L’étude de la matière organique et son effet dans un milieu aquatique
Université Djillali Liabès de Sidi Bel Abbès
Faculté des sciences de la nature et de la vie département des sciences de l’agronomie
Domaine : Sciences de la Nature et de la Vie (S.N.V.)
Filière : Sciences Agronomiques
Spécialité : Eau et Environnement
Mémoire De fin d’études pour l’obtention du diplôme de Master
L’étude de la matière organique et son effet dans un milieu aquatique
Présenté par :
Mr. BOUZIDI Noureddine
Mr. BOUSSEHLA Akram
Mémoire soutenu le 23/06/2019, devant l’honorable jury composé de :
Président de jury: Mr. RAHMANI Abdelkader(MAA – UDL/SBA)
Examinateur: Mr. MHAMDIA Chafik(MCB – UDL/SBA)
Promoteur: Mr. AMAR Youcef(Pr – UDL/SBA)
Année universitaire :
2018 – 2019
Résumé
La matière organique dans les milieux aquatiques est le principal polluant des eaux. Elle provoque des effets néfastes sur la qualité physico-chimique des eaux et elle est aussi l’un des éléments responsables de la dégradation du milieu.
L’objectif de ce travail consiste à connaitre le devenir de la qualité des eaux en fonction de la présence de deux types de MO et de déterminer la qualité physico-chimique de l’eau dans nos essais.
Pour répondre à cette problématique, deux expérimentations ont été réalisées dans le but de suivre la cinétique de la transformation de la matière organique d’une part et de faire des observations à propos l’apparition des micro-algues dans le milieu en fonction du temps d’autre part.
Les résultats des analyses physico-chimiques et bactériologiques obtenus enregistrent des concentrations élevées d’azote ammoniacal (14.98 – 15.57 mg/l) et de phosphore (5.55 et 5.99 mg/l).
À partir de 25% d’eau usée dans un milieu aquatique, une apparition excessive des micro- algues « bacillariophycées et chlorophycées » dans le milieu surgit avec une augmentation de la charge bactérienne ce qui entraîne une diminution de l’oxygène dissous et est un signe de l’eutrophisation.
Mots clés : Matière organique – Qualité physico-chimiques et bactériologiques – Azote ammoniacal et phosphore – Eutrophisation.
Abstract
Organic matter in aquatic environments is the main pollutant of water. It causes adverse effects on the physicochemical quality of water and is also one of the elements responsible for the degradation of the environment.
The objective of this work is to know the fate of water quality according to the presence of two types of OM and to determine the physicochemical quality of the water in our tests.
To answer this problematic, two experiments were carried out in order to follow the kinetics of the transformation of the organic matter on the one hand and to make observations about the appearance of micro-algae in the medium as a function of the time on the other hand.
The results of the physico-chemical and bacteriological analyzes obtained record high concentrations of ammonia nitrogen (14.98 – 15.57 mg / l) and phosphorus (5.55 and 5.99 mg / l).
From a concentration of 25% of the waste water, an excessive appearance of «bacillariophycées and chlorophycées» micro-algae in the medium arises with an increase of the bacterial load which causes a decrease of the dissolved oxygen and is a sign eutrophication.
Key words: Organic matter – Physicochemical and bacteriological quality – Nitrogen ammoniacal and phosphorus – Eutrophication.
Table des matières :
Introduction générale 1
Partie 1 : Partie bibliographique
Chapitre 1 : La matière organique dans les milieux aquatiques
1.1- Généralité sur la matière organique dans un milieu aquatique 3
1.1.1- Origine de la matière organique 3
1.1.1.1- La matière organique allochtone 3
1.1.1.2- La matière organique autochtone 3
1.1.2- Formes physiques de la matière organique 4
1.1.2.1- Matière organique particulaire 4
1.1.2.2- Matière organique dissoute 4
1.2- Classification da la matière organique 6
1.2.1- Matière organique naturelle 6
1.2.1.1- Substances humiques 6
1.2.1.2- Substances non humiques 8
1.2.2- Matière organique anthropique 9
1.3- Caractérisation de la matière organique 10
1.4- Composition de la matière organique 11
1.4.1- Composition élémentaire 11
1.4.1.1- Carbone organique 12
1.4.1.2- L’azote organique 12
1.4.1.3- Le phosphore organique 12
1.4.2- Composition moléculaire 12
1.5- Dynamique de la MO dans milieu aquatique 13
1.5.1- Influence du paysage sur la dynamique de la matière organique 14
Chapitre 2 : Pollution organique et l’eutrophisation d’un milieu aquatique
2.1- Généralités 16
2.1.1- La pollution des eaux 16
2.1.2- Un milieu aquatique pollué 16
2.1.3- La pollution organique 17
2.2- Les types des polluants organiques 17
2.2.1- Les hydrocarbures 17
2.2.2- Les pesticides 19
2.2.3- Les détergents 20
2.2.4- Les matières organiques fermentescibles 20
2.3- L’origine de la pollution organique des eaux 20
2.3.1- La pollution domestique 20
2.3.2- Pollution industrielle 20
2.3.3- Pollution agricole 21
2.3.4- Phénomènes naturels 21
2.4- Propriétés des Polluants Organiques 22
2.4.1- La contamination 22
2.4.2- Bioaccumulation 22
2.4.3- Transport longue distance 22
2.5- Eutrophisation d’un milieu aquatique 24
2.5.1- Définition de l’eutrophisation 24
2.5.2- Les causes de l’eutrophisation 25
2.5.3- L’évaluation de l’eutrophisation d’un milieu aquatique 26
2.5.4- Les conséquences de l’eutrophisation 27
Chapitre 3 : Toxicité des eaux contaminées par la pollution organique
3.1- Généralité sur la toxicité 28
3.1.1- Notion et définition 28
3.2- La toxicité dans l’eau eutrophie 28
3.2.1- Toxicité nitrates – nitrites 28
3.2.1.1- Risque pour la santé 29
3.2.2- Toxicité de phosphore 31
3.3- Pollution chronique et pollution aigue 32
3.3.1- Les pollutions chroniques 32
3.3.2- Les pollutions aiguées 32
3.4- Les maladies liées à l’eau eutrophie 32
3.5- Les maladies d’origine hydrique 33
3.6- Transmission hydrique 33
3.7- Maladies diarrhéques hydriques 35
3.7.1- Maladies diarrhéques hydriques d’origine bactérienne 35
3.7.1.1- Le choléra 35
3.7.1.2- La salmonellose ou fièvre typhoide 35
3.7.2- Maladies diarrhéiques d’origine parasitaire 36
3.7.2.1- Les protozoaires 36
3.7.2.2- Les helminthes 36
3.7.3- Maladies diarrhéiques d’origine virale 37
3.8- Qualité d’un bon indicateur 38
Partie 2 : Partie expérimentale
Chapitre 4 : Matériel et méthode
4.1- Echantillonnage 39
4.1.1- Site de prélèvement 39
4.1.2- Prélèvement de l’eau usée 40
4.2.3- Choix du végétal 40
4.2- Manipulation 42
4.2.1- Expérimentation sous serre 42
4.2.2- Expérimentation en milieu naturel 43
4.3- méthode d’analyse 43
4.3.1- Les analyses physico-chimiques 43
4.3.2- Les analyses bactériologiques 44
4.3.3- Etude biologique 44
Chapitre 5 : Résultats et discussions
5.1- La température 45
5.2- La couleur 46
5.3- La turbidité 49
5.4- Le pH 50
5.5- L’oxygène dissous 52
5.6- Les substances nutritives 53
5.7- La flore totale 56
5.8- les coliformes 57
5.9- Les streptocoques fécaux 57
5.10- Identification des micro-algues 58
Discussion 61
Conclusion générale 62
Liste des abréviations
AF : Acide fulvique
AH : Acide humique
COD : Carbone organique dissous DCO : demande chimique de l’oxygène EU : Eau usée
HAP : Hydrocarbures Aromatique Polycycliques IHSS : International Humic Substance Society L : Lumière
MO : Matière organique
MOA : Matière organique anthropique MOD : Matière organique dissoute MON : Matière organique naturelle MOP : Matière organique particulaire NH4+ : Azote ammoniacal
NO2- : Nitrite
NO3- : Nitrate
NOD : Azote organique dissous NPP : Nombre le plus probable Ntot : Azote total
NTU : Nephelometric turbdity unit
O : Obscurité
OD : Oxygène Dissous
OMS : Organisation mondiale de la santé ONA : Office National d’Assainissement PCBs : Polychlorobiphényles
pH : Potentiel d’hydrogène
PM10 : Particules dont le diamètre est inférieur à 10 micromètre
PO : Polluants organique
PO4- : Phosphate
POD : phosphore organique dissous
Ptot : Phosphore totale
SH : Substance humique
SNH : Substance non humique
STEP : Station d’épuration
T : Température
UFC : Unité forment colonie
V : Végétal
Introduction générale
La matière organique dans les milieux aquatiques constitue un milieu très hétérogène comprenant des molécules à structures très complexes, de masses moléculaires élevées mais aussi des composés organiques simples généralement présents à l’état de traces (Lefebvre et Croue, 1995).
Cette matière organique provient de sources soit naturelle comme la matière décomposée d’origine animale, végétal et bactérienne ou elle a des autres sources (agricole, domestique ou industriel), elle joue un rôle très important comme une alimentation de plusieurs organismes aquatiques, mais aussi elle correspond comme la source principale de la pollution organique dans les milieux aquatiques.
Les matières organiques avec une forte présence dans les eaux ont longtemps été les principaux polluants grâce à plusieurs facteurs comme la température, la lumière et les cycles biogéochimiques. Ces facteurs favorisent la dégradation de la matière organique et l’augmentation de la concentration des certains éléments nutritifs comme le nitrate (NO -), le nitrite (NO -) et le phosphore avec un changement de la qualité chimique des eaux dans les écosystèmes aquatiques (Buffle et al, 1998).
Les apports de la matière organique abondant posent des problèmes et des effets qui affectent et dégradent les milieux aquatiques comme : l’altération des cycles hydrochimique du carbone, du phosphore et de l’azote (Namour, 1999), le changement de pH, la perturbation de la faune aquatique (zooplancton et poisson), le développement excessif des algues et des végétaux et aussi la perturbation de la flore aquatique dans le cas où il y a une fort pollution organique.
La matière organique posée donc un réel problème sur la qualité physico-chimique et bactériologique des eaux et dans plusieurs cas provoque l’eutrophisation des milieux aquatiques.
Mais la question qui se poser, quelle type de la matière organique : quelques soit l’origine de cette matière organique naturelle ou anthropique peut provoquer l’effet cité précédemment.
Et quelle dose les eaux chargées de polluants organiques peut changer la qualité d’un milieu aquatique et indiquer les signes de l’eutrophisation. Les effets de ce dernier touchent la santé humaine et animale dans le cas où ces eaux sont destinées à la consommation.
L’introduction massive de matières organiques et d’éléments nutritifs (azote, phosphore) dans les eaux de surface perturbe les équilibres naturels des écosystèmes aquatiques.
Ces apports externes, issus principalement de rejets directs d’effluents (domestiques, industriels et agricoles), de l’écoulement d’eaux de ruissellement contaminées après leur passage sur des surfaces agricoles et non agricoles, et des retombées atmosphériques, conduisent aux phénomènes de pollution des eaux continentales, ainsi que des eaux marines côtières et des zones humides (Pinay et al., 2014).
Les substances organiques présentes dans les milieux aquatique engendrent des problèmes qui sont globalement représentés par une détérioration de la qualité organoleptique, un développement bactérien dans les conduites du réseau de distribution et la formation de sous-produits toxiques au cours de la chloration (Doré, 1989).
Le travail de ce mémoire a comme objectif dans un premier temps, c’est d’évaluer le degré de la dégradation de la qualité de l’eau en fonction de deux types de la matière organique « MO naturelle et MO anthropique » tout en respectant les mêmes conditions : la température et la lumière.
Les mesures des paramètres physico-chimiques « la température, le pH, la turbidité, l’oxygène dissous, l’azote ammoniacal, Nitrate, Nitrite, Phosphates » et la présence des germes : la flore totale, les coliformes totaux et fécaux et les streptocoques fécaux affirment la contamination de l’eau.
Le second objectif consiste à connaitre d’une part, à quelle niveau le développement des algues atteint son maximum et d’autre part, à déterminer les différentes types d’algues présentes.
