Origine et effet des principaux polluants de l'eau

 

 

I- Généralités

 

 

1- Définition. - Les eaux résiduaires industrielles sont les déchets liquides résultant, selon les activités exercées, de l'extraction ou de la transformation de matières premières en produits industriels (produits primaires), de la transformation éventuelle de ces produits primaires (produits dérivés), ainsi que de l'utilisation des produits primaires ou dérivés pour la fabrication de biens de consommation.

 

 

2- Volume et composition. - Tant au point de vue de leur volume qu'à celui de leur composition, et contrairement aux eaux résiduaires domestiques, les caractéristiques des eaux résiduaires industrielles sont variables pour chaque branche industrielle, voire pour chaque établissement d'une même branche. 

 

La composition des eaux résiduaires industrielles s'apprécie au travers de paramètres physico-chimiques ou biologiques, soit globaux (matières en suspension, demande biochimique en oxygène, demande chimique en oxygène, azote global, phosphore total, turbidité, carbone organique total, etc.), soit spécifiques, tels que, par exemple, la température, le pH, ou bien la teneur en certains éléments chimiques dont la connaissance présente un intérêt particulier (ce qui est souvent le cas lorsque des substances toxiques sont en jeu).

 

Par suite de cette diversité, corollaire du caractère spécifique de chaque processus industriel, de nombreux procédés ont été développés pour le traitement des rejets. Aussi, le choix de la nature et le dimensionnement d'une filière d'épuration résultent toujours d'études techniques préalables réalisées au cas par cas qui incluent des investigations théoriques et, le cas échéant, pratiques (essais sur pilote).

 

 

II- Principaux paramètres de caractérisation

 

1- Matières en suspension. - Les matières en suspension (M.E.S.), exprimées en milligrammes par litre, sont mesurées par pesée après filtration ou centrifugation et séchage à 105°C (norme NFT-90-105). Les procédés de séparation par filtration font appel, soit à des disques en fibres de verre, soit à des couches d'amiante dont la mise en oeuvre fait partie intégrante du mode opératoire. La méthode par centrifugation est plus particulièrement réservée au cas où les méthodes par filtration ne sont pas applicables par suite d'un risque élevé de colmatage des filtres.

 

Les M.E.S. comprennent:

 

-les matières décantables: elles correspondent aux M.E.S. qui se déposent au repos pendant une durée fixée conventionnellement à 2 heures. Les matières décantables, exprimées en cm3/l, sont mesurées par lecture directe du volume occupé au fond d'un cône de décantation par le décantat;

 

-les matières colloïdales: elles représentent la différence entre les M.E.S. et les matières décantables. La taille des particules correspondantes est approximativement comprise entre 10-8 et 10-2 mm.

 

Par ailleurs, les matières en suspension sont constituées de matières minérales et de matières organiques, ou matières volatiles en suspension (M.V.S.); une approche des matières organiques est donnée par l'essai de calcination à 525 °C (norme NF-T-90-029), mais ne saurait être très précise dans la mesure où le traitement thermique de l'échantillon testé s'accompagne toujours d'une décomposition simultanée, partielle ou totale, de certains sels minéraux (bicarbonates, chlorures, nitrates, ...).

 

2- Demande biochimique en oxygène (DBO). - La demande biochimique en oxygène exprime la quantité d'oxygène nécessaire à la destruction ou à la dégradation des matières organiques d'une eau par les micro-organismes du milieu. Il s'agit d'un paramètre mesurant une oxydation biologique des matières organiques qui fait intervenir des réactions enzymatiques complexes intra ou extra-cellulaires. Pour une eau naturelle superficielle (rivière, étang, ...), ce paramètre traduit la consommation d'oxygène relative au phénomène d'auto-épuration.

 

Les transformations biochimiques des matières organiques s'effectuent en deux stades:

 

-le premier stade se rapporte aux composés carbonés; il débute immédiatement pour s'achever au bout de vingt jours environ (à 20°C);

 

-le second stade se rapporte aux composés azotés; il ne commence pas avant 6 à 10 jours et se poursuit au delà du 20 ième jour (on considère qu'une durée de 21 jours au moins est nécessaire pour l'oxydation des composés azotés biodégradables);

 

Courbe théorique de la D.B.O. (d'après Courchaine. 1963)

 

 

La demande biochimique en oxygène se poursuit donc pendant un temps assez long et, en outre, présente des variations selon la température. Aussi, les modèles mathématiques utilisés pour l'étude de la dégradation biochimique des matières organiques s'appuient généralement sur l'hypothèse d'une biodégradabilité en fonction du temps représentée par une loi du premier ordre:

 

             

DBO (t) = (DBOultime ) x (1 - e -K x t )

 

 

Pour la plupart des effluents industriels, la DBOultime est donnée par la DBO21. Néanmoins, les eaux résiduaires relatives à certaines activités peuvent comporter des constituants dont la cinétique de biodégradation est plus lente que celle des composés azotés ou, tout au moins, soumise à des inhibitions particulières. Il en est ainsi, par exemple, pour les eaux résiduaires du raffinage et de la pétrochimie, où la durée de 28 à 35 jours est nécessaire pour qu'intervienne la dégradation de certaines familles d'hydrocarbures (hydrocarbures aromatiques, aryl-sulfonates, etc.).

 

Conventionnellement, on détermine la demande biochimique en oxygène pendant 5 jours (DBO5), qui ne mesure que l'effet des transformations biochimiques relatives à la plus grande partie des composés carbonés et ne prend pas en compte la nitrification (on l'exprime en mg/l d'oxygène consommé). La détermination de la DBO5 exige une dilution de l'échantillon à étudier avec une eau comportant un ensemencement en micro-organismes et préalablement saturée en oxygène dissous.

 

Le dosage est réalisé par comparaison entre la teneur initiale en oxygène dissous et la teneur résiduelle dans l'effluent après incubation à l'obscurité pendant 5 jours dans une étuve dont la température est réglée à la température de 20°C (norme NF-T-90-103).

 

Bien que visant à reconstituer en laboratoire les phénomènes de dégradation qui ont lieu dans le milieu naturel, les résultats de la détermination expérimentale de la demande biochimique en oxygène ne sauraient avoir le caractère rigoureux et strictement reproductible de ceux qui découlent de la mise en oeuvre d'un processus chimique simple et bien identifié. De plus, au plan analytique, il faut noter que la présence de toxiques actifs peut parfois fausser de manière importante la mesure de la DBO5 en raison d'effets d'inhibition sur les bactéries.

 

Les valeurs de DBO5 mesurées dans l'industrie peuvent être très faibles pour des eaux résiduaires peu biodégradables et aller jusqu'à plusieurs grammes par litre dans des secteurs comme l'agro-alimentaire.

 

 

3- Demande chimique en oxygène (DCO) - Oxydabilité. - La demande chimique en oxygène (DCO) représente la quantité d'oxygène consommée, dans les conditions de l'essai, par les matières oxydables contenues dans un litre d'effluent; elle est exprimée en milligrammes par litre.

 

Selon la méthode normalisée (norme NF-T-90-101), il s'agit de l'oxydation par un excès de dichromate de potassium (K2Cr2O7) en milieu acide et à l'ébullition, des matières oxydables en présence de sulfate d'argent (catalyseur d'oxydation) et de sulfate de mercure.

 

Fondamentalement, la mise au point du test de DCO a été motivée par le souci de réaliser une approche de la charge organique totale des eaux. Celà justifie l'emploi de sulfate de mercure, qui est un agent complexant des chlorures sans l'utilisation duquel ces composés minéraux sont de nature à perturber le résultat des mesures. Toutefois, il convient de rester très prudent quant à l'interprétation de ce paramètre global. En effet:

 

-divers composés organiques ne sont pas oxydés par le dichromate de potassium en milieu acide, comme, par exemple, certains composés organiques non miscibles (hydrocarbures paraffiniques et cyclo-paraffiniques) et certains composés azotés (sels ammoniacaux, urée);

 

-d'autres sels minéraux titrant à la DCO que les chlorures peuvent être présents en quantités non négligeables dans certains secteurs industriels. Le tableau ci-dessous donne l'équivalence en DCO de certains réducteurs minéraux.

 

 

Composé

Ion

DCO (mgO2/mg)

Cyanure

CN-

1 à 2,9

Sulfocyanure

SCN-

0,6 à 1,5

Sulfure

S2-

2

Soufre

So

1,5

Thiosulfate

(S203)2-

0,57

Tétrathionate

(S4O6)2-

0,5

Sulfite

(SO3)2-

0,2

 

(Traitement des eaux - F.BERNE et J.CORDONNIER - ENPSM - Ed. Technip )

 

 

Une autre méthode normalisée utilise comme oxydant le permanganate de potassium (norme NF-T-90-050); on ne parle plus dans ce cas de demande chimique en oxygène mais d'oxydabilité au permanganate de potassium à chaud en milieu acide. Cette méthode a pour inconvénient majeur de ne pas oxyder ou de n'oxyder que partiellement de très nombreux composés organiques.

 

Elle est généralement réservée à des eaux susceptibles d'être peu polluées comparativement aux charges véhiculées par les eaux résiduaires industrielles (eaux de surface, eaux potables).

 

Enfin, il convient d'insister sur les points suivants:

 

-compte tenu du mode opératoire particulier sur lequel repose sa détermination, la demande chimique en oxygène, si elle constitue incontestablement un précieux paramètre indicateur de la présence de polluants dans les eaux résiduaires, n'est pas, en général, une méthode rigoureuse de détermination des consommations potentielles d'oxygène que l'effluent est de nature à engendrer lors d'un rejet au milieu naturel. Une telle appréciation peut être plus valablement faite à partir d'une DBOultime et, en toute rigueur, n'est réalisable par la méthode DCO que dans le cas particulier d'un effluent complétement biodégradable et ne contenant pas de sels réducteurs.

 

-en raison des phénomènes radicalement différents qui entrent en jeu pour la détermination, d'une part, de la demande biochimique en oxygène et, d'autre part, de la demande chimique en oxygène ou de l'oxydabilité, les corrélations qui peuvent éventuellement être établies entre ces paramètres ne sont valables que pour le type d'effluent considéré et sous réserve d'une composition sensiblement stable dans le temps.

 

A noter que pour un effluent donné l'importance du rapport DCO sur DBO5 renseigne sur la non biodégradabilité.

 

Les eaux résiduaires industrielles peuvent fréquemment atteindre des valeurs de plusieurs grammes par litre en demande chimique en oxygène.

 

 

4- Matières oxydables. - Les matières oxydables MO constituent un paramètre qui, sur la base de la DBO5 et de la DCO mesurées sur un échantillon ayant subi une décantation de 2 heures, se définit comme suit:

 MO = (2 x DBO5(ad2) + DCO(ad2) ) / 3          

 

Il s'agit de l'un des paramètres employés pour définir la notion d'équivalent-habitant à laquelle ont recours les Agences de l'eau lors du calcul des redevances et des primes en matière de rejets aqueux industriels et domestiques.

 

Pour mémoire, on rappellera que les autres paramètres de l'assiette des redevances et des primes sont les matières en suspension, les matières inhibitrices (équitox), les sels solubles, l'azote réduit, l'azote oxydé, les matières phosphorées, les composés organohalogénés adsorbables sur charbon actif (AOX) et les métaux et métalloïdes (METOX) (arrêté du 28 octobre 1975 modifié).

  

 

5- Azote global. - Dans un effluent, on distingue au besoin les différentes formes suivantes de l'azote, dont la somme constitue l'azote global (NGL):

 

-formes réduites: azote dosable par la méthode Kjeldahl (norme NF-T-90-110), comprenant l'azote organique (protéïnes, polypeptides, acides aminés, urée, hydrazine, etc.) et l'azote ammoniacal (N-NH4+);

 

-formes oxydées:  azote nitreux (N-NO2) (norme NF-T-90-013) et azote nitrique (N-NO3) (norme NF-T-90-012).

 

L'azote ammoniacal peut-être dosé indépendamment suivant l'essai défini par la norme NF-T-90-015.

 

 

6- Phosphore total. - Les eaux résiduaires industrielles peuvent éventuellement comporter des teneurs non négligeables en phosphore, comme, par exemple, dans le cas de certaines industries agro-alimentaires et chimiques. Le phosphore se trouve dans les eaux usées sous forme:

 

-d'orthophosphates solubles (PO4H2-);

-de polyphosphates, qui ont tendance à s'hydrolyser en orthophosphates;

-de phosphore non dissous, lié à des molécules organiques ou contenu dans les matières en suspension.

 

La somme de ces diverses formes constitue le phosphore total (PT).

 

Les orthophosphates, les polyphosphates et le phosphore total peuvent être déterminés indépendamment suivant la méthode normalisée NF-T-90-023 (spectrométrie). En particulier, le phosphore total est dosable après minéralisation en ballon de Kjeldahl en présence de persulfate ou à l'acide perchlorique.

 

 

7- pH. - Il s'agit évidemment d'un paramètre fondamental de caractérisation des eaux résiduaires. La mesure du pH peut s'effectuer par colorimétrie (norme NF-T-90-006) ou par procédé électrométrique à l'électrode de verre (norme NF-T-90-008).

 

 

8- Température. - La notion de température revêt un rôle très important et doit être prise en compte lorsqu'on cherche à déterminer l'incidence de rejets industriels. Des modifications excessives de la température des milieux récepteurs sont en effet de nature à modifier le biotope et à perturber la vie piscicole.

 

 

9- Autres paramètres. - Les paramètres qui viennent d'être exposés constituent des critères essentiels de caractérisation d'une eau résiduaire industrielle. Complémentairement, d'autres paramètres sont éventuellement employés selon la spécificité des effluents, la branche industrielle concernée et la nature du traitement envisagé. Les principaux paramètres rencontrés sont décrits ci-après:

 

 

9.1- Alcalinité. - La connaissance de l'alcalinité présente un intérêt particulier lorsque des traitements physico-chimiques sont envisagés, car ce paramètre traduit la présence en solution d'espèces chimiques susceptibles d'exercer une influence directe sur les conditions techniques de l'épuration. Par exemple, l'alcalinité conditionne généralement les quantités de réactifs à utiliser pour les opérations de coagulation-floculation. Elle permet également, lors de la mise en oeuvre de traitements par échange d'ions, d'évaluer le risque d'intervention de phénomènes de compétition avec les composés à éliminer.

 

L'alcalinité représente le pouvoir tampon de l'effluent et est exprimée par le titre alcalimétrique complet (TAC). Elle est mesurée par acidification de l'échantillon testé avec contrôle du dosage par procédé colorimétrique (virage de l'hélianthine), ou potentiométrique lorsque la couleur ou la turbidité des eaux résiduaires rend difficile l'observation des variations de coloration. Pour une eau naturelle, elle traduit la somme des anions hydrogénocarbonates, carbonates et hydroxydes alcalins (Na) ou alcalino-terreux (Ca, Mg). Les réactions chimiques qui interviennent au cours de la mesure sont les suivantes:

CO 3 2 -    +    H +     ---->   HCO 3 -

HCO 3 -   +    Ca 2+ , Mg 2+ , Na +      ---->    Ca(HCO 3 ) 2 , Mg(HCO 3 ) 2 , Na(HCO 3 )

HCO 3 -   +    H +      ---->   H 2 CO 3

Pour des eaux résiduaires industrielles, de nombreux autres ions peuvent également intervenir au cours de la titration (ions des acides gras volatils, de l'acide acétique, de l'acide phosphorique, de l'acide cyanhydrique, de certains composés azotés ou soufrés).

 

 

Les principales réactions complémentaires sont les suivantes:

 

PO 4 3-   +    H +   ---->    HPO 4 2-    +    H +     --->    H 2 PO 4 -    +    H +     --->   H 3 PO 4

S 2-    +    H +     ---->     HS -    +    H +     ---->     H 2 S

SO 3 2-    +    H +     ---->     HSO 3 -    +    H +     ---->    H 2 SO 3

CN -    +    H +     ---->     HCN

L'unité la plus souvent employée pour exprimer le TAC est le degré français (°F), qui correspond à la concentration d'une solution N/5000 et vaut donc un cinquième de meq/l (le meq/l est le millième de l'unité de quantité de matière d'un ion déterminé, la mole, par le nombre de charges de même signe portées par les ions ou valence).

 

 

9.2- Turbidité. - La turbidité d'eau résiduaire se définit comme l'expression de la propriété optique qui fait que la lumière est dispersée et absorbée plutôt que transmise en ligne droite à travers l'échantillon.

 

Cette dispersion est provoquée par l'interaction de la lumière avec les particules en suspension et traduit la réduction de transparence du milieu du fait de la présence de ces particules. Elle se mesure généralement dans des néphélomètres par comparaison de la lumière diffusée et de la lumière transmise, d'une part, par l'échantillon testé et, d'autre part, par une gamme étalon constituée de solutions de formazine, sous une radiation incidente de longueur d'onde donnée (norme NF-T-90-033).

 

 

9.3- Couleur. - La couleur vraie après filtration est due à la présence de matières organiques dissoutes, de fer ferrique précipité à l'état d'hydroxyde colloïdal, de fer ferreux lié à des complexes organiques et de divers colloïdes. Il n'existe pas de lien entre la couleur et la concentration en matières organiques.

 

Ce paramètre est mesuré par comparaison à une solution de référence (Platine-cobalt). La norme correspondante est la norme NF-T-90-034.

 

 

9.4- Résistivité électrique. - La résistivité est mesurée par la méthode NF-T-90-031; elle représente l'inverse de la conductivité électrique, qui donne une évaluation de la teneur en sels dissous des eaux résiduaires.

 

 

9.5- Matières sèches. - Les matières sèches sont mesurées par élimination de l'eau par évaporation et pesée (norme NF-T-90-029); elles rendent compte à la fois des matières en suspension et des matières dissoutes. La température à laquelle le résidu est séché et la durée de chauffage ont une influence importante sur le résultat de la détermination; en pratique, on distingue:

 

-le résidu sec à 100-105 °C: qui résulte de l'évaporation simple de l'eau, mais aussi de l'évaporation, en totalité ou en partie, de l'eau occluse et de l'eau de cristallisation des sels. Des pertes en dioxyde de carbone peuvent résulter de la transformation des bicarbonates en carbonates. En outre, il peut y avoir une perte plus ou moins négligeable de matières organiques;

 

-le résidu sec à 175-185 °C: qui peut encore résulter de la perte d'eau de cristallisation, notamment si des sulfates sont présents.

 

La presque totalité de l'eau occluse est éliminée, les bicarbonates sont transformés en carbonates, certains chlorures et certains nitrates sont décomposés ou volatilisés. Les matières organiques sont peu atteintes bien que certaines d'entre elles puissent être volatilisées.

 

 

9.6- Carbone organique total (COT). - Un échantillon d'eaux résiduaires est susceptible de contenir en proportions variables du carbone organique dissous et particulaire, du carbone organique provenant de substances volatiles (carbone organique purgeable), et du carbone minéral dissous (carbonates, dioxyde de carbone), voire particulaire (charbon actif).

 

La technique mise en oeuvre pour la mesure du COT consiste successivement:

 

-à isoler le carbone minéral sous forme de dioxyde de carbone par acidification et à l'éliminer par stripping;

 

-à transformer en dioxyde de carbone le carbone organique par oxydation thermique catalytique à 800-1000°C, oxydation aux UV, oxydation photochimique à froid (action conjointe de persulfate et d'un rayonnement UV), etc;

 

-à mesurer le CO2 issu de cette réaction soit directement, par mise en oeuvre d'un détecteur à infra-rouge, qui est la technique la plus utilisée, soit par d'autres méthodes (détection coulométrique, dosage colorimétrique, réduction en méthane et détection par ionisation de flamme, ...). Le résultat de la mesure est exprimé en mg de carbone par litre.

 

Dans de nombreuses branches industrielles, le COT peut être corrélé de manière satisfaisante avec la DCO. Toutefois, compte tenu des différences fondamentales qui se rapportent aux deux types de mesures (d'une part, une mesure directe du carbone organique total et, d'autre part, une évaluation globale d'une oxydation chimique qui s'effectue dans des conditions opératoires bien déterminées), on constate, dès lors qu'on s'intéresse à des substances considérées isolément, que les rapports DCO/COT sont très variables selon les cas.

 

 

Les différentes formes du carbone dans les eaux

 

 

Dans ces conditions, on comprendra aisément que toute volonté d'établissement de corrélations fiables entre ces paramètres exige une stabilité suffisante de la composition des eaux résiduaires produites au cours des diverses phases du processus industriel considéré.

 

 

A titre d'exemple, le tableau ci-après (Centre technique du papier, 1990) donne les valeurs théoriques de la DCO, du COT et du rapport de ces paramètres pour différentes solutions chimiques.

 

 

Composé

Formule

Solution à

DCO

COT

DCO/COT

 

chimique

(mg/l)

(mg/l)

(mg/l)

 

Acide formique

HCOOH

1000

348

261

1,33

Acide acétique

CH3COOH

900

960

360

2,67

Acide butyrique

C3H7COOH

500

909

272

3,34

Méthanol

CH3OH

1000

1500

375

4

Glucose

C6H12O6

1000

969

363

2,67

Phénol

C6H6O

1500

3574

1149

3,11

Chlorophénol

C6H5OCl

1500

2428

840

2,89

 

La relative fiabilité des COT-mètres permet maintenant la généralisation de la mesure en continu du COT sur les rejets les plus importants et le suivi des diverses étapes de l'épuration. Les mesures réalisées sont séquentielles, la durée d'un cycle suivant les appareils étant comprise entre 5 et 12 minutes.

 

A noter toutefois:

 

-qu'un entretien suivi des appareils travaillant en ligne doit être assuré. En effet, la plupart d'entre eux ne peut être laissée sans surveillance pendant ne serait ce qu'une semaine entière en raison des vérifications et des opérations d'entretien nécessaires;

 

-qu'une décantation ou une filtration des effluents doit être mise en oeuvre de manière à ne pas boucher les vannes et les tuyauteries de l'installation de mesure;

 

-que des pertes en composés organiques volatils sont possibles lors du stripping du dioxyde de carbone d'origine minérale;

 

Dans ces conditions, selon le matériel utilisé, le COT mesuré peut se rapprocher plus ou moins du carbone organique dissous (COD) et de réels problèmes de représentativité des échantillons prélevés peuvent le cas échéant se poser.

 

 

9.7. Demande totale en oxygène (DTO). - La DTO correspond à la détermination de la totalité des matières oxydables présentes dans l'effluent. La mesure de la DTO est réalisée à haute température (oxydation à 900 °C) sous un courant d'oxygène ou d'ozone dont on évalue l'abaissement de concentration par mise en oeuvre de sondes détectrices en amont et en aval de l'échantillon. Le principe même de la mesure fait que l'oxydation obtenue est plus poussée qu'avec la DCO; en particulier, tous les composés azotés et minéraux sont concernés, même si la réaction n'est pas toujours totale. Le résultat de la mesure s'exprime en mgO2/l.

 

 

9.8- Hydrocarbures. - La mesure des hydrocarbures dans les eaux constitue une opération souvent délicate. En effet, l'échantillonnage est fréquemment hasardeux, particulièrement lorsque les eaux résiduaires ne sont pas prélevées dans un réseau sous pression ou quand elles sont très chargées en huiles. Par ailleurs, les valeurs obtenues lors de dosages réalisés sur un même échantillon sont très diverses selon la méthode normalisée utilisée, car celles-ci se rapportent alors à la détection partielle ou totale de composés différents.

 

 

Enfin, il faut souligner l'existence de problèmes d'interférence de composés polaires lors du dosage par infra-rouge ou de matières organiques lors du dosage par extraction et gravimétrie.

 

Les hydrocarbures sont déterminables selon diverses méthodes, dont quatre font l'objet de normes françaises:

 

-la norme NF-T-90-202 (effluents aqueux des raffineries de pétrole - dosage des matières organiques en suspension dans l'eau extractibles à l'hexane): c'est une méthode de mesure par absorption et floculation des matières organiques (hydrocarbures compris) dans une colonne garnie d'hydroxyde d'aluminium, extraction du floculat à l'hexane, puis dosage gravimétrique après évaporation du solvant.

 

Cette méthode permet de mesurer les hydrocarbures insolubles et reproduit sensiblement le processus de leur épuration par des procédés physico-chimiques. Dans ces conditions, elle peut être utilement employée pour la surveillance des performances de filières de ce type.

 

-la norme NF-T-90-203 (effluents aqueux des raffineries de pétrole - dosage des hydro-carbures totaux): il s'agit dune  méthode de mesure faisant appel à une extraction des produits hydrocarbonés par le tétrachlorure de carbone (CCl4) en milieu acide, à une séparation des hydrocarbures des autres composés organiques par chromatographie sur une colonne garnie d'un adsorbant,  puis à une détermination spectrophotométrique dans le spectre infra-rouge à la longueur d'onde de 3420 nm (qui correspond à la vibration de valence la plus intense des liaisons C-H2 des hydrocarbures aliphatiques).

 

En première approche, cette norme peut être utilisée lorsqu'on désire connaître la teneur en hydrocarbures aliphatiques dissous.

 

-la norme NF-T-90-114 (dosage des hydrocarbures totaux - méthode par spectrophotométrie infra-rouge): cette méthode est identique à la norme précédente en ce qui concerne les modalités d'extraction. En revanche, la mesure est différente et consiste en une détermination des absorbances de la solution chromatographiée non pas pour une longueur d'onde donnée, mais dans tout le spectre compris entre 3290 et 3510 nm (se rapportant aux vibrations les plus intenses des liaisons C-H, C-H2 et C-H3 des hydrocarbures aromatiques et aliphatiques).

 

Mesurant tous les pics d'hydrocarbures dissous dans la gamme spectrale considérée, il s'agit donc d'une méthode spectro-photométrique de portée plus large que la précédente. Son seuil de détection est de l'ordre de 0,5 mg/l.

 

-la norme NF-T-90-115 (dosage de 6 hydrocarbures aromatiques polycycliques -méthode par chromatographie liquide haute pression): cette dernière méthode est relative à un essai visant plus particulièrement à doser les composés à pouvoir cancérigène et à laquelle une référence peut se justifier, par exemple, lorsqu'on s'intéresse à un milieu sollicité comme ressource au titre de la production d'eau potable (le décret n° 89-3 du 3 janvier 1989 fixe à 1 µg/l la teneur limite en HAP des eaux pouvant être traitées en vue de la production d'eau alimentaire). Les HAP sont extraits de l'échantillon à tester par action du cyclohexane, séparés des autres composés par chromatographie liquide haute pression, puis dosés par fluorimétrie.

 

 

9.9- Micro-polluants. - Le terme "micropolluants" désigne un ensemble de substances qui, en raison de leur toxicité, de leur persistance, de leur bio-accumulation, sont de nature à engendrer des nuisances même lorsqu'elles sont rejetées en très faibles quantités.

 

Les principaux micropolluants sont certains métaux et métalloïdes (mercure, cadmium, arsenic, plomb, chrome, sélénium, cuivre, thallium, ...), des composés phénoliques, des organohalogénés (lindane, DDT, PCB, ...), des organophosphorés (parathion, malathion,...), certaines huiles minérales et certains hydrocarbures (HAP,...), des composés organostanniques, ou encore certains dérivés nitrés.

 

 

Les substances dont l'élimination doit être prioritairement recherchée dans les rejets d'eaux résiduaires sont les 132 substances proposées à l'inscription sur la liste I annexée à la directive 76/464/CEE du 4 mai 1976 concernant la pollution causée par certaines substances dangereuses déversées dans le milieu aquatique de la communauté. Hormis les métaux, les métalloïdes et certains hydrocarbures, la presque totalité des micro-polluants sont des molécules de synthèse dont la diffusion vers le milieu naturel peut se faire, entre autres, à partir des effluents industriels. Les secteurs concernés sont très divers:

 

-industrie chimique;

-industrie des métaux;

-industrie papetière (synthèse d'organochlorés par blanchiment de la pâte au chlore);

-industrie du textile (colorants);

-industrie de la tannerie (chrome);

-industrie du bois (phénols, crésols);

-etc.

 

La détermination des micro-polluants peut s'effectuer par des méthodes normalisées:

 

-soit spécifiques au composé recherché et faisant appel à la spectrométrie d'absorption moléculaire (colorimétrie), la spectrométrie d'absorption atomique, la spectrométrie d'émission plasma à couplage inductif, la chromatographie ionique, etc.;

 

-soit globales ou semi-globales comme, par exemple, la mesure des composés organo-halogénés adsorbables sur charbon actif (AOX), qui donne des indications intéressantes dans la mesure où la majorité des substances toxiques figurant sur la liste I de la directive 76/464/CEE est constituée de produits chlorés.

 

Par ailleurs, la toxicité aiguë des micro-polluants présents dans les effluents peut être appréciée au travers de tests visant à caractériser leurs effets sur des organismes vivants particuliers du règne animal ou végétal. En ce qui concerne les essais en eau douce, il en est ainsi, par exemple, pour:

 

-le test "daphnies" (détermination de l'inhibition de la mobilité de Daphnia Magna);

-le test "microtox" (mesure des effets toxiques sur la bactérie marine bioluminescente  Photobacterium phosphoreum);

-le test sur l'algue Selenastrum capri-comutum;

-le test sur le poisson Brachydanio rerio (mesure des effets toxiques létaux et sublétaux embryolarvaires);

 

Intéressantes au plan de la toxicité comparée de divers effluents, de la surveillance en continu des eaux résiduaires d'une installation déterminée ou,  en ce qui concerne le test "daphnies",  au titre de la perception des redevances ou du versement des primes des Agences de l'eau, de telles déterminations sont néanmoins d'une interprétation délicate quand on s'intéresse à l'écotoxicité globale du rejet compte tenu de la spécificité des indicateurs biologiques utilisés. Aussi, toute volonté d'approche globale de la toxicité exige toujours la mise en oeuvre de tests multiples.

 

 

9.10- Germes pathogènes. - En fonction des activités exercées, notamment dans le cas d'installations classées exerçant des activités agricoles ou agro-alimentaires, les eaux résiduaires industrielles peuvent véhiculer des organismes (bactéries, virus, protozoaires, helminthes), dont certains sont susceptibles d'être pathogènes . 

 

L'identification précise des micro-organismes pathogènes dans l'eau étant une opération longue, il est d'usage de se limiter à une numération de germes spécifiques, dits "germes tests", qui comprennent les coliformes, dont le genre Escherichia coli, et les streptocoques fécaux.

III- Paramètres intéressants pour l'autosurveillance

 

L'autosurveillance est la procédure de vérification par l'industriel de la conformité des effluents aux valeurs-limites de rejet définies par l'inspection des installations classées en fonction des procédés de fabrication et d'épuration, ainsi que des caractéristiques et de la sensibilité du milieu récepteur.

 

Il s'agit d'un concept essentiel, complémentaire des contrôles inopinés de l'administration, qui permet à l'industriel de satisfaire en toutes circonstances aux  exigences réglementaires de rejet grâce à une surveillance en permanence de paramètres pertinents.

 

Les paramètres qui se prêtent à un suivi en permanence, par des techniques plus ou moins sophistiquées et éprouvées selon les cas, et sur le contrôle desquels sont basés les dispositifs d'autosurveillance et d'alerte de nombreuses unités d'épuration, sont les suivants:

 

-le débit;

-la température;

-le pH;

-le potentiel redox;

-l'oxygène dissous;

-la conductivité;

-la turbidité;

-le COT;

-des éléments chimiques spécifiques tels que les ions chlorures, fluorures, ammonium, nitreux, nitriques, cyanures, les métaux, les hydrocarbures, les phénols, etc;

-la toxicité aiguë par le test microtox, qui est à l'heure actuelle la seule méthode fiable qui puisse donner lieu à une automatisation et constituer un outil adapté à une surveillance en continu.

 

 

IV- Incidence sur l'environnement

 

L'incidence des rejets d'eaux usées industrielles sur l'environnement peut s'apprécier au regard des élévations de température, des modifications de pH, des modifications de turbidité et des consommations d'oxygène qu'ils peuvent induire dans le milieu, ainsi que des effets spécifiques inhérents à chaque polluant ou groupe de polluants.

 

 

1- Température. - La température est l'un des facteurs écologiques les plus importants parmi tous ceux qui agissent sur les organismes aquatiques. Elle joue un rôle primordial dans la distribution des espèces, aussi bien par ses niveaux extrêmes que par ses variations diurnes ou saisonnières.

 

La plupart des réactions chimiques vitales sont ralenties voire arrêtées par un abaissement important de température.  A contrario, des augmentations de température peuvent avoir pour effet de tuer certaines espèces, mais également de favoriser le développement d'autres espèces en entraînant ainsi un déséquilibre écologique. Pour chaque espèce, on définit un préférendum thermique, qui correspond à la zone de température où le poisson se tient le plus facilement quand il est libre de se déplacer dans un gradient de température. Par exemple, la température préférentielle est de 15 °C pour la truite arc-en-ciel et de 23-24°C pour le gardon.

 

 

2- pH. - Les eaux superficielles constituent un système physico-chimique complexe tamponné par les divers équilibres entre les espèces moléculaires ou ionisées présentes, dont les équilibres carboniques.

 

Des pH compris entre 5 et 9 constituent  les limites dans lesquelles un développement quasi-normal de la flore et de la faune aquatique semble être permis. Par ailleurs, il est souvent difficile d'établir des critères précis en ce qui concerne la vie et la reproduction des poissons (on retient parfois comme zone optimale celle délimitée par les pH extrêmes de 6,5 et 8,5).

 

En général, les effets du pH se font surtout sentir par l'influence qu'exerce ce paramètre sur les équilibres entre les autres composés du milieu (azote ammoniacal, sulfure de sodium, acide cyanhydrique, etc.) lorsqu'ils ont une toxicité variable selon qu'ils se trouvent ou non sous forme ionisée.

 

 

3- Turbidité. - L'importance des matières en suspension dans l'eau réduit la luminosité et abaisse la productivité du milieu récepteur du fait, en particulier, d'une chute de l'oxygène dissous consécutive à une réduction des phénomènes de photosynthèse.

 

Les effets mécaniques des matières en suspension sont également importants. Les matières en suspension sont de nature à engendrer des maladies chez le poisson et même l'asphyxie par colmatage des branchies. Par ailleurs, les matières décantables sédimentent dans les zones de frayes et réduisent les possibilités de développement des végétaux et des invertébrés de fond (agissant ainsi sur l'équilibre global de la chaîne alimentaire du système aquatique).

 

 

4- Consommation d'oxygène. - Le pouvoir d'inhibition de la vie piscicole par consommation de l'oxygène du milieu peut être valablement estimé au vu des valeurs de la demande biochimique en oxygène, de la demande chimique en oxygène et de la teneur en azote réduit des eaux résiduaires rejetées.

 

En particulier, on rappelera que la consommation d'oxygène consécutive à la minéralisation de l'azote ammoniacal par les bactéries nitrifiantes du milieu (non prise en compte ni dans l'expression de la demande biochimique en oxygène sur cinq jours, ni dans celle de la demande chimique en oxygène) est très importante puisque l'oxydation de 1 mg d'azote ammoniacal en nitrates s'accompagne d'une consommation de l'ordre de 4,5 mg d'oxygène.

 

Dans ces conditions, des rejets présentant une charge élevée en azote réduit peuvent engendrer des phases d'asphyxie du milieu lorsque la dilution est insuffisante. Enfin, par l'intermédiaire du phénomène d'eutrophisation, les rejets d'azote et de phosphore sont indirectement de nature à entraîner de fortes variations journalières du taux d'oxygène du milieu aquatique: en effet, ce taux peut significativement chuter la nuit, où une consommation élevée d'oxygène due à une biomasse surabondante se substitue à sa production photosynthétique diurne.

 

 

5- Effets spécifiques. - Compte tenu de l'ampleur du domaine, la liste des effets spécifiques rapportés ci-dessous est limitative et résulte d'un choix arbitraire en fonction des données les mieux connues et les plus fréquemment exposées dans la littérature.

 

 

5.1- Azote. - Les nitrates en eux-mêmes semblent peu toxiques vis-à-vis de la faune aquatique. L'azote des nitrates avec, dans une moindre mesure, celui des nitrites et de l'ammoniaque, est l'un des éléments nutritifs majeurs des végétaux, dans lesquels il est métabolisé pour fournir essentiellement des protéines, des acides nucléiques et les polymères des parois cellulaires. Les nitrates constituent un facteur d'eutrophisation mais, pratiquement, on estime qu'ils n'induisent pas de développement d'algues gênantes en dessous d'une teneur de 2 à 5 mg/l dans le milieu récepteur.

 

Les nitrites peuvent être présents dans l'eau sous forme non ionisée d'acide nitreux (HNO2) ou ionisée (NO2-). La première forme, qui apparaît dans certaines conditions de température et de pH, est la plus toxique pour les organismes vivants: l'azote nitreux intervient dans le phénomène de méthémoglobinémie et dans la production soupçonnée de nitrosamines. Dans le milieu naturel, sa toxicité se manifeste à faible dose, en particulier chez les salmonidés.

 

 

L'azote ammoniacal se trouve dans les eaux sous forme ionisée (NH4+), peu néfaste vis-à-vis de la faune aquatique, ou sous forme hydratée (NH3) qui, en revanche, peut entraîner de graves conséquences sur les milieux récepteurs du fait de sa toxicité. L'ammoniaque provoque, même à de faibles concentrations, des lésions branchiales qui limitent les échanges entre le sang et le milieu extérieur. Souvent, on admet comme teneur maximale en azote ammoniacal non dissocié la valeur de 0,025mg/l pour les salmonidés, voire 0,005 mg/l afin d'écarter tout risque d'effet toxique à long terme.

 

Le rapport NH4+/NH3 décroît lorsque le pH et la température augmentent. La valeur de ce rapport est donnée par la formule 1/(1+10(10-Ph-0,03T)) , T étant exprimé en °C. Dans la plupart des eaux superficielles, dont le pH est compris entre 6,5 et 8,5, la plus grande partie de l'azote ammoniacal se trouve sous forme ionisée, donc peu toxique. 

 

 

5.2- Phosphore. - Les orthophosphates présentent rarement une toxicité vis-à-vis du poisson et sont d'ailleurs utilisés en pisciculture pour augmenter la biomasse planctonique. Cependant, en trop grandes quantités, ils favorisent l'eutrophisation.

 

A ce titre, outre la réduction du taux d'oxygène du milieu aquatique la nuit, on rappellera que les principales nuisances liées à l'eutrophisation sont:

 

-une modification de l'équilibre carbonique et une élévation du pH le jour par accroissement de la photosynthèse, ce qui peut provoquer des phénomènes de toxicité aigüe de l'ammoniac;

 

-une gêne pour la production d'eau potable du fait de la prolifération de phytoplancton, qui perturbe la décantation et la filtration, et du fait de la sécrétion de substances toxiques par certaines algues, qui confèrent un goût désagréable à l'eau ;

 

-un risque de relargage de substances indésirables ou toxiques (hydrogène sulfuré, métaux lourds, ...) par le dépôt de matière organique dans le lit des cours d'eau et le fond des lacs;

 

-une toxicité pour le poisson dans les cas extrêmes, soit par colmatage direct des branchies, soit en raison des sécrétions des algues.

 

Pour les eaux douces, le phosphore est généralement considéré comme le facteur limitant sur lequel il est possible d'agir efficacement pour combattre l'eutrophisation, tandis que l'azote serait limitant pour l'eutrophisation des eaux marines.

 

 

5.3- Hydrocarbures. - La demande en oxygène des hydrocarbures est très importante et le problème posé par ce type de polluant est lié à sa grande stabilité. Les hydrocarbures se dissolvent peu et se présentent généralement sous forme d'émulsion ou de surnageant, contribuant ainsi à la modification des échanges gazeux avec l'atmosphère: ce phénomène prend une importance particulière dans les zones calmes, où le film peut s'étendre sur une grande surface et modifier notablement la tension superficielle de l'eau; parallèlement, ce film influe directement sur les réactions photosynthétiques, ce qui a pour conséquence de freiner une source importante de production d'oxygène au milieu.

 

Enfin, on retiendra que les effets de toxicité des hydrocarbures, outre leur origine intrinsèque, sont souvent en grande partie liés aux additifs qui y ont été incorporés au stade de leur fabrication industrielle (phénols, amines aromatiques, ...).

 

 

5.4- Cadmium. - Le cadmium, sous forme métal ou de composés minéraux, est principalement un sous-produit de la métallurgie du zinc (l'élaboration de chaque tonne de zinc produit en moyenne 3 kilogrammes de cadmium), ainsi qu'un résidu des activités de métallisation, de fabrication d'accumulateurs cadmium-nickel, d'alliages métalliques divers, de pigments, d'acide phosphorique et d'engrais phosphatés (phosphogypse).

 

 

Les divers composés minéraux du cadmium sont l'oxyde, le chlorure, le nitrate, le sulfate et le sulfure. Le sulfure de cadmium est l'un des sulfures le plus insoluble dans l'eau et l'oxyde cadmium est pratiquement insoluble. Le chlorure, le nitrate et le sulfate de cadmium sont très solubles dans l'eau et présentent des effets toxiques variables selon leur facilité d'assimilation par l'organisme.

 

Les DL50 par voie orale chez le rat sont comprises entre 53 et 260 mg Cd/kg pour l'oxyde, le chlorure, le sulfate et le nitrate. La toxicité du cadmium vis-à-vis du poisson est assez mal connue. Les effets observés au cours des tests dépendent fréquemment de l'animal testé, de son âge, de la composition de l'eau, et de la température. Les seuils correspondant aux effets toxiques observés varient entre 0,01 et 10 mg/l. Pour la Daphnie, on observe une limite de toxicité à 0,1 mg/l. Il faut également noter le pouvoir synergique important du cadmium vis-à-vis d'autres métaux (cuivre en particulier) et du cyanure.

 

Chez l'homme, le cadmium est surtout toxique par inhalation ou, plus rarement, par voie digestive (de l'ordre de 5% des quantités ingérées). En particulier, l'ingestion accidentelle de sels minéraux de cadmium est rapidement suivie de troubles digestifs intenses. En revanche, aucun effet significatif n'a été mis en évidence par voie cutanée. Le principal danger du cadmium réside dans son effet cumulatif. L'élimination très lente du produit explique l'évolution progressive des manifestations pathologiques, même après l'arrêt de l'exposition. Les principaux organes atteints sont les reins (lésions des tissus rénaux se traduisant par une protéinurie), les poumons et le tissus osseux (pathologie dénommée "maladie d'Itaï-Itaï"). Au plan de la cancérogenèse, le caractère significatif de l'association exposition au cadmium/cancer du tractus respiratoire a été confirmé par plusieurs études convergentes.

 

 

5.5- Mercure. - Le mercure, en raison de propriétés physiques et chimiques très particulières, est un métal qui est utilisé dans de nombreuses industries: industrie électrique (piles, contacteurs, composants divers, ...), industrie nucléaire, industrie chimique (électrodes au mercure de l'électrolyse des chlorures alcalins, synthèse de composés organo-mercuriels, ...), tanneries, etc. Il fait également l'objet d'utilisations pouvant être à l'origine d'émissions dispersées (amalgames dentaires,  thermomètres au mercure).

 

Les composés mercuriels sont rejetés dans l'environnement sous forme de mercure inorganique (HgO, Hg2+, Hg+) ou organique (phénylmercure, mercuribenzoate, méthyl-mercure, méthoxyéthylmercure, ...). Tous les composés mercuriels sont, dans une certaine mesure, toxiques. Parmi eux,  le méthylmercure (CH3-Hg+) est le plus dangereux du fait de sa stabilité et de la facilité avec laquelle il est assimilé par les organismes vivants: en particulier, il s'accumule dans la chair des poissons et des crustacés jusqu'à des concentrations de 2.000 à 10.000 fois celles du milieu environnant.

 

L'ion méthylmercure et d'autres composés organo-mercuriels sont responsables de l'inhibition de la croissance et de la photosynthèse du phytoplancton pour des concentrations de l'ordre de 0,1 µg/l. En ce qui concerne la faune piscicole, les concentrations létales (CL50) pour des effets mesurés sur des durées de plusieurs semaines ou plusieurs mois sont d'environ 0,1 mg/l pour la plupart des espèces.

 

Chez l'homme, le mercure diffuse très rapidement à travers la paroi alvéolaire des poumons sous sa forme élémentaire ou sous forme de méthylmercure, mais peut également pénétrer dans l'organisme par voie intestinale, notamment par consommation de produits contaminés (sels mercuriques, dérivés organiques), ou par voie cutanée (organo-mercuriels).  Les conséquences d'intoxications au mercure sont très variables selon qu'il s'agisse d'intoxications aiguës ou chroniques: de nombreux organes sont susceptibles d'être gravement affectés et les symptômes concernent le plus souvent le système nerveux, les yeux, et les reins.

 

 

5.6- Arsenic. - L'arsenic est un métalloïde utilisé en métallurgie (durcissement du cuivre, du plomb et de l'or sous forme d'alliages), dans la fabrication du verre et de la céramique, dans les tanneries et les mégisseries (épilage des peaux), dans la teinturerie et dans l'industrie chimique. Il est également un sous-produit de l'exploitation de certains minerais de métaux (pyrites de fer, minerais sulfureux de cuivre, argent, or, plomb, ...).

 

 

La toxicité des composés trivalents (trichlorure d'arsenic, arsénite de sodium, arsénite de cuivre) est supérieure à celles des composés pentavalents (pentoxyde de diarsenic, arséniate de calcium). Les DL50 par voie orale chez le rat de la plupart des composés de l'arsenic sont comprises entre 5 et 100 mg/kg. Les concentrations létales pour la plupart des poissons sont comprises entre 3 et 8 mg/l pour des durées d'expérience comprises entre 3 et 10 jours. Par ailleurs, on estime que des concentrations de 2 à 4 mg/l n'interfèrent pas sur le pouvoir auto-épurateur des rivières.

 

L'arsenic est connu pour être particulièrement toxique pour l'homme. Il est facilement absorbé par voie digestive (80% des cas), respiratoire et cutanée. L'ingestion d'une dose massive se traduit par de graves troubles digestifs et, dans les formes suraiguës, la mort survient rapidement sans que d'autres symptômes puissent apparaître. Dans les formes moins importantes, on note également une encéphalopathie parfois convulsive, des troubles cardiovasculaires, une hépathonéphrite et des anomalies de coagulation. En outre, l'arsenic a un effet cumulatif dans le corps humain et sa vitesse de disparition lente peut conduire à des conséquences graves sur la santé après absorption répétée de doses faibles. Les manifestations de l'intoxication arsenicale concernent surtout le foie et les reins dans le cas des composés trivalents, mais sont beaucoup plus polymorphes dans le cas de composés pentavalents (atteintes cutanées, atteinte des muqueuses, atteinte du système nerveux, chute de cheveux, atteinte sanguine, polynévrite, ...).

 

 

5.7- Plomb. - Le plomb se distingue par une série de propriétés originales qui déterminent des emplois spécifiques, à savoir, en particulier, une inertie chimique face aux acides, une forte densité, un faible point de fusion, et une ductilité élevée. Les principaux secteurs industriels concernés, outre l'industrie de l'extraction et du traitement des minerais, sont le génie chimique avec, notamment, la fabrication du plomb tétraéthyle (carburants au plomb), la cristallerie, la fabrication d'accumulateurs, de câbles, de tôles plombées, de stabilisants, d'explosifs, de colorant (minium, céruse, jaune de chrome, ...).

 

Le plomb ne reste généralement pas très longtemps en solution dans les eaux du milieu naturel car, à l'exception de certains sels très solubles comme les acétates et les chlorures, il est insoluble sous forme de carbonate et d'hydroxyde ou très peu soluble sous forme de sulfates. Les micro-organismes responsables des phénomènes de dégradation aérobie des matières organiques sont sensibles au plomb dès 0,1 mg/l. La toxicité vis-à-vis des poissons est variable selon la minéralisation des eaux (toxicité maximale dans les eaux peu calcaires) et l'espèce étudiée.

 

Comme le mercure, le plomb est susceptible de donner des composés toxiques par combinaison avec un radical organique (substances issues d'un phénomène de méthylation ou d'éthylation).

 

Chez l'homme, les deux grandes voies d'assimilation du plomb sont les voies digestive et pulmonaire. La manifestation du saturnisme est conditionnée par la longue rétention du plomb dans l'organisme, ce qui en fait un poison typiquement cumulatif. Le décret n° 89-3 du 3 janvier 1989 relatif aux eaux destinées à la consommation humaine fixe à 50 µg/l la teneur limite en plomb.

 

 

5.8- Cuivre. - Le cuivre est utilisé dans le domaine de la métallurgie, dans l'industrie électrique, le textile, les tanneries, l'industrie photographique, le traitement de surfaces, la fabrication des insecticides, etc.

 

La toxicité du cuivre varie en fonction des espèces et des caractéristiques physico-chimiques de l'eau; elle dépend en particulier de la température, de la concentration en oxygène dissous, de la dureté et de la quantité de dioxyde de carbone libre. En présence d'une eau dure, une grande partie du cuivre sera précipitée sous forme de composés insolubles et, en particulier, de carbonate (on estime que des concentrations comprises entre 0,1 et 1 mg/l en eau dure sont sans danger pour la plupart des poissons, tandis que ces mêmes concentrations ont pour conséquence des effets toxiques sur de nombreuses espèces en eau peu calcaire).

 

La présence de phosphates et de magnésium semble jouer un rôle dans la toxicité des sels de cuivre. Par ailleurs, des effets synergiques ont été notés en présence de chlore libre, de zinc, de cadmium ou de mercure.  Le cuivre n'a pas d'effet cumulatif chez l'homme et les  intoxications sont exceptionnelles.

 

 

5.9- Zinc. - Le zinc sous forme de métal est utilisé dans des domaines industriels aussi divers que la métallisation, la fabrication d'alliages (notamment les laitons), les déplacements de métaux précieux, l'imprimerie, la teinturerie, la chimie (synthèse organique), etc. Sous forme de sels, il intervient dans la fabrication de pigments en peinture, de caoutchouc, de piles, d'insecticides, dans l'industrie du traitement de surfaces et l'industrie pharmaceutique, ...

 

Les sels tels que les chlorures et les sulfates sont extrêmement solubles et il y a donc des risques importants de les retrouver partiellement dans le milieu naturel. En revanche, les carbonates, les oxydes et les sulfures sont insolubles et il est donc facile de les éliminer lors de l'épuration des eaux résiduaires.

 

Le zinc métal n'est pas toxique, mais les sels solubles le sont. Vis-à-vis des poissons et des autres organismes aquatiques, les sels solubles de zinc présentent une toxicité variable selon la dureté de l'eau. Ainsi, pour une espèce donnée, la concentration létale est de 0,3 mg/l dans une eau contenant 1 mg/l de calcium alors qu'elle est supérieure à 2 mg/l sur 96 heures pour la même espèce dans une eau contenant 50 mg/l de calcium. L'effet toxique n'est en général pas immédiat et un poisson soumis à une pollution accidentelle par le zinc peut ne mourir que quelques jours après. Pour les crustacés du genre Daphnia Magna, il y a un début d'intoxication lorsque la concentration dépasse 1,8 mg/l. En agissant sur les protozoaires et les bactéries, on a pu constater que des concentrations inférieures à 1 mg/l de zinc avaient un effet stimulant sur la nitrification, tandis que des concentrations de l'ordre de 10 mg/l avaient pour effet d'inhiber ce même processus.

 

 

5.10- Chrome. - Le chrome provient habituellement du rejet d'eaux usées industrielles. A l'état pur, il est assez peu employé dans l'industrie, mise à part la fabrication des aciers spéciaux. Ses dérivés sont en revanche très employés. Les composés du chrome que l'on peut rencontrer se présentent sous plusieurs formes:

 

-composés chromeux (Cr2+);

-composés chromiques (Cr3+);

-chromites (CrO33- ou CrO2-);

-chromates (CrO42-);

-dichromates (Cr2O72-).

 

Les composés chromeux s'oxydent spontanément pour donner la forme chromique correspondante et le chrome apparaît donc sous deux formes: Cr (III), chrome trivalent, dans les chromites, et Cr(VI), chrome hexavalent, dans les chromates et les dichromates. Les sels de chrome (III) et (VI) sont totalement solubles, sauf l'hydroxyde et le carbonate pour le chrome trivalent. En solution, les sels sont donc totalement dissociés et ce sont les composés ioniques que l'on trouve (Cr3+, CrO33-, CrO2-, CrO42-, Cr2O72-, ...).

 

Les sels de chrome (VI) sont utilisés dans le traitement des métaux (galvanoplastie et anodisation de l'aluminium), en tannerie, papeterie, peinture, teinturerie, en industrie de la céramique et des explosifs. Les sels de chrome (III) sont essentiellement employés en teinturerie, en industrie du verre et de la céramique, ainsi que dans le domaine de la photographie. Si les composés du chrome trivalent montrent une tendance particulière à s'oxyder en chrome hexavalent, la réduction est quant à elle plus délicate et exige l'utilisation de la chaleur ou l'emploi de substances réductrices spécifiques. Les problèmes liés à la nuisance et à la tolérance des sels de chrome sont assez complexes et font l'objet de controverses. Historiquement, le chrome sous sa forme hexavalente a été considéré comme très toxique et les législations ont généralement imposé des valeurs limites de rejet sévères. Le chrome (VI) est très mobile dans les organismes vivants, où il peut inhiber la chaîne des réactions de la respiration, ou encore jouer le rôle d'agent mutagène en modifiant la structure des bases d'ADN.

 

Comparativement à la forme hexavalente, il est admis que la forme trivalente est sans danger significatif pour l'alimentation en eau potable, la faune et la flore aquatique. A très faible concentration, le chrome trivalent semble même avoir une fonction biologique bien établie, intervenant en tant que constituant essentiel des systèmes métaboliques de nombreux organismes vivants.

 

Le décret n° 89-3 du 3 janvier 1989 relatif aux eaux destinées à la consommation humaine fixe à 50 µg/l la teneur limite en chrome total.

 

 

5.11- Cyanures. - Les cyanures sont analytiquement absents dans les eaux naturelles. Leur présence est liée aux rejets d'activités industrielles spécifiques (cokeries, hauts fourneaux, traitements de surfaces, pétrochimie, ...).

 

Les composés cyanurés sont classés en cyanures simples et complexes. La formule générale des cyanures simples est de la forme A(CN)x, formule dans laquelle A est un alcali (sodium, potassium, ammonium) ou un métal, et x la valence de l'élément A (donc le nombre de groupes CN). Dans les composés solubles, et tout particulièrement dans les cyanures alcalins simples, le groupe CN se présente sous la forme CN-. Les cyanures complexes ont des formules diverses, mais les cyanures alcalino-métalliques sont représentés par la formule AyM(CN)x, ou A représente un alcali et M un métal (fer ferreux ou ferrique, cadmium, ...). La réaction de dissociation de l'acide cyanhydrique HCN est la suivante:

 

        

 HCN  <-----> H+ + CN-          avec     Kd(25°C) = (H+)(CN-) / (HCN) = 7,2 x 10 -10

 

                                                                 

De la valeur de la constante de dissociation Kd, on déduit que pour des pH de 7 ou en dessous, plus de 99 % des cyanures sont sous forme d'acide cyanhydrique (ce taux tombe à 93 % à pH 8, 58 % à pH 9, et à moins de 12% au delà de pH 10). Bien que la toxicité soit généralement exprimée sous forme d'ions cyanures, il est reconnu que la forme la plus toxique est la forme non dissociée (HCN). En pratique donc, l'effet toxique est peu marqué au delà de pH 10, mais devient très important en deçà de pH 8 (c'est à dire dans le domaine habituel de pH des eaux superficielles). La toxicité devient également plus marquée lorsque la température croît ou lorsque la teneur en oxygène dissous du milieu diminue.

 

Chez les poissons, les cyanures inhibent l'enzyme permettant le transfert de l'oxygène du sang vers les tissus. La toxicité est variable selon la minéralisation et les espèces (une concentration de 0,2 mg/l en CN-, par exemple, constitue une CL 50 moyenne sur une durée comprise entre 10 minutes et 5 jours -suivant les auteurs- pour la truite arc-en-ciel).

 

 

5.12- Fluorures. - Comme la plupart des métalloïdes, le fluor n'est jamais rencontré sous sa forme moléculaire libre. Il apparaît comme constituant du spath-fluor, du fluorure de calcium, de la cryolite, des fluorures de sodium et d'aluminium, et de diverses roches sédimentaires. Les fluorures ne se trouvent généralement pas d'une façon naturelle en quantité dangereuse dans les eaux superficielles; néanmoins, on peut trouver, de manière exceptionnelle, certaines eaux naturelles présentant des teneurs en fluor atteignant jusqu'à 10 mg/l. Les sources industrielles de pollution par le fluor comprennent les activités de fabrication de fluor et de sels de fluor, de cryolite artificielle, d'aluminium (production primaire par procédé électrolytique), et les activités de traitement de surfaces.

 

La présence de fluorures en quantité notable dans l'eau est susceptible de provoquer des effets toxiques importants sur les organismes aquatiques. Les symptômes d'intoxication présentés par les poissons correspondent à un état apathique et anorexique avec sécrétion accrue de mucus. Par ailleurs, les fluorures induisent des modifications de la composition du sang des poissons; notamment, la teneur en protéines du sérum diminue lors d'une intoxication.

 

En outre, les fluorures se fixent au niveau des tissus osseux, qui constituent à ce titre d'excellents indicateurs de la contamination de la faune piscicole par ces toxiques. Les effets des fluorures sur les organismes aquatiques sont fonction de nombreux paramètres, et en particulier des concentrations en calcium, en magnésium et en chlorures du milieu. On admet en général que des concentrations en fluorures de l'ordre de 1,5 à 2 mg/l sont sans effet sur la faune et la flore aquatiques.

 

 

5.13- Phénols. - Le phénol intervient dans l'industrie des matières plastiques, l'industrie des fibres synthétiques, l'industrie pharmaceutique, le raffinage des pétroles, la fabrication de détergents, de pesticides, de colorants, d'additifs pour huiles, etc. A 20°C, le phénol pur est un solide qui se présente sous la forme d'une masse cristalline ou d'aiguilles incolores, hygroscopique et d'odeur particulière à la fois âcre et douceâtre (limite olfactive: 0,05 ppm). Le phénol est soluble dans l'eau à raison de 8,7 % en poids à 25°C et en totalité à 66°C. Chez l'homme, les intoxications aigües professionnelles sont rares et interviennent essentiellement par voie cutanée, la faible volatilité du produit limitant les risques d'inhalation de concentrations importantes. L'intoxication chronique se caractérise par des troubles digestifs, nerveux et cutanés, connus sous le nom de "marasme phéniqué".

 

Dans le cadre de la présente publication, il convient de noter que les rejets peuvent être exprimés soit selon la norme NF-T-90-204 (dosage des phénols des effluents de raffineries de pétrole), soit selon la norme NF-T-90-109 (détermination de l'indice-phénol). Dans ce dernier cas, des substances de toxicité variable sont susceptibles d'être dosées.

 

 

5.14- Organohalogénés. - Les organohalogénés sont des substances chimiques organiques qui contiennent une ou plusieurs liaisons carbone-chlore (ou brome, fluor, iode). Les organohalogénés sont fabriqués industriellement et commercialisés sous forme de produits aussi divers que des produits phytosanitaires (aldrine, dieldrine, lindane, ...), des plastiques (PVC, polychloroprène, ...), des solvants (perchloréthylène, trichloréthylène,...), des lubrifiants, des gaz réfrigérants ou propulseurs (hydrochloro-fluorocarbures, hydro-fluorocarbures), des produits pharma-ceutiques, des diélectriques dans les condensateurs, des additifs dans les peintures et les encres, etc. Des composés organochlorés sont également formés non pas à partir d'un processus volontaire de fabrication mais en tant que sous-produits. Les secteurs industriels susceptibles d'être concernés sont divers et les substances en cause parfois mal identifiées. On peut notamment citer les secteurs du recyclage de câbles électriques (lors du brûlage du revêtement isolant en PVC) ou de la pâte à papier (blanchiment au chlore).

 

Lorsque les organochlorés pénètrent dans l'environnement aquatique, leur comportement dépend de leurs propriétés physiques:

 

-certains sont particulièrement volatils et ont tendance à rejoindre l'atmosphère. Parmi ceux-ci, des substances telles que le tétrachlorure de carbone, le bromure de méthyle, le 1,1,1-trichloroéthane, les chlorofluorocarbures (CFC), les hydrochlorofluorocarbures (HCFC), les halons (composés bromés), constituent une menace pour la couche d'ozone stratosphérique. Les CFC (CFC12, CFC22, ...) ont également une contribution significative à l'effet de serre.

-des composés aromatiques tels que, par exemple, les polychlorobiphényles (PCB), le DDT, l'hexachlorobenzène (HCB), la dieldrine, sont moins volatils. Ils sont difficilement biodégradables et ont tendance à se fixer dans les sédiments ou à remonter les chaînes alimentaires (pour la plupart, les organochlorés se dissolvent plus facilement dans les graisses et les huiles que dans l'eau; ils ont donc tendance à s'accumuler dans les tissus adipeux des organismes vivants).

 

Les organochlorés constituent une famille vaste de composés ayant des propriétés environnementales diversifiées qui dépendent de critères multiples (tendance à l'évaporation, cinétique de dégradation, coefficient ODP, indice GWP, bioaccumulabilité, toxicité, ...) et dont l'appréciation exige de ce fait une approche substance par substance. A partir d'études diverses et concordantes, il est largement établi que certains d'entre eux constituent une menace pour les grands équilibres atmosphériques et/ou présentent une toxicité, une persistance et une bioaccumulabilité pour l'environnement aquatique et ses interfaces végétale, animale et humaine.

 

 

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