiple: le

fer sous forme de pyrite (FeS) est courament associ aux roches

sdimentaires dposes en milieu rducteur (marnes, argiles) et aux

roches mtamorphique. Le fer se trouve de fortes concentrations


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- 25 -

dans les eaux des cuirasses d'altration de socle. Les concentrations

suivantes dans les eaux souterraines sont rapportes par l'AcF:

Sdimentaire (Cambodge, 1998) 3 15 mg/l

Socle (Ouganda, 1996) 0.5 1.5 mg/l

Prsent sous forme rduite (Fe2+), le fer s'oxyde et prcipite lorsque

l'eau est pompe. Les dalles de forages ou puits sont alors colores en

brun/rouille et les populations se dsinteressent parfois de la

ressource: une eau charge en fer utilise pour la lessive colore le

linge, et consomme directement ou sous forme d'infusion (th) elle

peut avoir un got prononc.

Le fuorD'aprs TRAVY, Les sources principales de fluor dans les eaux

souterraines sont l'apatite prsente dans les bassins phosphats (8 2 prsence de gypse (CaSO4) ou de calcite (CaCO3)

Ca2+ / Mg2+ = 1 prsence de dolomie (CaMgCO3)

Ca2+

/ Mg2+

< 1 marque de l'eau de mer (intrusion saline)

ou change de basesK

+/Na

+= 1 terrain cristallin

Les rsultats d'analyses physico-chimique sont prsents sous forme

de diagrammes qui autorisent une interprtation aise.


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- 33 -

Le diagramme de Piper est utilis pour dfinir le facis type des eaux

(Figure 2). Il permet de prsenter sur un mme schma un grand

nombre d'analyses qui peuvent tre compares visuellement de faon

simple. Les units de mesure utilises dans le diagramme Piper sont

les % de meq/l (Box 5).

Figure 2: diagramme de Piper - facis types


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- 34 -

Le diagramme de Shoeller-

Berkaloff ne permet pas de

prsenter un nombre

important d'analyses, mais

autorise un comparaison

quantitative des analyses:

l'unit utilise n'est plus un

rapport (%) mais le mg/l ou le

meq/l. Les chelles de valeur

sont gradues dans les deux

units.

Le diagramme de Stiff, trs

utilis par les anglo-saxon, est

semblable celui de

Schoeller-Berkaloff quant

son intrt. Les units sontexprimes en meq/l.

Il est bien entendu possible de

prsenter les rsultats sur des

diagrammes plus classiques.

Les diagrammes de Piper et de

Scholler-Berkaloff sontdonns en annexe.

Figure 3: prsentation des rsultatsd'analyses physico-chimiques


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- 35 -

Les lments traces sont recherchs en cas de problmesspcifiques (Fer, Manganse, Fluorure....).

Box 5: Analyse physico-chimiqueValidation des rsultats

Lorsque l'analyse des ions majeurs a t faite (confi un laboratoire ou par

l'quipement de terrain), il est important de valider les rsultats en effectuant

quelques vrifications simples.

- La conductivit mesure in situ doit tre proche de celle mesure au moment

des analyses.

- La conductivit calcule avec la mthode Logan (voir Box 2) doit se rapprocher

de la conductivit mesure.

- La balance ionique doit tre quilibre. On admet gnralement une erreur de

5% comme acceptable. La balance ionique s'appuie sur le principe que la somme

des anions majeurs et la somme des cations majeur sont quivalentes(concentrations exprimes en meq/l):

Cl-+ SO4

2-+ NO3

-+ Alcalinit = Ca

2++ Mg

2++ N

++ K

+

L'erreur en % est donne par: (Scations - Sanions) / (Scations + Sanions) x 100.Une erreur sur la balance ionique peut provenir d'une erreur analytique (rsultats

des analyses non valides) ou d'une minralisation particulire (ions prsents dans

l'eau qui n'ont pas t analyss).

Units de mesureDiffrentes units sont utilises pour exprimer les rsultats d'analyses.

- La concentration en mg/l (miligramme par litre) est la plus usuelle pour leshydrogologues.

C en mg/l = (nombre de mole x masse molaire) / volume de la solution

- La concentration en ppm (partie par million) est galement courament utilise.

On admet que dans le cas d'analyses d'eau naturelle, C en mg/l = C en ppm.

C en ppm = (nombre de mole x masse molaire) / masse de la solution

- La concentration en meq/l (miliquivalent par litre) permet de comparer la

concentration des diffrents rsultats entre eux. C'est donc l'unit qui est utilise

sur les diagrammes et dans les diffrents calculs (balance ionique).

C en meq/l = (nombre de mole x charge ionique) / volume de la solution

- La molalit en mol/kg (mole par kilo) = nombre de mole/ masse solution

- La molarit en mol/l (mole par litre) = nombre de mole/ volume solution

3.2.2 Eaux de surface pH, conductivit, oxygne dissous, temprature et turbidit sont

mesurs in situ. Ils permettent une premire estimation de la

qualit du milieu.


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- 36 -

Les phosphates, amoniaques, nitrates et Fer permettent de mesurerl'impact de rejets polluants.

Les analyses bactriologiques confirment en rgle gnrale lapollution microbienne de ces eaux de surface, mais permettent de

fixer son importance. Les indices biologiques sont interressants

essentiellement pour les eaux courantes.

Les priodes et stations d'tudes sont choisies pour cerner au mieula variabilit spatiale et temporelle de la qualit du milieu. A titre

d'exemple, une tude du milieu "pond" en cours de ralisation

(Birmanie, AcF 1998) se droule sur une priode de saison sche et

de saison des pluies. Les prlvements sont faits en diffrents

points: au niveau du ponton utilis par les gens pour puiser, sur la

berge oppose, et au centre une plus grande profondeur. Ces

prlvements sont galement raliss diffrentes heures de la

journe: le matin avant et aprs puisage, et dans l'aprs midi.

Une grille d'analyse type est prsente dans le Tableau 2, modifi

d'aprs ANNEXEI-3EXIGENCES DE QUALITE DES EAUXDOUCES SUPERFICIELLESUTILISEES OU DESTINEES A ETRE UTILISEES POUR LA PRODUCTION D'EAU DESTINEE A LA

CONSOMMATION HUMAINE, DECRET N91-257DU7MARS 1991.

traitement physique

simple et

dsinfection

traitement

physique, chimique

et dsinfection

traitement

physique, chimique

pouss, affinage et

dsinfection

valeur

guide

impratif valeur

guide

impratif valeur

guide

impratif

pH 6.5 8.5 5.5 9 5.5 9

conductivit

mS/cm 20C1000 1000 1000

temprature, C 22 25 22 25 22 25

oxygne dissous, %

saturation

> 70 > 50 > 30

DBO5 , mg/l O2 < 3 < 5 < 7

DCO, mg/l O2 30

NH4+

, mg/l 0.005 1 1.5 2 4

NO3-, mg/l 25 50 50 50

P2 O5 , mg/l 0.4 0.7 0.7


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Fer dissous, mg/l 0.1 0.3 1 2 1

Mn, mg/l 0.05 0.1 1

Coliformes totaux

nb/100ml

50 5000 50000

coliformes

thermotolrantsnb/100ml

20 2000 20000

Tableau 2: grille d'interprtation - eau de surface destine laconsommation humaine

Cette grille, issue de la norme franaise, doit bien entendu tre

interprte en fonction du contexte d'intervention. Elle peut tre

complte par les indices suivants:

situationnormale

eau normale

situationdouteuse

eaux polues

situation anormaleeau fortement pollue

SO42-

, mg/l < 20 20 120 > 120

PO42-

, mg/l 300 500 > 500

NO2-, mg/l < 0.01 0.01 0.1 > 1

NH4-, mg/l < 0.01 0.01 0.1 > 1

Oxydabilit, mg/l O2 > 2 2 3 3 6

DBO5 , mg/l O2 < 1 3 6 > 6

Tableau 3: indicateurs chimiques de pollution des eaux de

surface

3.2.3 Eau destine l'irrigationLes eaux destines l'irrigation doivent rpondre certains critres

de qualit pour minimiser les risques de salinisation des terrains.

Deux mthodes simplifies permettent d'estimer l'aptitude de l'eau

l'irrigation, en fonction du type de sol.

ConductivitLa mesure de la conductivit de l'eau permet d'estimer sa

minralisation, et donc la quantit de sels dissous apports au sol.

Cette mesure est cependant incomplte car elle n'intgre pas le type

de minraux apports.


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Le tableau ci-dessous prsente des classes d'aptitude de l'eau

l'irrigation, modifi d'aprs USSALINITY LABORATORY,1955.

Classe conductivit

mS/cm 25CRemarques

C1 0 < C < 250 - faible minralisation de l'eau

- utilisation sur la plupart des cultures et des sols.

C2 250 < C < 750 - minralisation moyenne

- utilisation sur sol modrment lessiv et plantes

moyennement tolrantes au sel

C3 750 < C < 2250 - eau sale

- utilisation sur sol bien drain et plantes tolrantes au sel

- contrle de l'volution de la salinit obligatoire

C4 2250 < C < 5000 - minralisation forte

- utilisation non souhaitable en agricultureTableau 4: conductivit et eau d'irrigation

SARLe SAR (Sodium Absorsion Ratio) ou capacit d'absorbtion du

sodium permet d'apprhender les risques de salinisation en sel NaCl

induit par l'irrigation, tel que SAR = Na /(Ca + Mg) (concentrationsen mmol/l, d'aprs APPELO). On dfinit diffrentes classes d'eau en

fonction de leur SAR (S1 S4).

Le diagramme de River Side est construit en croisant le SAR calcul

et la concuctivit mesure (Figure 4 et annexe). Les point

exprimentaux sont reports dans le diagramme, et l'indice crois Cn-

Sn est obtenu. Le Tableau 5 indique l'aptitude des eaux l'irrigation

en fonction de cet indice crois, modifi d'aprs US DEPARTMENT OFAGRICULTURE,1994


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Figure 4: diagramme River Side

Indice crois

SAR/conductivit

Indication

C1-S1 - eau utilisable pour la plupart des espces cultives et des sols

C1-S2 - eau utilisable pour la plupart des espces cultives

- le sol doit tre bien drain et lessiv

C1S3 - le sol doit tre bien prpar, bien drain et lessiv, ajout dematires organiques

- la teneur relative en Na peut tre amliore par l'ajonction de

Gypse

C1-S4 - eau difficilement utilisable dans les sols peu permables

- le sol doit tre bien prpar, trs bien drain et lessiv, ajout de

matires organiques

- la teneur relative en Na peut tre amliore par l'ajonction de


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Gypse

C2-S1 - eau convenant aux plantes qui prsentent une lgre tolrence

au sel

C2-S2 - eau convenant aux plantes qui prsentent une lgre tolrence

au sel

- sol grossier ou organique bonne permabilitC2-S3 - eau convenant aux plantes qui prsentent une certaine tolrence

au sel

- sol grossier et bien prpar (bon drainage, bon lessivage,

addition de matires organiques)

- l'ajonction priodique de Gypse peu tre bnfique

C2-S4 - eau ne convient gnralement pas pour l'irrigation

C3-S1 - eau convenant aux plantes qui prsentent une bonne tolrance

au sel

- sol bien amnag (bon drainage)

- contrle priodique de l'volution de la salinit

C3-S2 - eau convenant aux plantes qui prsentent une bonne tolranceau sel

- sol grossier ou organique bonne permabilit, bon drainage

- contrle priodique de l'volution de la salinit

- l'ajonction priodique de Gypse peu tre bnfique

C3-S3 - espces tolrantes au sel

- sol trs permable et bien drain

C3-S4 - eau ne convient pas l'irrigation

C4-S1 - eau ne convient pas l'irrigation dans des conditions normales

- peut tre utilise si les espces ont une bonne tolrance la

salinit et le sol est particulirement bien drain

C4-S2 - eau ne convient pas l'irrigation dans des conditions normales

- peut tre utilise si les espces ont une trs bonne tolrance la

salinit et le sol est particulirement bien drain



Tableau 5: indice crois SAR/conductivit


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qualité de l'eau

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