Quelles sont les analyses physico-chimique ?
Les analyses physico-chimiques font appel à des techniques d'analyses très variées visant à connaitre les propriétés intrinsèques des molécules ou des atomes, ou encore leur aptitude à réagir avec des réactifs particuliers ou lorsqu'ils sont soumis à des stress définis.
Quel est le but d'une analyse physico-chimique dans l'environnement ?
L'analyse physico-chimique des eaux permet de contrôler les composés naturellement présents et de détecter d'éventuelles contaminations.
Elle est un enjeu majeur de la protection de l'environnement et du contrôle sanitaire.
De nombreuses mesures physiques peuvent être faites lors de l'analyse de l'eau.Quels sont les propriétés physico-chimiques ?
Les propriétés physico-chimiques incluent les propriétés physiques, les propriétés de solvatation liées aux interactions avec différents milieux et les propriétés ou attributs moléculaires qui définissent la réactivité chimique intrinsèque.
- L'AGRBC de 2015 a révisé les normes de qualité de base de 3 paramètres physico-chimiques : la demande biologique en oxygène, la demande chimique en oxygène (percentile 90) et l'oxygène dissous (minimum).
Risques chimiquespdf
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Enseignement et apprentissage
u,ressources,aménagements,environnementPrincipauxprocessusphysico-chimiquesetbiologiquesintervenantdansl'infiltrationdesproduitspolluantsetleurtransfertversleseauxsouterrainesMainphysico-chemicalandbiologicalprocessesinpollutantspercolationandtheirtransfertowardsgroundwaterparL.Chéryetc.MouvetServiceEau,BRGM,OrléansWaterisatransportationvectortowarrlsgroundwaterforvariousmineraiandorganiccompounds,whateveraretheiroriginornature:gas,dissolvedsolids.colloidsorparticles.Asthewaterpercolatesthroughthesoil,differentchemical,physicalandbiologicalprocessesmodifytheoriginalwaterqualitythroughreactionswithsoil,rocksandorganicmatter.Mechanismsoccurrenceandintensityvaryinthethreecompartmentsofanaquiferoussystem:soil.unsaturatedzone.andgroundwater.Alargerangeof.naturalandbiologicalprocessesoccursinthesoilzone,togetherwithdifferentordersofmagnitude.lntheunsaturatedzoneinstead,biologicalactivityoccursatalesserextentthaninthesoilzone,andthephysicalandchemicalprocessesarealsopredominant.Iittlereactiveprocessestakeplaceinthesaturatedzone,wheresolution,dilutionandhydrodynamicdispersionaremasteffectiveintheattenuationofcontaminants.Eachofthesethreelayersplaytheirownroleintheattenuation,thetilneoftransfer;thepropagationlevelandthefinalretentionofthedifferenttransportedproducts.ThispaperpresentsSOInemajorgeochemicalprocessessuchasadsorption-desorption,solution-precipitationreactions.oxidation-reductionphenomena,complexationaffectingcontaminanttransportlikeheavymetals,organicchemicals,bacteria.1.LESTRANSFERTSDEPOLLUTIONLorsquedescontaminantsserépandentdansl'environnement,lamesuredesimpactspotentielsnécessitedeconsidéreràlafoislazoneconcernéeetl'évolutiondecescomposésdanslemilieu.Lesnotionsdecomportement,decaractéristiquesphysico-chimiquesetdetoxicitépotentiellesontautantdeparamètresàprendreencomptepourdéterminerlesinvestigationsàréaliser,lestraitementsdel'eauàenvisageret,plusenamont,deprévoirleszonesvulnérablesàcertainstypesdepollutions.Lespollutionsdeseauxsouterrainespeuventêtred'originediffuse(engrais,produitsphytosanitaires,apportsatmosphériques),ponctuelle(stockages,décharges,industries)oulinéaire(routes,voiesferrées,coursd'eau),etavoiruncaractèrepermanentouaccidentel.Indépendammentdesmécanismesdetransfertmisenjeu,ilestprimordialdebienconnaîtrenotammentl'originespatialedecettepollution(sonpointd'entréedanslesystèmeaquifère)poursavoirsiellepourraatteindrelesnappes.Unepollutionàlasurfacedusoldevratraversertouteunesériedebarrièresnaturellesavantd'atteindrelanappe,alorsquedescontaminantsapportésplusenprofondeur(fuitederéseauxenterrés,miseencommunicationpardesforagesnonisolésdenappessuperposées)aurontunpotentieldecontaminationbienplusimportant.Dansl'hypothèsedepollutionsàlasurfacedusol,lavulnérabilitédelanappeseraconditionnéeessentiellementparlaprotectionnaturelleduréservoir(couvertureimperméable),letypedenappe(nappelibreoucaptive),l'épaisseuretlepouvoirfiltrantdelazonenonsaturée.Unefoislanappeatteinte,lestockd'eausouterrainetsontauxderenouvellementinterviennentpourconditionnerledegréetl'amortissementdelapollution.Demanièregénérale,lapropagationd'unepollutionversetdanslesnappesestliée:àlanaturedupolluant,-auxpropriétésphysiquesdumilieu,-auxinteractionspossiblesentrelepolluantetlemilieusolide(adsorption,dissolution)oud'autrescomposantsprésentsdansl'eau(complexation),LAHOUILLEBLANCHEIN°718-2000Article published by SHF and available at http://www.shf-lhb.org or http://dx.doi.org/10.1051/lhb/2000079___PRINCIPAUXPROCESSUSPHYSICO-CHIMIQUESETBIOLOGIQUESINTERVENANTDANSL'INFILTRATIONDESPRODUITSPOLLUANTSCritèredecomportementGrandeurcaractéristiqueduproduitàconsidérerCapacitéàsesolubiliserSolubilitédansl'eauenmg/l=massemaximaledeproduitquipeutsesolubiliserdansunlitred'eauàtempératureambiante.EcoulementverticaldufluideDensitéduliquideleau=rapportdesmassesvolumiquesViscositédynamique:expriméeenP(poise,kg.s/cm2)ouenSt(stokes,cm2/s)indiquelaforceexercéeparlefluideenoppositionàsondéplacement.Onpeutdéfinirlamobilitédufluidepolluéparrapportàcelledel'eauCapacitéàsevolatiliserTensiondevapeur(Pa)Pointd'ébullitionenoC,températured'ébullitionduproduitàpressionatmosphé-rique.ConstantedeHenry(Pa.m3/mol):ratiodesconcentrationsdanslaphasegazeuseetlaphaseliquideCapacitéàsedésintégrerT(années):périoderadioactiveoutempsde1/2viedel'isotopeCapacitéàs'adsorbersurunsolideKd(ml/g):coefficientdepartagesolide-liquideMigrationverticaledesvapeursDensitédevapeurparrapportàl'airquiinformeducomportementdesvapeursduproduitdanslazonenonsaturéeAffinitéavecl'eauCoefficientdepartagecarboneorganique-eau(Kocleplussouventexpriméenlog)quantifielarépartitionducomposéentrel'eauetlamatièreorganiquedusolideCoefficientdepartageoctanol-eau(Kowexpriméenlog),quantifielarépartitionducomposéentrel'eauetunsolvantorganiquespécifique,l'octanol.TableauJ. -Grandeurspermellantdecaractériserlescomportementsdessubstances polluantes(d'après(JJ).TYPEDEPOLLUTIONCATEGORIEDESUBSTANCESTYPIQUESCMAliéesauxnormesPOLLUANTSAEP(OMS)PollutionsminéralesElémentsmajeursCI,S04'N03,Na 10-100mg/lOligo-élémentsFe,Mn,AI,B,F,NH4,Se,Ba0,1-1mg/lElémentsentrace,Cd,Pb,Zn,As 1 -laIlg/1métauxlourdsPollutionsorganiquesHydrocarburesFioul,kérosène,huile10Ilg/lMoléculessimplesOrgano-halogénés,0,2Ilg/lsolvantschlorésMoléculescomplexesPhytosanitaires0,5-2,0Ilg!lPollutionsbiochimiquesProduitsetdéchetsMatièresfermentesciblesNormessurMES,DB05,alimentairesDCa,oxygènedissousPollutionsVirus,bactériespathogènes,Escherichiacoli absencemicrobiologiquesmicro-organismesPollutionradioactiveRadionucléides3H,Cs,activitéa,b,gquelquesBq/lTableau2 . -Principalescatégoriesdepolluantsaveclesconcentrationsmaximalesadmissiblescorrespondantes(normesOMS)pourl'alimentationeneaupotable.LAHOUILLEBLANCHFJN°718-2000au,ressources,aménagements,environnementProcessus(géo)chimiquesProcessusphysiquesréactionsacide-basediffusion/convectionadsorption/désorptiondispersioncomplexationévaporationoxydation-réductionfiltrationdissolution-précipitationvolatilisationdécroissanceradioactiveProcessusbiochimiquesProcessusbiophysiquessynthèsecellulairefiltrationdesgermespathogènesbiodégradationtransportdesgermesrespirationcellulaireTableau3.-Classificationdesdifférentsprocessusnaturelscontrôlalllletransfertdespolluantsversleseauxsouterraines(d'aprèsLangmuir,1972-modifié(3]).-auxmélangesavecdeseauxdenaturesdifférentes(dilution).L'extensionspatialed'unpanachedepollutiondépendbienévidemmentdel'écoulementnatureldel'eau,quientraîneleproduitparconvection,del'hétérogénéitédumilieuetdelavariabilitédesvitesses,quisetraduisentparladispersionlongitudinaleettransversaledupanacheaucoursdesaprogression.Cesprocessushydrodynamiques,valablespourtouteslescatégoriesdepolluants,neserontpasabordésdanscedocumentquinetraite,demanièretrèssynthétique,quedesprincipauxprocessusbiophysicochimiques.•1.
1) LanaturedupolluantDifférentescatégoriesdepolluantspeuventêtredistinguées:métauxlourds(produitsindustriels,catalyseursderéactions,impuretésdesfertilisants,résidusminiers ),substancesorganiques(hydrocarbures,produitsphytosanitaires,phénols,liquidesorganiquesnonmisciblesàl'eau-gasoil,benzène ),substancesinorganiquessolubles(fertilisants),gazsolubilisésdanslespluiesouaérosols,bactéries,virus Lapriseencomptedelanaturedespolluantsestprimordialepourappréhenderl'impactd'unrejetverslanappe,carletransfertdelapollutiondépendraducomportementdupolluantdanslemilieu,comportementliéàlanatureetauxpropriétésphysico-chimiquesduproduit,etauxinteractionsphysico-chimiquesetbiochimiques"polluant-milieu".Onpeutainsilisterlesprincipalescaractéristiquesphysico-chimiquesdessubstancessusceptiblesderégirleurcomportementdanslesmilieuxnaturels(Tableau1).Laconnaissancedecesgrandeursphysiquespermetnotammentd'apprécierl'affinitédupolluantpourlamatricesolide,affinitéquivaconditionnerlamigrationduproduit(piégeagedansdesniveauxrichesenmatièresorganiques,possibilitéderelargage)etsadisponibilitépourdesprocessuscommelabiodégradation.Unegrandeurcommelecoefficientdepartageoctanol/eau,quicaractériseuncertainpotentieldebio-accumulationdanslesorganismesvivants,constitueunindicateurdetoxicitépotentielledessubstancesorganiques[2].Parailleurs,lesconcentrationsmaximalesadmissiblespourl'alimentationeneaupotable(AEP,normesOMS)prennentégalementencomptecettedifférencedenaturedespolluants,entolérantdesconcentrationsquipeuventvarierd'unfacteur100enfonctionduproduitconsidéré(tableau2).•1.
2) LesphénomènesnaturelspouvantcontrôlerletransfertdepolluantsversleseauxsouterrainesPlusieursprocessusbio-physico-chimiquessontàl'originedesvariationsdesconcentrationsdesélémentschimiquesdansl'eausouterraine(tableau3).Ilsaurontévidemmentunrôlevariableselonlanaturedupolluantconsidéré.•1.3.Lemilieu:lesystèmeaquifèreDemanièresimplifiée,lesystèmeaquifèrepeutêtrereprésentépartroiscompartimentsencontinuitéhydraulique(lesol,lazonenon-saturée etlanapped'eausouterraine),quivontchacun,avecleurscaractéristiquespropres,jouerunrôledansl'atténuationetletransfertdelapollution.UnMilieuSol+interfacesZNSNappeMatricephysiqueTerre.végétaleousolBergedecoursd'eauRoche+/-humideRochenoyéeSensprincipaldeUUdéplacementdes==>==>solutésEchellespatiale0,1à 1m1àquelquesm100à100000mPhénomènesBiodégradationEffetfiltredesbergesRetard,dispersionDilution,dispersion,enjeuFixationvégétalebiodégradation,fixationdélai,biodégradation,Exportationminéraleetorganiqueadsorptionadsorption1.Schématisationdutransfertdecomposésdansles3compartimentsdusystèmeaquifère.LAHOUILLEBLANCHEIN°718-2000___PRINCIPAUXPROCESSUSPHYSICO-CHIMIQUESETBIOLOGIQUESINTERVENANTDANSL'INFILTRATIONDESPRODUITSPOLLUANTS2.Processuspouvantatténuerlapollutiondesaquifères(d'après[4],modifié[5]).L'épaisseurdestraitsverticauxassociésàchaquemécanismeestproportionnelleàl'importancedesphénomènes.schémaapplicableàdesnappesalluvialesousemi-libresprésenteces3compartimentsavecquelques-unesdeleurscaractéristiquesimportantesàprendreencompte(fig.1).Lepotentieldecontaminationdeseauxsouterrainesdépenddel'atténuationdusignalpolluantquivaseproduireentrelasourcedecontaminationetl'aquifère.L'occurrencedesprincipalesréactionsetprocessuslistésdansletableau3variedanslesdifférentscompartiments(fig.2):-lazonedusol,oùlesprocessusnaturelsontlaplusgrandevariétéetlaplusforteamplitude,estcelleoùl'atténuationdusignald'entréeestlaplusforte,-lazonenonsaturée,quivoitunediminutionprogressivedesprocessusbiologiquesetuneaugmentationrelativedel'importancedesprocessusphysico-chi-miquesethydrodynamiques,introduitsur-toutunretarddansl'arrivéedupolluantdanslanappe,-lazonesaturée,oùlesprocessusmajeurssontladilutionetladispersionhydrodynamique(desphénomènesphysicochimiquesvoirebiologiquesnesonttoutefoispasàexclure),etoùl'onassisteàuneatténuationdelacontamination.L'épaisseurdusol,satexture,sastructureetsacompositionphysico-chimique(e.g.hydroxydesdeFeetMnpourlafixationdesmétaux,matièreorganiquepourlafixationdespolluantsorganiques)jouentunrôledanslalimitationdestransfertsd'eauetdecontaminantsverslescompartimentssous-jacents.Lesolconstitueainsiuneprotectionnaturelleimportantepourl'atténuationduprocessusdepollution,voiresonimmobilisationplusoumoinsirréversible.Certainesévolutionstemporellesassezrapidesdesastructure(p.ex.fentesderetrait)peuventtoutefoisluienleverunebonnepartiedesonpotentield'atténuationdesfluxpolluants.Danslesconditionsoùlepotentielépurateurdusolestconservé,sapositiond'interfaceluipermetdecontrôlerassezlargementlesflux(p.ex.maintiend'unemicrofloreactivepourladénitrification);c'estnotammentlecasdel'effetfiltredesberges(cf§.2).LESPROCESSUSBIO-PHYSICOCHIMIQUESAFFECTANTLETRANSFERTDESPOLLUANTSVERSLESNAPPESCertainsprocessusconduisentàunedisparitionpartielleoucomplètedupolluantdanslesystèmeaquifère(volatilisation,dégradation),d'autresprovoquentuneffetretard(dissolution,adsorption,complexation),certainsenfinengendrentdesréactionsirréversibles(fixationirréversible,dégradationcomplète).Ilscontribuentcependantàdiminuerlesrisquespotentielspourlanappe.Lesparamètresessentielsàprendreencomptesontceuxrelatifsauxcaractéristiquesphysico-chimiquesduproduitconcerné(e.g.densité,viscosité,solubilité,propriétésvolatiles)etceuxrelatifsauxconditionsenvironnementales(e.g.température,teneureneau,naturedusol,perméabilité,saturationrésiduelledusolenproduitorganique)..2.
1) Lespolluantsminéraux2.1.1.LasolubilitéLasolubilitédansl'eau(etdoncindirectementlamobilité)desmétauxlourdsestcontrôléeparlesanionsdissouslesplusabondantsdansl'eausouterraine,hydroxydes,carbonates,sulfates,chloruresetsulfures.LasolubilitédenombreuxminérauxestparailleursdirectementliéeaupH(exempledeFe,Mn,Cu)etaupotentield'oxydo-réduction(Eh)dumilieu.ApHbasique,denombreuxmétauxprécipitentsousformedecarbonatesoud'hydroxydes,voiredesulfureslorsquelesconditionsdumilieusontréductrices;NiC03précipitéàpHbasique,sedissoutàpHacide,PbSprécipiteàpHbasique.Inversement,As2S3sedissoutàpHbasique.2.1.2.FormationdecomplexesC'estuneréactionchimiquequiseproduitsouvententremétauxlourdsetanionsdissous,etquiaboutitàlaformationdenouvellesespècesdissoutes,plusoumoinsstablesenfonctiondumétaletducomplexant.Laformationdecomplexesdépendnotammentdelaconcentrationenchacundesagentscomplexants,delaconcentrationdesautresmétauxetautrescationsdanslasolution,etdelatempératuredumilieu.Lesprincipauxagentscomplexantssontleschlorures,fluorures,sulfates,bicarbonatesetcomposésorganiques(exempledesacideshumiques).Laformationdecomplexesjoueunrôleimportantdansladéterminationdesconcentrationsdesionsréellementactifsdanslasolution;lecalculdelaspéciationaqueusepermetdeprévoirlesréactionspouvantaffecterlemétaletdoncsamobilité.L'ionmétalliquelibreestengénérall'espècelaplustoxique,mêmesidesformesorganiques(casdumercureetdusélénium)peuventavoirunetoxicitésupérieureàcelledel'ionlibre.2.1.3.Réactionsdedissolution/précipitation.Cesontlesréactionsquirégissentlarépartitiondesélémentsentreespècesdissoutesetsolides.Selonlacompositiondelasolution,unminéralpeutsedissoudreouprécipiter.Lesréactionsdedissolution-précipitationdépendentdelaconcentrationdel'élément,delaconcentrationdesautresionsdanslasolution(avecuneprépondérancedeshydroxydes,doncdupHpourlesmétauxlourds)etdanslaLAHOUILLEBLANCHFJN°718·2000au,ressources,aménagements,environnement3.Effetfiltredesberges.Schématisa-tiondesmécanismesmisenjeu(adaptéde[9]).-----O:.ygénationZoneréduiteRespirationMn(Fe)Corg.dissousEh°1dissousNOJL---été- --hiverphasesolide,etdelatempérature.Lephénomènedeco-précipitationjoueunrôlemajeurpourlesélémentstracesmétalliquesquipeuventainsiêtrepiégésdansdesprécipitésquiimpliquentàl'origined'autreséléments: c'estlecasparexempledeCu,Pb,ZnquipeuventprécipiteravecdeshydroxydesdeFeoudeMn.Ladissolutiondephasessolidesmétalliq