SOMMAIRE INTRODUCTION.......................................................................................................... 7 Partie bibliographique….…………………………………………………………………….4 Chapitre I : POLLUTIONS DE L’EAU................................................................................. 11 I . Génér al i t és................................................................................................................ 11 1. Définitions .................................................................................................. 12 2. Les indicateurs de la pollution ............................................................... 13 I I . Cl assi f i cat i on de l a pol l ut i on ............................................................................ 14 1. En fonction de la nature de la pollution .............................................. 14 2. En fonction de l’origine de la pollution ................................................ 14 3. En fonction des effets toxiques et de la nocivité sur le milieu naturel et la santé humaine ........................................................................................... 15 4. En fonction du type de pollution........................................................... 15 I I I . Pol l ut i on chi mi que de l ’ eau .............................................................................. 16 1. Les micropolluants chimiques organiques........................................... 16 1.1. Les agents de surface ..................................................................... 16 1.2. Les pesticides .................................................................................... 17 1.3. Les hydrocarbures ............................................................................ 17 2. Les micropolluants chimiques inorganiques : Les métaux lourds..... 18 2.1. Définitions........................................................................................... 18 2.2. Classifications des éléments traces métalliques ......................... 18 2.3. Sources des éléments traces métalliques .................................... 19 2.4. Propriétés physico-chimiques, origine et utilisations de quelques éléments traces métalliques ......................................................................... 21 Chapitre II : TOXICITE DES METAUX LOURDS ETUDIES ................................................. 24 I . Génér al i t és................................................................................................................ 24 I I . Le pl omb....................................................................................................................... 25 1. 2. Métabolisme............................................................................................. 25 Toxicité....................................................................................................... 26 2.1. Toxicité aiguë .................................................................................... 26 2.2. Toxicité chronique ............................................................................ 26 I I I . Le cui vr e................................................................................................................. 27 1. 2. Métabolisme............................................................................................. 27 Toxicité....................................................................................................... 28 2.1. Toxicité aiguë .................................................................................... 28 2.2. Toxicité chronique ............................................................................ 28 1 I V. 1. 2. V. Le zi nc ..................................................................................................................... 29 Métabolisme............................................................................................. 29 Toxicité....................................................................................................... 30 2.1. Toxicité aiguë .................................................................................... 30 2.2. Toxicité chronique ............................................................................ 31 Le f er ........................................................................................................................... 31 1. 2. Métabolisme............................................................................................. 31 Toxicité....................................................................................................... 32 2.1. Toxicité aiguë .................................................................................... 32 2.2. Toxicité chronique ............................................................................ 33 VI . Les nor mes ............................................................................................................... 34 Chapitre III : DETERMINATION DES METAUX LOURDS DANS L’EAU DE ROBINET........ 36 I . Mécani smes de cont ami nat i on ................................................................................. 36 1. Contamination par corrosions ............................................................... 37 2. Contamination par les matériaux de revêtements............................ 38 I I . Mét hodes de dét er mi nat i on des mét aux l our ds dans l ’ eau de r obi net ........... 40 1. 2. Echantillonnage....................................................................................... 40 Techniques de dosage des métaux ..................................................... 41 2.1. Les méthodes spectrales................................................................. 41 2.2. Les méthodes électrochimiques.................................................... 45 Partie pratique............................................................................................................. 51 I . Obj ect i f s.................................................................................................................... 52 I I . Zones de pr él èvement s ............................................................................................. 52 III. Mat ér i el s et mét hodes ......................................................................................... 54 1. Matériels .................................................................................................... 54 1.1. Appareils ................................................................................................... 54 1.2. Réactifs ...................................................................................................... 56 2. Méthodes .................................................................................................. 56 2.1 Prélèvements et conservation des échantillons ................................. 56 2.1.1 Techniques de prélèvements ......................................................... 56 2.1.2. Conservation des échantillons....................................................... 58 2.2. Détermination des paramètres physico-chimiques généraux : pH, conductivité et dureté....................................................................................... 59 2.2.1.pH et conductivité ............................................................................ 59 2.2.2. Dureté................................................................................................. 59 2.3. Analyse par spectrophotométrie d’absorption atomique en flamme ……………………………………………………………………………..59 2 2.4. I V. Analyse par spectrophotométrie d’absorption à four graphite ……………………………………………………………………………..61 2.5. Polarographie à redissolution anodique (DPSAV) ....................... 62 Résul t at s................................................................................................................ 67 1. Paramètres physico-chimiques généraux des prélèvements par station ................................................................................................................... 67 2. Dosage du plomb…………………………………………………………..63 3. Dosage du cuivre ................................................................................... 75 4. Dosage du fer.......................................................................................... 79 5. Dosage du zinc ....................................................................................... 82 6. Etude comparative après stagantion de même durée pour les trois stations .................................................................................................................. 86 7. Polarographie par redissolution anodique .................................. 87 V. Di scussi on.................................................................................................................. 91 1. Variation du pH, dureté, conductimétrie ............................................ 91 2. Dosage du Plomb.................................................................................... 92 3. Dosage du Cuivre.................................................................................... 93 4. Dosage du Fer........................................................................................ 94 5. Dosage du zinc ....................................................................................... 95 6. Etude comparative des teneurs en métaux après stagnation de même durée........................................................................................................ 96 7. Applications de la DPSAV ........................................................................... 98 Conclusion ..................................................................................................................... 99 Résumé........................................................................................................................ 102 Références bibliographiques.................................................................................... 106 Annexes ...................................................................................................................... 120 3 LISTE DES FIGURES Figure 1: Le réseau réacteur 56 ................................................................................................. 36 Figure 2: schéma du principe d’un SAA69 ............................................................................... 43 Figure 3: Schéma d’un ICP-MS-SEA 73 .................................................................................. 45 Figure 4: Schéma d’une cellule polarographique 78 ................................................................. 48 Figure 5 : situation des stations de prélèvements dans la région de Rabat .............................. 53 Figure 6 : photo des trois électrodes d’une technique polarographique................................... 55 Figure 7: Procédure de prélèvement......................................................................................... 58 Figure 8 : photo de l’électrode indicatrice à surface stationnaire conçue au laboratoire ....... 63 Figure 9 : Variation de la concentration en métaux, de la conductivité en fonction de la stagnation au niveau de la station 1.......................................................................................... 70 Figure 10 : courbe d’étalonnage du dosage du plomb par SAA –FG ...................................... 71 Figure 11: Distribution des teneurs en plomb en fonction de la stagnation ........................... 72 Figure 12 : Distribution des teneurs en plomb en fonction de la stagnation ............................ 73 Figure 13 : Distribution des teneurs en plomb en fonction de la stagnation ............................ 74 Figure 14 : courbe d’étalonnage dosage du cuivre par SAA –FG ........................................... 75 Figure 15: Distribution des teneurs en cuivre en fonction de la stagnation ............................. 76 Figure 16: Distribution des teneurs en cuivre en fonction de la stagnation ............................. 77 Figure 17 : Distribution des teneurs en cuivre en fonction de la stagnation ............................ 78 Figure 18 : courbe d’étalonnage du dosage du fer par SAA .................................................... 79 Figure 19 : Distribution des teneurs en fer en fonction de la durée de stagnation ................... 80 Figure 20 : Distribution des teneurs en fer en fonction de la durée de stagnation .................. 81 Figure 21: courbe d’étalonnage du dosage du zinc par SAA................................................... 82 Figure 22 : Distribution des teneurs en zinc en fonction de la durée de stagnation................. 83 Figure 23 : Distribution des teneurs en zinc en fonction de la durée de stagnation................. 84 Figure 24 : Distribution des teneurs en zinc en fonction de la durée de stagnation................. 85 Figure 25: Etude comparative après stagnation de même durée pour les trois stations........... 86 Figure 26: courbe d’étalonnage du dosage du zinc par DPSAV............................................. 87 4 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1: Classification des métaux traces 15 ......................................................................... 19 Tableau 2: Caractéristiques physicochimiques des métaux 19,20,21,22,23,24,25 ............................. 21 Tableau 3: Normes des éléments étudiés dans l’eau potable ................................................... 34 Tableau 4: Limites de détection de quelques éléments 74 ........................................................ 45 Tableau 5 : Caractéristiques des sites de prélèvement ............................................................. 53 Tableau 6 : Prélèvements par station........................................................................................ 57 Tableau 7: Gamme d’étalonnage du zinc................................................................................. 60 Tableau 8 : Programme thermique du dosage du plomb 105 ..................................................... 61 Tableau 9 : Valeurs optimales retenues pour les différents paramètres en DPSAV pour le dosage du zinc .......................................................................................................................... 64 Tableau 10 : Valeurs du pH, de la conductivité et de la dureté au niveau de la station 1....... 68 Tableau 11 : Variation du pH, de la conductivité et de la dureté au niveau de la station 2 ..... 68 Tableau 12 : Variation du pH, de la conductivité et de la dureté au niveau de la station 3 ..... 69 Tableau 13 : Distribution de la concentration totale en métaux et de la conductivité en fonction de la stagnation au niveau d’une station (station 1)................................................... 70 Tableau 14 : variation de la teneur en plomb en fonction de la durée de stagnation .............. 72 Tableau 15 : variation de la teneur en plomb du premier jet en fonction de la durée de stagnation ................................................................................................................................. 73 Tableau 16 : variation de la teneur en plomb en fonction de la durée de stagnation .............. 74 Tableau 17 : variation des teneurs en cuivre en fonction de la durée de stagnation ................ 76 Tableau 18 : variation des teneurs en cuivre en fonction de la durée de stagnation ................ 77 Tableau 19 : variation des teneurs en cuivre en fonction de la durée de stagnation ................ 78 Tableau 20 : variation de la teneur en fer en fonction de la durée de stagnation ..................... 80 Tableau 21 : variation de la teneur en fer en fonction de la durée de stagnation ..................... 81 Tableau 22: variation de la teneur en fer en fonction de la durée de stagnation ...................... 82 Tableau 23 : variation de la teneur en zinc en fonction de la durée de stagnation................... 83 Tableau 24: variation de la teneur en zinc en fonction de la durée de stagnation.................... 84 Tableau 25 : variation de la teneur en zinc en fonction de la durée de stagnation................... 85 Tableau 26 : Résultats du dosage du zinc par DPSAV comparées au SAA ........................... 90 5 LISTE DES ABREVIATIONS ADN : Acide Désoxyribonucléique ARN : Acide Ribonucléique CEE : Commission Economique Européenne DME : Dropping Mercury Electrod : Electrode à goutte de mercure DPSAV : Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry : Voltamétrie à Redissolution Anodique à tension Différentielle Surimposée EDTA : Acide Ethylène Diamine ETM : Eléments Traces Métalliques HDME : Hanging Mercury Drop Electrod : Electrode à Goutte de Mercure Pendante ICP-AES : Inductively Coupled Plasma – Absorption Emission Spectrometry : Plasma à Haute Fréquence couplée à la spectrométrie d’absorption atomique ICP-MS : Inductively Coupled Plasma – Masse Spectrometry : Plasma à Haute Fréquence couplée à la spectrométrie de masse < LD : inférieur à la limite de détection ML : complexe Métal- Ligand SAA : Spectrométrie d’Absorption Atomique SAA-F : Spectrométrie d’Absorption Atomique à Flamme SAA-FG : Spectrométrie d’Absorption Atomique à Four Graphite SDME : Static Drop Mercury Electrod : Electrode à Goutte de Mercure Statique OMS : Organisation Mondiale de la Santé PVC : Polychlorure de Vinyle R 2 : Coefficient de régression VMA : Valeur Maximale Admise 6 INTRODUCTION 7 L’eau contient des minéraux essentiels à l’organisme humain. Cependant, elle peut contenir des substances nocives et dangereuses pour l’homme. Des études épidémiologiques réalisées par différents auteurs ces dernières années, indiquent une corrélation entre certaines maladies (troubles cardiovasculaires, désordres rénaux, effets neurocognitifs, cancers …) et la présence des métaux traces (Cd, Al, Cr et Ni) dans l’eau de boisson.31 Par ailleurs, un excès ou un déficit en oligoéléments comme le cuivre, le zinc et le chrome peut avoir des effets néfastes sur l’organisme humain. Une des sources principales d’exposition de l’homme aux éléments traces métalliques est l’eau de robinet. Les métaux lourds dans l’eau potable, proviennent de l’eau brute, des sels de métaux ajoutés lors du traitement et de leur relargage par les matériaux des canalisations de distribution en eau, suite aux phénomènes de corrosion. Plusieurs études ont montré que des quantités considérables de Plomb, Cuivre, Fer, Zinc et Cadmium peuvent provenir de la corrosion des canalisations et des garnitures en laiton par solubilisation .64 ,85 Les métaux lourds étant souvent à l’état de traces dans l’eau potable, leurs analyses requièrent l’utilisation des techniques analytiques performantes. Au Maroc, la production d’eau potable se fait à partir des différentes sources d’eaux superficielles et/ou souterraines. Plusieurs études marocaines ont porté sur l’évaluation de la pollution métallique des eaux superficielles et leurs impacts sur le milieu marin ; par contre, peu d’auteurs se sont consacrés à l’étude de la contamination de l’eau potable par les métaux lourds. Ce travail est présenté en deux parties : La 1ère, partie bibliographique regroupe les rappels sur la pollution de l’eau par certains métaux, leurs aspects physicochimiques et toxicologiques, ainsi que les mécanismes de contamination et les méthodes de dosage de ces différents métaux. La 2e partie est consacrée à : l’évaluation de la qualité de l’eau potable dans la région de Rabat par la 8 détermination des concentrations en Pb,Cu,Fe et Zn et à la comparaison des données indiquées aux spécifications des normes marocaines, européennes et celles de l’OMS . L’influence de la durée de stagnation et de la nature des matériaux de revêtements des canalisations sur les teneurs de ces différents métaux dans l’eau potable. En plus nous avons procédé à la validation d’une technique polarographique à redissolution anodique pour l’analyse du zinc en utilisant une électrode conçue au laboratoire. 9 Partie Bibliographique 10 Chapitre I : POLLUTIONS DE L’EAU I . Génér al i t és L’eau, indispensable au maintien de la vie est l’un des corps chimiques les plus essentiels de notre planète. C’est un excellent solvant capable de dissoudre un grand nombre de composés solides ou gazeux. L’évolution spectaculaire que connaît l’environnement urbain et industriel pose de nos jours un véritable problème de pollution de l’eau. La pollution de l’environnement est devenue l’un des problèmes fondamentaux du monde, elle s’est aggravée ces dernières années avec : ⇒ le développement industriel (les industriels rejettent un bon nombre de substances qui polluent nos rivières et nos nappes) ; ⇒ la croissance démographique (les besoins en eau des populations augmentent avec l’augmentation du nombre de populations générant ainsi une production accrue des déchets domestiques) ; ⇒ la propagation des activités agricoles (utilisant les produits phytosanitaires). La pollution de l’eau suscite une inquiétude croissante dans le monde d’autant plus que la rareté de l’eau se fait de plus en plus sentir ; faisant de cette matière indispensable à la vie une denrée rare dont bon nombre de pays dans le monde en manquent cruellement. 11 1. Définitions Il est difficile de donner une définition précise du terme « pollution » tant il peut s’appliquer à différentes situations. La pollution à l'origine est une profanation, une souillure et par extension une dégradation de la Nature par l'Homme.1 C’est l’introduction ou la présence d’un altéragène dans un milieu et le résultat de son action. Cette pollution est essentiellement attribuée aux activités humaines, mais quand on analyse les différentes pollutions produites, on s’aperçoit qu’en dehors de l’homme qui est au centre de cette responsabilité, il y a des causes naturelles (volcans, orages, tremblements de terre, etc.).2 Plusieurs définitions ont été proposées pour le terme « pollution », parmi lesquelles : ⇒ Définition de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) : En 1961 l’OMS a donné la définition relative à la pollution des eaux douces « Un cours d’eau est considéré comme étant pollué si la composition ou l’état de ses eaux sont directement ou indirectement modifiés du fait de l’activité de l’homme dans une mesure telle que celles-ci se prêtent moins facilement à toutes les utilisations auxquelles elles pourraient servir à leur état naturel, ou certaines d’entre elles ». Cette définition inclut aussi bien les modifications des propriétés physiques, chimiques, biologiques que thermiques des eaux réceptrices et susceptibles de contribuer à leur dégradation, et par la même occasion à leur possibilité d’utilisation : alimentation des agglomérations urbaines, activités agricoles et industrielles, pêche, navigation, agrément de la population …3 ⇒ Selon la loi n° 10 – 95 sur l’eau (Maroc) : Une eau polluée est une eau qui a subi, du fait de l’activité humaine, directement ou indirectement ou sous l’action d’un effet biologique ou géologique, une 12 modification de son état ou de sa composition qui a pour conséquence de la rendre impropre à l’utilisation à laquelle elle est destinée (Bulletin Officiel n° 4325 du 24 Rabii II 1416/20 septembre 1995). Une eau usée est définie comme étant une eau qui a subi une modification de sa composition ou de son état du fait de son utilisation. De toutes ces définitions il en ressort que la pollution de l’eau est alors toute modification chimique, physique ou biologique de la qualité de l’eau qui a un effet nocif sur les êtres vivants qui la consomment. Elle est due essentiellement aux activités humaines ainsi qu’aux phénomènes naturels. 2. Les indicateurs de la pollution Plusieurs paramètres simples et aisément quantifiables sont classiquement pris en compte pour mesurer la pollution.4, 5 ⇒ Matières en suspension (MES) : C’est la quantité en mg/l de particules solides de nature minérale ou organique véhiculées par les eaux usées ; ⇒ Demande chimique en oxygène (DCO) : C’est la quantité d’oxygène en mg qui a été consommée par voie chimique pour oxyder l’ensemble des matières oxydables présentes dans un échantillon d’eau de 1 litre. On sépare généralement la DCO particulaire de la DCO soluble pour différencier les matières en suspension des matières organiques solubilisées. La DCO est particulièrement indiquée pour mesurer la pollution d’un effluent industriel ; ⇒ Demande biochimique en oxygène (DBO5) : Exprime la consommation d’oxygène sur 5 jours (mg O2) résultant de la métabolisation de la pollution organique biodégradable par les micro-organismes ; ⇒ Azote global : C’est la quantité totale d’azote (mgN/l) correspondant à l’azote organique et 13 ammoniacal et aux formes minérales oxydées ; ⇒ Phosphore total : C’est la quantité correspondant à la somme du phosphore contenu dans les phosphates, les poly phosphates et le phosphate inorganique. I I . Cl assi f i cat i on de l a pol l ut i on Plusieurs classifications ont été adoptées en fonction de différents critères : 1. En fonction de la nature de la pollution :2,5 ⇒ Pollutions diffuses C’est un ensemble de perturbations dues à l’homme affectant une partie ou la totalité de la biosphère. Ces perturbations peuvent entraîner un changement global. A l’encontre des pollutions ponctuelles qui n’ont en général qu’un effet limité, ces pollutions même peu intenses agissent sur l’ensemble de la surface d’alimentation et touchent une grande partie de la biosphère. On peut citer comme exemples de pollution diffuse l’infiltration des pesticides et des engrais dans des terres agricoles. ⇒ Pollutions localisées ou ponctuelles Ce sont des pollutions qui sont relativement localisées à un seul endroit. 2. En fonction de l’origine de la pollution :2,5 ⇒ Pollutions d’origine urbaine Due principalement aux rejets domestiques et est liée aux grandes concentrations urbaines. ⇒ Pollutions d’origine industrielle Liée au développement de l’industrie et aussi variée que les activités industrielles elles-mêmes. ⇒ Pollutions d’origine agricole 14 Due aux insecticides, pesticides, fongicides, engrais chimiques ou naturels utilisés pour la production agricole. 3. En fonction des effets toxiques et de la nocivité sur le milieu naturel et la santé humaine : ⇒ Pollutions toxiques D’une manière générale, elle est due aux rejets industriels renfermant des produits toxiques d’origine minérale (métaux lourds, cyanures, sulfures) ou organique (composés phénolés, hydrocarbures, pesticides) qui provoquent la mort de tous les êtres vivants en particulier les poissons à des concentrations très faibles (≤1mg/l) .6 ⇒ Pollutions particulaires Due à des matières en suspension qui provoquent des dépôts et des envasements et une augmentation de la turbidité de l’eau. ⇒ Pollutions organiques Principalement due aux eaux usées domestiques et industrielles renfermant des matières organiques non toxiques en elles-mêmes mais dont la dégradation par voie bactérienne consomme l’oxygène dissous dans les cours d’eau entraînant ainsi la mort des poissons par asphyxie.6 ⇒ Pollutions microbiologiques Provient des eaux urbaines renfermant des germes pathogènes et des virus dangereux pour l’homme et pour les animaux .7 ⇒ Pollutions radioactives Elle est occasionnée par une éventuelle radioactivité artificielle des rejets qui trouvent sa source dans l’utilisation de l’énergie nucléaire sous toutes ses formes.13 4. En fonction du type de pollution : ⇒ Pollutions physiques 15 Plusieurs types de pollution à caractère physique tel que la pollution mécanique, thermique, radioactive, etc. ⇒ Pollutions microbiologiques ⇒ Pollutions chimiques Dans le cadre de notre travail pratique, nous allons nous intéresser particulièrement à la pollution chimique. D’où l’intérêt de développer exhaustivement la description de la pollution chimique. I I I . Pol l ut i on chi mi que de l ’ eau Elle a pour origine le déversement des rejets industriels et domestiques apportant de grandes quantités de substances chimiques dont certains sont non biodégradables.2 Ces polluants sont de deux catégories : ⇒ Les micropolluants chimiques organiques : Hydrocarbures Pesticides Détergents ⇒ Les micropolluants chimiques inorganiques : Métaux lourds Autres 1. Les micropolluants chimiques organiques 1.1. Les agents de surface Ils regroupent les détergents, les tensioactifs et les surfactants qui sont utilisés pour diverses opérations de nettoyage (industriels et domestiques). Leur toxicité est liée à leur formule chimique et à leurs propriétés tensioactives. Ils facilitent par leur pouvoir 16 mouillant la dispersion et le transfert d’autres polluants comme les pesticides. Les pollutions majeures de ces produits outre leur toxicité propre, sont la production d’un résidu non biodégradable qui provoque une modification de la tension superficielle de l’eau.8,9 1.2. Les pesticides Les produits phytosanitaires communément appelés pesticides sont des substances chimiques utilisées en agriculture pour la protection des cultures contre les insectes (insecticides), contre les mauvaises herbes (herbicides),contre les champignons nuisibles (fongicides).5 Ils sont apportés dans l'environnement par les grandes cultures, le maraîchage agricole, le traitement des forêts, le traitement sur plans d'eau, les traitements en zone urbaine (espaces verts, jardins, trottoirs, rues), certains rejets industriels de conditionnement ou de fabrication, et le traitement des routes et des voies de chemin de fer.10 Ce sont des molécules chimiquement actives avec une très grande stabilité qui fait qu’elles peuvent s’accumuler dans le milieu et atteindre des doses très dangereuses. Ils sont ensuite concentrés tout le long de la chaîne alimentaire comme les métaux lourds. Leur impact se situe à 2 niveaux : les effets létaux entraînant la mort ou des troubles physiologiques graves et les effets sublétaux entraînant des perturbations du métabolisme des organismes.2 1.3. Les hydrocarbures Les hydrocarbures sont un groupe de composés organiques volatils constitués par des dérivés hydrogénés du carbone. On distingue les hydrocarbures à chaînes aliphatiques et les hydrocarbures aromatisés polycycliques (HAP).11 L’intérêt porté aux HAP est lié à la toxicité de certaines molécules auxquelles l’homme est susceptible d’être exposé via l’air, l’eau et les aliments. Les HAP sont des molécules biologiquement actives qui une fois accumulées dans les tissus organiques, se prêtent à des réactions 17 de transformation sous l’action d’enzymes conduisant à la formation des métabolites qui peuvent avoir un effet toxique plus ou moins marqué en se liant à des molécules biologiques fondamentales telles que les protéines, l’ARN, l’ADN et en provoquant des dysfonctionnements cellulaires.12 2. Les micropolluants chimiques inorganiques : Les métaux lourds 2.1. Définitions Un métal est un élément chimique qui peut former des liaisons organo-métalliques, perdre des électrons pour former des cations (ions positifs) ou former des liaisons ioniques dans le cas des alcalins. Un métal est une matière issue le plus souvent d’un minerai ou d’un autre métal, doté d’un éclat particulier ,bon conducteur de chaleur et d’électricité ayant des caractéristiques de dureté et de malléabilité, se combinant aisément avec d’autres éléments pour former des alliages utilisables dans l’industrie.13 Les métaux lourds sont solides à température ordinaire, exception faite au mercure qui est liquide et ils peuvent se combiner avec l’oxygène pour former des oxydes basiques ou avec de l’hydrogène pour former des hydrures. Ce sont des éléments dont la concentration dans la croûte terrestre est inférieure à 0,1% .14 Le terme « métaux lourds » utilisé pour représenter les éléments dont la masse volumique est supérieure ou égale à 5 g/cm3 a été abandonné car il n’a ni fondement scientifique ni juridique ; il est remplacé aujourd’hui par « Eléments Traces Métalliques (ETM)».13,15 Dans les études environnementales, les ETM sont souvent qualifiés de toxiques ; néanmoins à de faibles concentrations certains d’entre eux sont des oligoéléments indispensables pour l’organisme vivant. 2.2. Classifications des éléments traces métalliques Les éléments traces métalliques peuvent être soit des métaux naturels (Pb, Zn, Cd), soit des métalloïdes (éléments combinant certaines caractéristiques du métal et 18 d’autres caractéristiques non métalliques (As, B, Se)) soit des non métaux (N, F, Cl,). Tableau 1: Classification des métaux traces 15 2.3. Sources des éléments traces métalliques La problématique même des métaux et des métaux lourds en particulier repose sur le fait qu’ils sont très utiles, voire indispensables à l’homme. En effet, de par leurs propriétés, ils entrent dans la composition d’une grande variété de produits, et se retrouvent à de nombreux niveaux: métallurgie, chimie, pharmacie, énergie, etc. Il semble donc assez difficile de s’en passer et de les substituer.16 Les métaux lourds sont présents dans tous les compartiments de l’environnement mais en général en de très faibles quantités. 19 2.3.1. Les sources naturelles Les métaux lourds, constituants naturels de la croûte terrestre sont présents dans les roches, et sont diffusés avec l'érosion. Les principales sources naturelles des ETM sont l'exploitation minière (Pb ,Zn ,Ar), l'érosion des métaux vers les sols, les eaux de surface et les sédiments, les prélèvements d'eau sur des nappes contaminées par une roche très chargée en métaux lourds et les éruptions volcaniques terrestres ou sousmarines.13,17,18 2.3.2. Les sources anthropiques Le second pool d’émission des métaux selon la situation géographique est essentiellement l’activité humaine. L'activité humaine n'a apporté aucun changement dans les volumes de métaux lourds. Elle a surtout changé la répartition des métaux, les formes chimiques (ou spéciations) et les concentrations par l'introduction de nouveaux modes de dispersion (fumées, égouts, voitures...).17,18 On distingue d’une part les sources ponctuelles : mines, fonderies, industries diverses… et d’autre part les sources diffuses eaux de pluie, rejets des réseaux d’assainissement urbain, ruissellements des forêts et des zones agricoles, l’agriculture et les déchets liquides et solides, etc.15 20 2.4. Propriétés physico-chimiques, origine et utilisations de quelques éléments traces métalliques 2.4.1. Caractéristiques physico-chimiques quelques métaux de Tableau 2: Caractéristiques physicochimiques des métaux 19, 20, 21, 22, 23, 24,25 Métaux Paramètres Cadmium19,20 Cuivre 21,22 Fer 23 Métal de couleur Métal blanc riche ductile et -argenté malléable Symbole chimique Cd Masse atomique 112,4g Massse volumique Point d’ébullition Point de fusion Cu 765°C 100Kpa Fe Pb Zn 55,85g 207,2g 65,38g 8,9 g/cm3 7,8 g/cm3 11,34 g/cm3 7,14 g/cm3 2580°C 1536°C 1755°C 907°C 1083°C 2750°C 325°C 419,6°C 63,55 g 8,65 g/cm3 à 320,9°C Plomb24 Zinc25 Métal brillant très Métal blanc mou très malléable bleuâtre brillant et ductile Solubilité HNO3 dilué+ Attaqué par des H2SO4 acides oxydants concentré Principaux dérivés CdCl2, Cd (NO3)2 CdSO4 Autres Résistance à la corrosion Cu(COOH)2, CuCl2, Cu(NO3)2, CuSO4 -- -- FeO, FeCl2, FeSO4 -- Dans l’eau à Acides minéraux l’exception de : Pb avec formation (NO3)2 et Pb (CH3d’hydrogène COO)2 PbO, PbCrO4, Pb (C17H35COO) 2 -- ZnO, ZnCl2 ZnSO4, -- 21 2.4.2. Origines et utilisations de quelques métaux • Le cadmium Le cadmium est un élément naturel présent dans certains minerais en particulier le zinc sous forme d’impuretés. C’est un sous produit de l’industrie du zinc et du plomb auxquels il est étroitement associé dans la nature. En raison de ses propriétés physicochimiques, le cadmium a été utilisé de façon répandue pour la fabrication de pigments (jaune et rouge de cadmium), de stabilisants, d’alliages et surtout pour la production de batteries rechargeables nickel-cadmium .19, 26 • Le plomb Le plomb est un métal lourd se trouvant naturellement dans l’environnement (érosion des roches plombifères) et qui a de nombreux usages industriels.27 Avec des propriétés mécaniques remarquables (malléabilité, ductilité...), le plomb a été utilisé pour l'élaboration de canalisations. On le retrouve dans les produits de consommation (fournitures d’artistes, pigments, fixation et ornements des vêtements, etc.), dans les accumulateurs et les batteries, les peintures, carburants pour moteur et comme antidétonant.21 • Le cuivre C’est un métal malléable et ductile d’une riche couleur. Il est présent dans la nature à l'état pur et dans des minerais de chalcopyrite (CuFeS2), de chalcosine (Cu2S) et de cuprite (Cu2O). Il est utilisé en métallurgie dans la fabrication des alliages comme le bronze (avec l'étain) ; laiton (avec le zinc) ; etc. Il entre dans la fabrication des tissus, des peintures marines comme les laques anticorrosives, des conducteurs et fils électriques, des appareils et tuyaux de plomberie, des pièces de monnaie et des 22 ustensiles de cuisine. Il est aussi connu pour ses propriétés fongicides, insecticides et autres.28 • Le zinc Le zinc un oligoélément essentiel pour la vie. Le zinc dans la nature émane de l’érosion de gisements primaires. Les principaux minéraux contenant du zinc sont les suivants: blende, wurtzite, smithsonite, calamine, willémite, zincite.32 Il est principalement utilisé comme revêtement de protection contre la rouille (galvanoplastie, métallisation, traitement par immersion).Il entre dans la composition de divers alliages (laiton, bronze). Il constitue un intermédiaire dans la fabrication d'autres composés de zinc et sert d'agent réducteur en chimie organique et de réactif en chimie analytique.29 • Le fer Le fer classé quatrième élément de la croûte terrestre y est largement répandu. Ses principaux minerais sont l’hématite, la magnétite, la limonite, la sidérite et les pyrites.30 Il s'emploie largement dans la métallurgie et ses utilisations secondaires dans la chimie sont très variées. Le fer est utilisé dans les matériaux de construction, les alliages et les tuyauteries des systèmes de distribution d’eau. L’oxyde de fer est utilisé en tant que pigment dans les peintures et les plastiques. Le fer est aussi intégré dans les aliments pour le traitement des anémies et en tant que anticoagulant dans les usines de traitements d’eau.24 En agriculture, il est commercialisé sous forme de sulfates de fer et est utilisé pour la destruction des mousses. En solution, il peut exister sous deux états d’oxydation Fe (II) et le Fe(III). 23 Chapitre II : TOXICITE DES METAUX LOURDS ETUDIES I . Génér al i t és L’excès ou le déficit de quelques métaux essentiels peut causer des effets néfastes sur la santé humaine ; par contre les métaux non essentiels pour l’organisme tels que le plomb ou le cadmium peuvent être toxiques pour la santé même à de très faibles concentrations. Les ETM peuvent être absorbés par l'homme par passage à travers la peau, par ingestion ou inhalation. Les organes cibles des métaux lourds sont très variés ; ils peuvent se fixer sur les globules rouges et s’accumuler dans le foie, les reins, les dents et les os. D'autre part, les métaux solubles dans les lipides comme le tétraéthyl de plomb ou le méthylmercure peuvent pénétrer le système nerveux central et traverser le placenta. La toxicité des ions métalliques résulte surtout des interactions complexes de ceux-ci avec plusieurs processus métaboliques.16, 31 ⇒ Toxicité aigue La capacité d'une substance à provoquer un dommage biologique grave ou mortel peu après une exposition unique ou l'absorption d'une dose. C'est également, tout effet toxique lié à une exposition unique de courte durée à une substance toxique à de concentrations fortes. ⇒ Toxicité chronique 24 La capacité d'une substance à provoquer des effets toxiques à long terme sur la santé chez les humains, les animaux, les poissons et d'autres organismes à de faibles concentrations. I I . Le pl omb 1. Métabolisme La principale voie d’absorption du plomb est la voie digestive. Des études utilisant des isotopes ont montré qu'environ 10% du plomb ingéré sont absorbés essentiellement dans l'intestin grêle.32 Chez l’adulte, en moyenne, 5 à 10 % de la dose ingérée est absorbée. Le passage systémique est beaucoup plus important chez le jeune enfant (40-50 %). L’absorption du plomb est augmentée par la vitamine D, les régimes carencés en fer, en calcium, en phosphates ou en zinc. A l'inverse, des régimes enrichis en ces minéraux diminuent son absorption ; la formation de phosphate de plomb insoluble pourrait expliquer ce phénomène.33 Dans l’organisme, le plomb se lie aux globules rouges pour être transporté de l’intestin vers les différents tissus.34 La distribution du plomb dans l’organisme n’est pas homogène. Elle se fait au niveau de 3 compartiments en fonction de leur cinétique. Ainsi on distingue le premier compartiment constitué par le sang avec une demi-vie de 35 jours, le plomb sanguin ne constitue que 1-2% du plomb total dans l’organisme. Le second compartiment constitué par les tissus mous a une demi-vie de 40 jours tandis que le troisième compartiment formé par l’os a une demi-vie de 25 ans.32,34,35 Un échange s’effectue avec les tissus, c’est pourquoi des concentrations importantes peuvent se trouver dans le sang même longtemps après une exposition. Le plomb passe dans le lait maternel et il est transmis au fœtus en passant par le placenta. 27 L’excrétion du plomb est principalement urinaire (> 75 %) et fécale (15-20 %). Le reste est éliminé dans les phanères, la sueur et les sécrétions bronchiques. La demi-vie 25 d’élimination est très augmentée en cas d’insuffisance rénale. Il existe aussi une excrétion lactée.35 2. Toxicité 2.1. Toxicité aiguë L’absorption massive de plomb, accidentelle ou volontaire peut entraîner isolement, ou, souvent en association, une symptomatologie digestive pouvant être associée à des douleurs abdominales et une diarrhée parfois sanglante, une néphropathie qui peut rapidement évoluer vers l'insuffisance rénale aigue oligo-anurique, une encéphalopathie saturnine. Les convulsions et le coma dominent le tableau clinique qui peut conduire au décès à 48 ou 72heures.37 2.2. Toxicité chronique L’exposition chronique ou répétée au plomb provoque des effets toxiques sur plusieurs organes. Les principaux effets sont neurologiques, néphrologiques et hématologiques. Les effets neurologiques observés chez l’adulte pour des doses de Pb >2000 µg/l sont des délires, des hallucinations, un déficit moteur et une amaurose, suivis de coma et des convulsions. Chez l’enfant pour des doses de 1000 µg/l on assiste à un tableau clinique d’une hypertension intracrânienne : apathie, céphalées, vomissements, diplopie, confusions et somnolence.38 Le plomb peut traverser le placenta et une imprégnation cérébrale prénatale est possible. L’immaturité de la barrière hemato-encéphalique semble être responsable de la grande pénétration du plomb dans le cerveau du fœtus engendrant une plombémie pouvant atteindre 100-400 mg/l donnant des troubles du développement psychomoteur et intellectuel chez l’enfant.38 Le plomb inhibe l’activité de plusieurs enzymes catalysant la synthèse de l’hème. II a par ailleurs un effet toxique direct sur les hématies dont il diminue la durée de vie. 26 Cette double action peut aboutir à une diminution du taux d’hémoglobine et de l’hématocrite. L’anémie résultant est typiquement normochrome et normocytaire. Chez I’enfant, elle est souvent hypochrome et microcytaire, en raison de la carence martiale habituellement associée au saturnisme.34 Les effets toxicologiques du plomb sur le rein sont de deux types : Une néphropathie subaiguë caractérisée par une tubulopathie proximale s’observant en cas de contamination massive. Elle se traduit par le syndrome de Toni-Debre-Fanconi (fuite des protéines à faible PM, une enzymurie, une glycosurie, une aminoacidurie, une hypercalciurie et une hyperphosphaturie) Une néphropathie tardive, qui s’observe après 10 à 30 ans d’exposition au plomb ; l’atteinte cette fois, tubulo-interstitielle et glomérulaire est définitive. 35 Par ailleurs, le plomb peut avoir des effets cytotoxiques sur la fonction sexuelle et reproductrice. Des études réalisées chez le rat ont montré une atrophie des testicules, des vésicules séminales, de la prostate et des épididymes ainsi qu’une modification histologique au niveau des tubes séminaux et une réduction de la fertilité avec une diminution du volume et de la densité du sperme.38 Plusieurs études épidémiologiques ont montré un risque élevé d’avortement, d’accouchement prématuré d’enfants de petits poids à la naissance chez des femmes dont la Pbs dépasse 250 µg/l, mais d’autres études ne confirment pas ce degré de risque. 35 Les effets du plomb sur le système cardiovasculaire sont classiquement une hypertension artérielle, une vasoconstriction et une hypo perfusion coronaire. 32 Les manifestations osseuses sont un défaut de remodelage métaphysaire, une hypoplasie de l’email. 39 I I I . Le cui vr e 1. Métabolisme 27 Le cuivre est un oligoélément indispensable aux organismes vivants car, impliqué dans de nombreuses voies métaboliques. Le besoin quotidien est de 2 mg pour un adulte. Il fait partie intégrante de beaucoup de métallo-enzymes comme la cytochrome oxydase, la superoxydase dismutase, l’uricase, etc.25 L'absorption du cuivre est possible par toutes les voies mais elle s'effectue de manière prépondérante par voie gastro-intestinale.28 En fonction de la composition de la nourriture 55-75% du cuivre ingéré est absorbé dans le tube digestif et l’estomac.22 Après absorption, le cuivre passe dans le sang par fixation à l'albumine puis au niveau du foie, il se lie à la métallothionéïne qui le transfère à la céruloplasmine. Par l’intermédiaire de la céruloplasmine qui peut en fixer jusqu’à 75%, le cuivre se distribue dans les tissus par voie plasmatique. Les plus fortes concentrations tissulaires en cuivre sont mesurées au niveau du foie, des muscles et de la moelle osseuse. 40 Les valeurs standards des teneurs en cuivre chez les Européens sont : 0,13 µg/ml dans le plasma, 2 mg/kg dans les reins, 3 mg/kg au niveau du cœur, 5 mg/Kg dans le foie et 6 mg/Kg dans le cerveau. Ces teneurs sont plus élevées chez les enfants à bas âge et chez la femme. 25 41 La principale voie d’élimination du cuivre est la bile. Seulement 1% de Cu au maximum sont éliminés par voie rénale ; 10% avec les selles. 25,28 2. Toxicité 2.1. Toxicité aiguë L’intoxication aiguë après inhalation de fumées ou de poussières de cuivre ou par ingestion par voie orale (contamination par des boissons ou ingestion accidentelles ou volontaires) se manifeste par des vomissements avec douleurs abdominales et des diarrhées. Une léthargie et une anémie peuvent être observées. Surviennent secondairement une cytolyse hépatique par accumulation du métal dans les cellules hépatiques et des troubles rénaux. 25,28 2.2. Toxicité chronique L’exposition à de faibles doses à long cours provient essentiellement de l’ingestion 28 d’eau contaminée. Elle se manifeste tout d’abord par une irritation des voies respiratoires et du tube digestif suivie d’une atteinte hépatique. La dégénérescence hépatique observée est due à une surcharge du cuivre au niveau du foie. Cette surcharge en cuivre peut avoir pour origine un dérèglement génétique de la synthèse de la céruloplasmine (dans la maladie de Wilson) entraînant une nécrose hepatocentolobulaire avec une augmentation de l’activité des transaminases et de la phosphatase alcaline. 25,28,41 Le cuivre exerce aussi une influence sur le métabolisme du fer entraînant par ce fait une anémie hémolytique hypochrome avec un allongement du temps de prothrombine. 41 Des études réalisées sur la cancérogénicité du cuivre montrent que ce dernier en raison de son activité redox favorise la formation des radicaux libres qui sont incriminés dans la carcinogenèse.42 Ces radicaux libres formés sont responsables de la peroxydation des acides gras situés dans les membranes provoquant ainsi des cassures au niveau des brins d’ADN et d’ARN ou des modifications dans la synthèse des bases. 22 V.. Le zi nc IV 1. Métabolisme Le zinc est un oligoélément essentiel pour la vie. Il intervient en tant que cofacteur enzymatique au niveau de la plupart des métabolismes en particulier au niveau de la synthèse protéique, ainsi que du métabolisme des acides gras insaturés et des prostaglandines, tout en étant stabilisateur de l’insuline, de la gustine et de la thymuline. Il agit sur la multiplication cellulaire, la migration et la réparation 29 tissulaire.43 Un déficit en Zn peut être responsable des troubles au niveau de l’organisme, de même un excès de zinc peut causer beaucoup de dommages.44 La pénétration du zinc dans l'organisme se fait principalement par voie orale (via la nourriture). Après ingestion, la plus grande partie de l’absorption du zinc se fait au niveau de l’intestin (10-90%). Elle est influencée par plusieurs facteurs à savoir les facteurs alimentaires et physiologiques. En effet, les protéines, les acides aminés et la grossesse augmente l’absorption du zinc au niveau de l’intestin ; par contre les phytates, l’alcool et l’âge peuvent la réduire.45 Le zinc absorbé est transporté de façon active au niveau du plasma par liaison à des ligands organiques puis est distribué principalement dans les muscles (60%), les os (30%), le foie (5%) et le pancréas (3%). Les quantités journalières recommandées en zinc sont de 10 mg chez les enfants (1-10 ans), 12 mg chez la femme et 15 mg chez l’homme. L'apport journalier moyen par l'eau de boisson est estimé à moins de 0,2 mg .46,47 L’excrétion du zinc se fait par plusieurs voies ; la voie principale d’excrétion est la voie fécale (75%).45 2. Toxicité Le zinc étant un oligoélément essentiel à l’organisme et participant à de nombreuses fonctions biologiques, il est très peu toxique, bien moins que d’autres métaux (fer, cadmium, plomb). Un déficit en zinc est responsable des troubles de croissance chez les jeunes enfants, une perte d’appétit, ainsi qu’une diminution de la sensation de goût. Une carence en zinc peut être aussi responsable des perturbations au niveau de la spermatogenèse et d’anomalies congénitales ou de grossesses prématurées chez la femme enceinte.29,38 2.1. Toxicité aiguë L’intoxication aigue ou chronique à ce métal est rare. L’intoxication par inhalation des fumées ou par ingestions de fortes doses de Zn et de composés de Zn se traduit par des 30 nausées, vomissements et des crampes d’estomac avec ou sans diarrhées.29 L’exposition à des fumées contenant des particules ultrafines d’oxyde de Zn peut causer « la fièvre des fondeurs »caractérisée par les symptômes suivants : gorge sèche et douloureuse, toux, dyspnée, fièvre, douleurs musculaires, céphalée et goût métallique dans la bouche. Des effets cardiaques et gastro-intestinaux peuvent être observés.47 2.2. Toxicité chronique Peu de choses sur la toxicité à long terme du zinc sont connues. Les manifestations de déficit en cuivre sont les symptômes majeurs observés. L’intoxication chronique par voie orale est responsable de crampes d’estomac, nausées et vomissements. Chez des personnes recevant une supplémentation en Zn, une anémie sidéroblastique avec neutropénie, réduction de l’hématocrite, de la ferritine et de l’activité de la superoxydase dismutase, et une diminution du taux des HDL peuvent survenir.29,47 Des troubles dermatologiques ont été observés chez des personnes utilisant des shampoings contenant des dérivés de zinc mais, le mécanisme du rôle étiologique joué par le zinc n’est pas élucidé. Le Zn joue un rôle dans le développement et le maintien de l’intégrité du système immunitaire. Cependant, des doses élevées de Zn peuvent altérer les réponses immunes et inflammatoires Les effets cancérigènes du Zn n’ont pas encore été démontrés chez l’homme. Aucune donnée n'est disponible concernant la toxicité du zinc inhalé sur la reproduction et le développement humain.47 V. Le f er 1. Métabolisme Le fer est un élément essentiel, nécessaire pour toutes les cellules humaines et il joue un rôle actif dans de nombreuses voies métaboliques.48 Environ 10 % du fer alimentaire est absorbé dans le duodénum et le jéjunum. Ce taux d’absorption peut 31 s’adapter, du moins en partie, aux besoins de l’organisme et augmenter lors de la croissance, la grossesse et l’allaitement. Une fois à l’intérieur de la circulation sanguine, le fer est transporté sous forme ferrique (Fe3+) lié à la transferrine, qui est la principale protéine de transport plasmatique du fer et est synthétisée par le foie. Le fer transporté par la transferrine provient bien sûr de l’absorption digestive, mais surtout des sites d’utilisation et de stockage, notamment des macrophages spléniques et du foie.30,49 L’organisme d’un être humain adulte contient environ 4g de fer, qui se répartissent essentiellement entre l’hémoglobine (2,5g), la ferritine (1g) et les protéines à fer héminique (cytochrome, myoglobine) ou non héminique (ribonucléotide réductase). Le fer est continuellement recyclé entre ces différents compartiments de l’organisme.48 Le fer existe dans l'organisme sous plusieurs formes : les formes métaboliquement actives essentielles au fonctionnement de la cellule « (65% du pool total du fer pour l’hémoglobine, 10% pour la myoglobine, les cytochromes et les flavoprotéines) », la forme de transport « le fer circule lié à une protéine, la transferrine », les formes de réserve « le fer est stocké sous deux formes (une fraction soluble, la ferritine facilement mobilisable ; une fraction insoluble l'hémosidérine) ». Les formes de stockage ont un rôle essentiel de protection des structures cellulaires contre l'effet oxydant du fer.50 Il n’existe aucun mécanisme actif d’excrétion du fer. Les pertes en fer proviennent principalement de la desquamation des cellules intestinales et des cellules de la peau ainsi que des menstruations chez la femme.30 2. Toxicité 2.1. Toxicité aiguë La majorité des intoxications aiguës par le fer résulte d’une ingestion de sels ferreux, soit accidentellement chez les enfants, soit, plus rarement, dans un but suicidaire chez l’adulte. La dose minimale à partir de laquelle ont été observés des symptômes est de 20 mg/kg de fer élément. Une toxicité systémique est notée à partir de 60 mg/kg. 32 Classiquement, l’intoxication par le fer est décrite comme évoluant en cinq phases (qui ne sont pas observées dans tous les cas). Phase 1 (1-3 heures) : phase d’atteinte digestive avec douleurs abdominales, vomissements, diarrhées, hématémèse. Les lésions digestives peuvent aller d’une gastrite, des ulcérations de l’estomac à des perforations de l’intestin. Une hyperleucocytose ainsi qu’une hyperglycémie peuvent être notées. Dans les cas très sévères peut apparaître, à ce stade déjà, un choc avec acidose métabolique. Phase 2 (6 - 12 h) : phase de stabilisation clinique, faussement rassurante. Phase 3 (12 - 48 h) : phase de toxicité systémique avec choc, acidose métabolique, coma, insuffisance rénale. Phase 4 (2 - 4 j) : phase de toxicité hépatique due aux effets des radicaux libres dans la zone periportale. Phase 5 (2 - 6 semaines) : phase de séquelles digestives à type de sténoses, principalement localisées à l’estomac. Outre ces effets on peut observer une toxicité cardiovasculaire. 30 2.2. Toxicité chronique L’exposition chronique au fer se rencontre principalement en milieu professionnel. Le stock en fer normal est de l'ordre de 13 mg/kg chez l'homme et de 5 mg/kg chez la femme. Son augmentation définit le syndrome de surcharge en fer ou hémochromatoses. À part les hémochromatoses d’origine héréditaire résultant d’un désordre génétique qui conduit à une augmentation de l’absorption du fer, les surcharges en fer d’origine professionnelle sont responsables de : Sidérose pure caractérisée par la visualisation d’un syndrome interstitiel réticulomicro-nodulaire diffus par radiographie. Sidérose mixte caractérisée par une toux surtout matinale, une expectoration muqueuse ou mucopurulente, une dyspnée d’effort et parfois des douleurs thoraciques. Sidérose oculaire provoquée par la pénétration et la persistance dans l’oeil, ou plus rarement dans la cavité orbitaire, d’un corps étranger ferrique. La sidérose oculaire 33 associe une dégénérescence cornéenne avec une hétérochromie de l’iris et une semimydriase, une cataracte avec opacification du cristallin de couleur brun rouille, une coloration du corps vitré liée à la présence de particules brunes, une dégénérescence rétinienne objectivable à l’électrorétinogramme et, en phase terminale, un glaucome éventuellement associé à un décollement de rétine.30 VI . Les nor mes Plusieurs textes ont été élaborés pour les différentes normes concernant la qualité des eaux destinées à la consommation humaine, ainsi on distingue : Les normes Européennes éditées par les communautés européennes régies par La Directive 98/83/CE (3 novembre 1998).51 Les normes françaises régies par le Décret n° 91-257 (7 mars 1991) et le Décret n° 2001-1220 du 20 décembre 2001 relatif aux eaux destinées à la consommation humaine, à l'exclusion des eaux minérales naturelles.52 Les directives de qualité pour l’eau de boisson de l’OMS (1999).53 Les normes marocaines NM 03.7.001(2006) relative à la qualité des eaux d’alimentation.54 Les teneurs en eau des différents éléments sont résumés dans le tableau ci dessous Tableau 3: Normes des éléments étudiés dans l’eau potable Eléments Normes Marocaines Normes OMS Normes Européennes Normes Françaises Cadmium 3 µg/l 3 µg/l 5 µg/l 5 µg/l Plomb 50 µg/l* 10 µg/l 10 µg/l 10 µg/l Cuivre 2 mg/l 2 mg/l 1 mg/l 2 mg/l Zinc 3 mg/l 3 mg/l 3 mg/l 3 mg/l Fer 300 µg/l 300 µg/l 200 µg/l 200 µg/l *La valeur maximale admise (VMA) de 50 µg/l sera appliquée jusqu'à 2010, à partir de cette date, la VMA de 25 µg/l est imposable jusqu’à 2015. Au-delà de 2015 c’est la valeur 34 maximale admise de 10µg/l qui sera respectée. 35 Chapitre III : DETERMINATION DES METAUX LOURDS DANS L’EAU DE ROBINET I . Mécani smes de cont ami nat i on L’eau du robinet peut avoir une qualité très éloignée de celle issue de l’usine de production. La dégradation de la qualité de l’eau dans les réseaux est influencée par plusieurs facteurs. (Figure 1) Figure 1: Le réseau réacteur 56 Il est assez difficile de prévoir l’évolution des métaux dans l’environnement, car ils peuvent subir un grand nombre de transformations (oxydation, réduction, complexation, etc.), et cette évolution dépend fortement du milieu. Dans un réseau, le pH, la minéralisation et la température sont importants pour le contrôle de la corrosion. En effet, dans un milieu acide, les métaux risquent de se solubiliser, alors que dans un 36 milieu alcalin, ils peuvent former des hydroxydes métalliques.16 Une des sources principales d’exposition de l’homme aux éléments traces métalliques est l’eau de robinet. Elle constitue 15-20% de l’exposition totale au plomb aux Etats-Unis et concerne surtout le premier jet d’eau prélevée après 6 heures de stagnation dans le système d’approvisionnement.56 L’augmentation de la teneur des métaux surtout dans les premiers jets est due à plusieurs paramètres qui sont : la nature des matériaux de revêtement des canalisations, solubilité du métal dans les systèmes de tuyauteries, l’âge des systèmes de tuyauteries, la durée de stagnation de l’eau et la température.40,57 1. Contamination par corrosions La corrosion est due à des réactions d’oxydoréductions se produisant entre les tuyaux des systèmes de distribution d’eau et les oxydants contenus dans l’eau (oxygène dissous et autres oxydants).58 Elle résulte de l’apparition sur la surface métallique de zones anodiques et de zones cathodiques dues aux interfaces métal/eau et métal/autres métaux, formant ainsi des couples électrochimiques. C’est une réaction électrochimique qui peut se définir comme la destruction d’un métal par le biais de réactions de transfert d’électrons. Ce type de corrosion se produit uniquement dans les conditions typiques d’une cellule électrochimique : présence 1) d’une anode et 2) d’une cathode; 3) connexion entre l’anode et la cathode permettant le transfert des électrons; et 4) présence d’une solution électrolytique qui conduira les ions entre l’anode et la cathode.66 La réaction principale de la corrosion est l’oxydation ou dissolution anodique du métal pour produire des ions métalliques et des électrons. Pour que cette réaction anodique se poursuive, il faut une seconde réaction utilisant les électrons produits. Les accepteurs d’électrons les plus communs dans l’eau potable sont l’oxygène dissous et les espèces chlorées en solution aqueuse. La corrosion est influencée par les caractéristiques de l’eau (l’équilibre calco-calcique et la dureté), la vitesse de la corrosion ainsi que la nature sous laquelle le métal est en 37 solution.59 Les corrosions sont souvent responsables de la présence des métaux dans les eaux. Elles fournissent un abri contre l'arrachage hydraulique pour les microorganismes, ralentissent l’écoulement ou le modifient localement, peuvent changer la coloration ou le goût de l’eau (coloration rougeâtre de la rouille et goût métallique du fer), augmenter le biofilm et faciliter l’adsorption et l’accumulation de substances indésirables tels que l’Arsenic et le Radium.59 ,60 Des études réalisées aux Etats-Unis et au Canada ont montré que la teneur en cuivre dans l’eau potable peut s’étendre de 0.005 à 30mg/l et que la source principale de contamination est la corrosion des tuyaux en cuivre.40 2. Contamination par les matériaux de revêtements La dégradation de l’eau dans les réseaux met en cause également les revêtements des matériaux des systèmes de distribution. Pour tout matériau métallique, la migration de micropolluants dans l'eau liée à la corrosion, existe aussi bien pour les canalisations en plomb, les canalisations en acier galvanisé (qui relarguent le zinc et le cadmium) et les canalisations en cuivre.57,61 2.1. Plomb L’eau potable peut être contaminée par le relargage du plomb présent dans les vieilles conduites maîtresses, les conduites de branchement, les soudures, les raccords en laiton et en bronze, ainsi que dans les cols-de-cygne. Gulson et al (1999) ont établi que l’eau du premier jet contient des concentrations élevées en métaux surtout en plomb et concerne la plupart des maisons où le système de tuyauteries a une ancienneté de moins de 3 ans.56 Ils ont pu prouver en utilisant du plomb radioactif que la majorité du plomb trouvé 38 dans l’eau provient du système de tuyauterie des résidences y compris des raccords et des brasures (soudures des canalisations et tuyauteries).57 2.2. Fer Les principales sources de fer dans les réseaux de distribution d’eau potable sont les matériaux en fonte, fonte ductile, fer et acier galvanisés. Le fer peut être libéré directement à partir des matériaux à base de fer, ou indirectement sous forme de sous produits de la corrosion du fer, ou tubercules, formés pendant le processus de corrosion.66 Ainsi, dans les anciens réseaux constitués majoritairement de fonte grise non revêtue intérieurement, des campagnes de nettoyage ont montré que les dépôts recueillis par décantation sont essentiellement constitués de 40 % en poids de fer.55 2.3. zinc La lixiviation des tuyaux galvanisés (fabriqués par trempage de tuyaux d’acier dans un bain de zinc en fusion) libère du zinc. Ils peuvent aussi libérer du cadmium et du plomb, présents sous forme d’impuretés.62 2.4. Cuivre Le cuivre dans l’eau potable provient du relargage de ce dernier par les tuyaux et les alliages des installations de plomberie. Les alliages utilisés dans les réseaux de distribution d’eau potable sont le laiton (pour les raccords) et le bronze (pour les vannes et robinets). Le laiton est essentiellement composé de cuivre et de zinc, auxquels s’ajoutent d’autres composants mineurs comme le plomb. Le bronze est un alliage de cuivre, d’étain et de zinc, avec ou sans plomb.66 D’autres mécanismes autres que la corrosion et la dissolution des matériaux du réseau comme l’utilisation des dérivés des métaux dans le traitement de l’eau peuvent être impliqués.57 Ainsi, l’utilisation du sulfate de cuivre (pour le contrôle de la prolifération des algues dans les réservoirs de stockage de l’eau), et les pratiques de traitement peuvent augmenter la teneur des métaux dans l’eau.63,64 39 I I . Mét hodes de dét er mi nat i on des mét aux l our ds dans l ’ eau de r obi net 1. Echantillonnage Une analyse chimique irréprochable ne peut avoir lieu que si le prélèvement des échantillons est techniquement impeccable. L’échantillonnage est une opération délicate à laquelle le plus grand soin doit être apporté ; il conditionne les résultats analytiques et l’interprétation qui en sera donnée. S’il est bien évident qu’un prélèvement correct est indispensable à l’obtention de résultats analytiques significatifs, il est tout aussi important de connaître le devenir de l’échantillon entre le prélèvement et l’arrivée au laboratoire. Il existe de nombreuses méthodes de prélèvements ⇒ Le prélèvement instantané ou aléatoire : Il n’est qu’un reflet de la composition de l’eau vis-à-vis des phénomènes de pollution. L’échantillon (habituellement un litre) est prélevé au robinet sans vidange préalable de l’eau.65,66 ⇒ Le prélèvement en continu Se fait grâce à des dispositifs automatiques. Le robinet intégrateur permet de prélever 5 % du volume d’eau utilisé par l’utilisateur pour son alimentation pendant une semaine. C’est la seule méthode qui permet d’avoir un échantillon représentatif de l’eau consommée mais elle nécessite une coopération de l’usager qui doit fermer le système lorsque l’eau soutirée n’est pas destinée à l’alimentation.59 ⇒ L’échantillonnage de type premier jet : Le prélèvement est effectué le matin, avant toute utilisation de l’eau et sans vidange préalable. Grâce à la stagnation nocturne et à un prélèvement sans purge préalable, on mesure la concentration maximale du plomb au robinet.59 40 ⇒ L’échantillonnage en eau courante ou deuxième jet : Le prélèvement est effectué après une vidange complète de la canalisation (en laissant couler un volume d’eau correspondant au moins au triple du volume contenu dans les tuyaux de la résidence).66 ⇒ Le prélèvement après stagnation contrôlée : Après avoir vidangé la canalisation pendant un long moment, on laisse l’eau reposer dans les tuyaux pour une période donnée (souvent 30 minutes). On prélève ensuite l’échantillon sans vidange préalable.66 La nature du matériau de flaconnage est importante car celui-ci ne doit pas entrer en relation avec l’eau à analyser. Les flacons en polyéthylène sont souvent recommandés pour tout échantillonnage. La conservation des échantillons destinés à l’analyse chimique, en particulier à l’analyse des métaux se fait à un pH acide par ajout de l’acide nitrique.67 2. Techniques de dosage des métaux On ne va développer dans ce paragraphe que les méthodes électrochimiques et les méthodes spectrales qui sont les plus utilisés. 2.1. Les méthodes spectrales Les concentrations totales en métaux peuvent être mesurées par différentes techniques spectrales. 2.1.1. La spectrophotométrie d’absorption atomique (SAA) La SAA se prête au dosage d’un grand nombre de métaux dans l’eau potable. Elle permet de déterminer la quantité totale de chaque métal en solution; elle est particulièrement adéquate pour de faibles concentrations. C’est une technique appropriée car rapide, simple et sensible.68 41 ⇒ Principe Le principe repose sur l’absorption par les éléments à l’état atomique d’un rayonnement issu d’une lampe à cathode creuse ou à décharge. Compte tenu de la nature discrète des niveaux d’énergie des atomes, la source lumineuse doit contenir l’élément à analyser ; ainsi son spectre d’émission correspond exactement au spectre d’absorption de l’élément à analyser. Le principe de l’absorption atomique repose sur la loi de Beer-Lambert: D = log Io/I = €.C.l Avec D: densité optique, Io: intensité de la radiation incidente, I: intensité de la radiation transmise, €: coefficient d’extinction molaire, C: concentration et l: longueur de la cellule d’absorption. La densité optique étant proportionnelle à l’élément à doser. 69 L’appareillage utilisé comporte les éléments suivants : ⇒ Un générateur de radiation, le plus souvent une lampe à cathode creuse fournissant le spectre d’émission de l’élément à doser ⇒ Un dispositif thermique (four ou flamme) apportant l’énergie nécessaire pour réduire les éléments à l’état d’atomes ⇒ Le monochromateur sert à sélectionner une bande étroite de longueur d’onde au centre de laquelle se trouve la raie de résonance ⇒ Un système de détection 42 Figure 2: schéma du principe d’un SAA69 On distingue la spectrométrie d’absorption atomique en flamme (F-AAS) et la spectrométrie d’absorption atomique par atomisation électrothermique (EAAAS). En F-AAS, l’échantillon à analyser est atomisé dans une flamme tandis qu’en EAAAS l’atomisation est réalisée dans un four graphite. La F-SAA est une méthode très sensible mais il est pratiquement impossible de déterminer plusieurs éléments de façon simultanée. Par contre la EA-AAS a une très haute sensibilité avec une limite de détection basse et utilise de faibles volumes d’échantillons.70 2.1.2. La spectrométrie d’émission atomique ⇒ Principe L’émission de flamme repose sur l’émission par des atomes initialement portés à un état excité d’un rayonnement caractéristique lors du retour à l’état fondamental. Le spectre d’émission de chaque atome étant caractéristique de ce dernier, l’émission de flamme est une méthode d’analyse qualitative et quantitative et peut être utilisé pour identifier des éléments. L’intensité émise est proportionnelle à la concentration en éléments à doser. I émise = kC 43 Où C est la concentration en espèce émettrice. La proportionnalité entre Ie et C n’est valable que pour les faibles concentrations.71 La spectrométrie d’émission atomique couplée à l’ICP (ICP-AES) est une méthode d'analyse par spectrométrie d'émission atomique dont la source est un plasma généré par couplage inductif. C’est une méthode fonctionnant sur le même principe que l’émission de flamme. Il s’agit d’obtenir un spectre caractéristique de l’élément suite à une atomisation qui a lieu dans un plasma d’argon et non dans une flamme. L’intensité des raies émises est proportionnelle à la quantité d’atomes en solution. Le plasma constitue une source d’ionisation efficace capable d’ioniser tous les éléments ayant une énergie de première ionisation inférieure à celle de l’argon.70 En spectrométrie de masse couplée à une torche à plasma (ICP-MS), le composé à analyser est introduit sous forme de gaz et une très faible quantité de ce composé est ionisée dans un plasma d’argon selon deux modes principaux : soit par impact avec des électrons, soit par ionisation chimique. Les ions sont ensuite séparés en fonction du rapport masse /charge qui est caractéristique de chaque élément. Le principe de la mesure repose sur le fait que l’échantillon est amené jusqu’à la torche à plasma par une pompe péristaltique. Le plasma issu du couplage inductif d’électrons libres avec des oscillations rapides du champ magnétique à la fréquence de 27 Mhz est généré par l’argon. Au contact de l’argon, l’échantillon est nébulisé puis transporté jusqu’au centre du plasma où la température est proche de 8000 °K. Il est alors atomisé puis ionisé dans sa totalité sous forme de cations monovalents. Dans ces conditions, les éléments métalliques, les métalloïdes, les alcalins, les alcalino-terreux, les lanthanides et les actinides sont ionisés à plus de 90 %.72 44 Figure 3: Schéma d’un ICP-MS-SEA 73 Le tableau suivant présente les limites de détection des différentes techniques pour les différents éléments étudiés Tableau 4: Limites de détection de quelques éléments 74 Eléments SAA-F SAA-EA EF ICP-SEA Cadmium 1 0,0001 800 2 Cuivre 2 0,002 10 0 ,1 Fer 5 0 ,005 30 0,3 Plomb 10 0,002 100 2 Zinc 2 0,00005 0,0005 2 Toutes les valeurs sont en microgrammes par millilitres (µg/ml) 2.2. Les méthodes électrochimiques Les techniques électrochimiques sont des méthodes analytiques sensibles qui permettent de mesurer des concentrations de métaux comprises entre 10-8 et 10-11 molaires. Elles ne nécessitent généralement pas d’étape de préconcentration des échantillons.75 45 2.2.1. Méthodes potentiométriques Le principe des méthodes potentiométriques est la mesure du potentiel d'une électrode indicatrice sensible à un composé ou ion de la solution étudiée, par rapport à une électrode de référence. C’est la seule méthode analytique qui permet de mesurer la concentration en métal libre sans affecter l’équilibre de la solution. Son principal désavantage réside dans ses limites de détection assez éloignées des faibles concentrations rencontrées dans les eaux naturelles. L’applicabilité de cette méthode est restreinte par le manque de sélectivité de l’électrode.16 2.2.2. ⇒ Méthodes voltampérométriques Principe La voltampérométrie englobe le groupe des méthodes électroanalytiques dans lesquelles l’information concernant l’analyte est tirée de la mesure du courant en fonction de la tension appliquée dans des conditions qui favorisent la polarisation de l’électrode de travail dite aussi indicatrice. Généralement, ces électrodes sont des microélectrodes. Ce sont des méthodes électroniques fondées sur la mesure d’un courant fonction d’un potentiel appliqué à l’échantillon sous des conditions spécifiques favorisant la polarisation. Elles font partie des méthodes directes qui permettent d’accéder à de faibles concentrations de l’élément étudié.76 Appareillage L’appareillage permettant d’effectuer ces mesures est constitué d’une cellule comprenant trois électrodes plongées dans la solution à analyser à laquelle on ajoute un électrolyte inerte appelé électrolyte support. ⇒ Électrode de référence C’est une électrode qui possède un potentiel spécifique et constant. Ce qui permet d’imposer un potentiel précisément défini à l’électrode de travail. Comme électrodes 46 de référence on a Électrode au calomel saturée (ECSaturée): Hg/Hg2Cl2/KCl saturé ; ECsaturée = 241 mV Électrode au chlorure d’argent saturée : Ag/AgCl/KCl saturé ; EAg/AgCl/KClsaturée = 199mV ⇒ Électrode de travail Encore nommée électrode indicatrice, c’est à son contact que va se produire la réaction d’oxydation ou de réduction de l’analyte suite à la variation de potentiel. Plusieurs types d’électrodes existent: Électrode à goutte de mercure tombante DME (Dropping Mercury Electrode), caractérisée par un renouvellement des gouttes de mercure à un rythme contrôlé ; Électrode à goutte de mercure pendante HMDE (Hanging Mercury Drop Electrode), caractérisée par une goutte de mercure stationnaire suspendue à un capillaire de verre, sur laquelle est appliqué tout le balayage de tension, précédé généralement d’un enrichissement. ⇒ Électrode auxiliaire Assure le passage du courant dans la pile et sa mesure. Elle est usuellement en platine ou en carbone et possède une large surface par rapport à l’électrode de travail. 71,77 47 Figure 4: Schéma d’une cellule polarographique 78 La polarographie classique La technique de base est la polarographie classique basée sur le tracé des courbes intensité-potentiel par réduction des espèces métalliques sur l’électrode de travail qui est la goutte de mercure. Les pics obtenus étant proportionnels à la concentration des espèces métalliques labiles. La réaction électrochimique mise en jeu est la suivante : Mn+ + ne- + (Hg) -------------> M (Hg) Limites de la polarographie classique : Sensibilité : La polarographie classique est limitée vers les faibles 48 concentrations de l'ordre de 10-5 à 10-6 M .77 La polarographie à redissolution anodique (DPSAV) C’est une méthode électrochimique de référence pour la spéciation des métaux La DPASV est une méthode indirecte non destructive basée sur la préconcentration à la goutte de mercure par dépôt électrochimique de l’espèce à doser. L’analyte est d’abord déposé sur une microélectrode, généralement en régime d’agitation. Après un laps de temps bien défini, l’électrolyse est arrêtée, l’agitation interrompue et l’analyte déposé est dosé. Les principaux processus chimiques impliqués au niveau de l’électrode de travail sont : Diffusion du métal (M) et du métal complexé (ML) vers l’électrode ; Dissociation de ML dans la couche de diffusion ; Transfert des électrons de M et ML à l’interface électrode/solution.76 La DPSAV se fait en trois étapes principales Étape d’électrodéposition et de pré concentration Par une pré-électrolyse sous agitation à potentiel fixe pendant un temps t, on assiste à une réduction électrochimique des ions métalliques en solution en métal qui se dissout dans le mercure pour donner des amalgames M-Hg. On réalise, ainsi, l’accumulation d’une fraction de l’élément initialement dilué dans la solution électrolytique et qui devient concentré, sous forme d’amalgame. L’électrolyse est conditionnée par non seulement le contrôle du potentiel mais également par l’aire de l’électrode, la durée de l’électrodéposition et la vitesse d’agitation. L’étape de préconcentration se traduit par la réaction suivante : M2+ + Hg + +2 e- --------- M-Hg La deuxième étape Est une période de repos, l’agitation est stoppée et la solution est laissée à l’équilibre de manière à ce que le métal se repartît de manière homogène dans la goutte. Le 49 transfert de masse passe peu à peu d’un régime de convection à un régime de diffusion pure. C’est la phase d’équilibre. L’étape de redissolution ou voltampérométrique Consiste à réoxyder les métaux réduits à la surface de l’électrode par une procédure voltampérométrique. Elle se fait par application d’un balayage du potentiel de l’électrode indicatrice vers les valeurs positives pour provoquer la réoxydation du métal amalgamé et faire apparaître un signal de courant correspondant à l’élément métallique préconcentré. Lorsque le potentiel de l’électrode de travail atteint une valeur telle que l’espèce présente dans la solution étudiée est oxydée, l’intensité croît brusquement. La représentation graphique du courant résultant (nA) en fonction du voltage appliqué (mV) donne une courbe intensité-potentiel (i = f (E)) en forme de pic dont la hauteur, par rapport à l’axe du courant, est directement proportionnelle à la concentration de l’espèce en solution. La hauteur maximale du pic correspond à un voltage (Potentiel de pic: Ep) qui est caractéristique du composé dans un milieu donné (Ep proche du E1/2 (potentiel de demi-vague). Cette technique permet donc une analyse à la fois qualitative et quantitative des éléments dosés et la précision est de l’ordre de 1à 2%. Des concentrations très faibles peuvent être déterminées en augmentant le temps de préélectrolyse. Les limites de détection sont de l’ordre de 10-9 à 10-10M, ce qui fait de cette méthode d’analyse de traces l’une des plus performantes .71, 79 50 Partie pratique 51 I . Obj ect i f s Les principaux objectifs de ce travail sont : ⇒ L’évaluation de la qualité de l’eau potable dans la région de Rabat et ses environs par la détermination des concentrations de Pb, Cu, Fe et Zn et la comparaison des données recueillies aux spécifications des normes marocaines, européennes et celles de l’OMS ; ⇒ L’étude de l’influence de la durée de stagnation de l’eau et de la nature des matériaux de revêtements des canalisations sur les teneurs de ces différents métaux dans l’eau potable ; ⇒ Validation d’une technique polarographique à redissolution anodique pour l’analyse du zinc. L’analyse du zinc par DPSAV a nécessité la conception d’une électrode de mercure à surface stationnaire. Le plomb et le cuivre ont été dosés par SAA- FG ; le fer par SAA-F et le zinc par SAA-F et par la DPSAV. I I . Zones de pr él èvement s Différents sites de prélèvement ont été choisis dans différents quartiers de la ville de Rabat et Témara. Le tableau 5 résume les différentes caractéristiques de chaque site ou station. La station 1 est située dans la commune d’Agdal, la station 2 dans la 52 commune de Ryad, la station 3 dans la ville de Témara (figure 5). Tableau 5 : Caractéristiques des sites de prélèvement Station S1 Situation géographique Faculté de médecine et de pharmacie Matériaux de revêtements Matériaux de revêtements des tuyauteries des robinetteries Cuivre, plomb Cuivre S2 Cité internationale Fer galvanisé Cuivre S3 Témara1 PVC, cuivre Cuivre Figure 5 : situation des stations de prélèvements dans la région de Rabat 53 I I I . Mat ér i el s et mét hodes 1. Matériels 1.1. Appareils Polarographe à redissolution anodique Polarographe AMEL model 466 Agitateur AMEL model 291 LF Electrode de référence ORION 90200 Electrode auxiliaire à platine ORION 9810 Cellule polarographique AMEL model 494/GC Enregistreur AMEL model 294 Dans notre étude faute d’avoir une électrode de mercure à goutte pendante nous avons conçu une électrode de mercure à surface stationnaire. 54 Figure 6 : photo des trois électrodes d’une technique polarographique pH-mètre pH-mètre AMEL model 233 Electrode à pH Thermo ORION model 9105 Conductimètre Conductivity Meter HD 8706 Spectrophotomètre d’Absorption Atomique à flamme Spectrophotométrie Absorption Atomic AA 320 CRT équipé d’une lampe à cathode creuse contenant l’élément à doser pour le zinc. Spectrophotometer Absorption Atomic VARIAN*AA 220 pour le dosage du fer Spectrophotomètre d’Absorption Atomique à four graphite Spectrophotometer Absorption Atomic VARIAN* GTA (graphite tube 55 atomizer) 96 Spectra AA-20 pour la détermination du plomb Spectrophotometer Absorption Atomic VARIAN* GTA (graphite tube atomizer) 120 AA-240Z (Zeeman Atomic Absorption Spectrophotometer) pour la détermination du cuivre 1.2. Réactifs Acide nitrique (HNO3) 65% pour analyse SOLVAPUR* Solution commerciale de Fer à1000mg/l MERCK* Solution commerciale de cuivre à 1000mg/l MERCK* Sulfate de zinc (ZnSO4) MERCK* Solution commerciale de plomb Pb à 1000mg/l MERCK* Solution de noir d’ériochrome T EDTA Solution tampon à pH 10 Eau distillée 2. Méthodes Les différentes analyses ont été faites au laboratoire de Chimie Analytique de la Faculté de Médecine et de Pharmacie de Rabat. Le dosage par SAA-FG a été effectué au laboratoire de toxicologie de l’Institut National d’Hygiène de Rabat. 2.1 Prélèvements et conservation des échantillons 2.1.1. Techniques de prélèvements Des échantillons d’eau ont été prélevés de la période allant de Février 2007 à Février 2008 au niveau des différents sites en faisant varier la durée de stagnation. Un total de 56 38 échantillons a été collecté (Tableau 6). Le prélèvement a été fait dans des flacons en polyéthylène téraphtalate (PET). Des échantillons de chaque point de prélèvement (1er jet et 2nd jet) ont été collectés selon la procédure ci-dessous (figure 7): Tableau 6 : Prélèvements par station Station 1 Station 2 Station 3 1er jet 10 5 4 2nd jet 10 5 4 Stagnation Après un temps t 57 Prélever 500ml Premier jet Vidanger 5 min Prélever 500ml Second jet To (stagnation) Figure 7: Procédure de prélèvement 2.1.2. Conservation des échantillons Les échantillons étaient stockés dans des flacons en PET préalablement rincés à de l’acide nitrique 1%. Après la mesure du pH et de la conductivité, les échantillons ont été conservés par ajout d’acide nitrique (HNO3) pour ramener le pH à une valeur inférieure à 2. 58 2.2. Détermination des paramètres physico-chimiques généraux : pH, conductivité et dure 2.2.1. pH et conductivité Le pH a été mesuré à l’aide d’un pH-mètre à électrode combinée (ORION model 9105) et la conductivité à 25°C par un conductimètre (HD 8706). La calibration du pH-mètre et du conductimètre a été faite respectivement à l’aide d’une solution tampon à pH 4 et d’une solution de KCl à 0,01M. 2.2.2. Dureté La dureté d’une eau est la concentration totale de cette eau en ions alcalino-terreux, essentiellement Ca2+et Mg2+. Cette concentration est généralement exprimée en mmol/l (méq/l). Le principe est basé sur la formation de complexes stables entre les ions Ca2+et Mg2+ et l’EDTA (H4Y) ou son sel dissodique (Na2H2Y). La fin du dosage est repérée par la présence du Noir d’ériochrome T (NET) de couleur rouge en présence des ions alcalinoterreux, et qui reprend sa teinte bleue lorsque les ions sont complexés par l’EDTA. La couleur du NET étant sensible au pH, le dosage se fait à pH 10. 2.3. Analyse par spectrophotométrie d’absorption atomique en flamme ⇒ Préparation de la gamme standard Des gammes standards de zinc et de fer ont été préparées à partir de différentes 59 solutions mères. Solution mère de zinc à 100mg/l Sulfate de zinc…………. 0, 439 g Acide chlorhydrique …… 2 ml Eau distillée QSP……… 1000 ml Solution commerciale de fer à 1000mg/l MERCK* A partir de ces solutions, des dilutions successives ont été préparées. Une gamme de quatre dilutions de 0,5 - 5mg/l de zinc a été préparée (Tableau 7). Tableau 7: Gamme d’étalonnage du zinc Blanc I II III IV Solution à 100 mg/l 0 0,5 1 2 5 Eau distillée QSP 100 100 100 100 100 Acide nitrique 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 Concentration de zinc (ppm) 0 0,5 1 2 5 ⇒ Procédure analytique Les échantillons sont nébulisés puis atomisés dans une flamme air-acétylène. L’absorbance mesurée est fonction de la population d’atomes présents. Les longueurs d’onde de travail sont : Zinc ………….. 213,8 nm 60 Fer……………. 248,3 nm Les absorbances (DO) correspondantes à chaque concentration de la gamme d’étalonnage nous ont permis de tracer les droites d’étalonnages utilisées pour la détermination des teneurs en fer et en zinc des échantillons. 2.4. Analyse par spectrophotométrie d’absorption à four graphite Une goutte de solution de 40 µl est déposée dans une cuvette contenue dans le four en graphite. L’échantillon est désolvaté/séché à environ 100 °C, pyrolysé/calciné de manière à éliminer la matrice, puis atomisé. L’absorbance est déterminée après excitation avec une lampe à cathode creuse de longueur d’onde spécifique de l’élément à doser. La SAA-FG a été utilisée pour la détermination des teneurs en cuivre et en plomb. Les longueurs d’onde de travail sont : Plomb……………283,3 nm Cuivre …………...324,7 nm L’analyse du plomb se fait en général suivant le programme thermique présenté au tableau 8. Tableau 8 : Programme thermique du dosage du plomb Etape d’évaporation 105 Etapes Température de travail Temps (s) (°C) Rampe (°C/s) Flux d’argon (L/min) Séchage 100 20 10 3 Séchage 120 60 10 3 61 Etape de Calcination calcination 800 20 40 2 Etape d’atomisation 1200 3 0 0 1700 10 500 3 Atomisation Nettoyage L’étape d’évaporation comme son nom l’indique permet l’évaporation de l’eau contenue dans la matrice. L’étape de calcination ou pyrolyse permet d’éliminer toute la matière organique. L’étape d’atomisation permet le passage à l’état d’atomes des molécules de l’analyte à doser. 2.5. Polarographie à redissolution anodique (DPSAV) Le choix des électrodes s’est arrêté sur une électrode de référence Ag/AgCl(s) (KCl, 3M), une contre-électrode en platine et une électrode indicatrice de mesure à surface statique. ⇒ Description de l’électrode de travail L’électrode est constituée par un tube en verre dont la partie inférieure terminale est recourbée en U, plongeant dans la solution de travail. La section du tube étant fixe, la surface de la goutte de mercure est statique et reproductible. Le renouvellement de la goutte après chaque analyse se fait par ajout de mercure à l’aide d’une seringue dans la partie supérieure du tube ; ceci permet le renouvellement de la surface de la goutte. 62 Figure 8 : photo de l’électrode indicatrice à surface stationnaire conçue au laboratoire ⇒ Préparation de la gamme standard Une gamme standard du zinc a été préparée à partir d’une solution mère de 100mg/l par dissolution de 0,439 g de sulfate de zinc dans 1000 ml d’eau distillée. A partir de la solution mère, ont été préparées des solutions filles standard à 1ppm – 5ppm – 10ppm – 20ppm de zinc. Le blanc a été préparé par 50ml d’eau distillée auquel a été ajouté 50µl de HN03 à 65%. ⇒ Procédure analytique Avant tout dosage la cellule polarogarphique est préalablement nettoyée ainsi que les trois électrodes par de l’acide nitrique à 1% et rincée par de l’eau distillée. Pour la 63 détermination du zinc, un mélange contenant 50ml de l’échantillon à doser +50µl de HNO3 est introduit dans la cellule polarogarphique. Ensuite, le mélange est purgé avec de l’azote. Cette procédure a été préalablement optimisée pour déterminer les conditions optimales de travail. ⇒ Optimisation du protocole de la DPSAV L’optimisation de la DPSAV a été effectuée conformément à la méthode mise au point par Mohammed El Makhfouk et al.80 Différentes durées de pré-électrolyse ont été essayées (180s, 300s, 600s) ; la durée de 600s a été adoptée. Une vitesse d’agitation de 600 trs/min a permis l’obtention d’un signal optimal. L’ensemble des valeurs optimales du dosage du zinc sont regroupées dans le tableau 9. Tableau 9 : Valeurs optimales retenues pour les différents paramètres en DPSAV pour le dosage du zinc 64 Paramètres Valeurs Potentiel de pré électrolyse (V) -1,3 Potentiel final (V) + 0,5 Temps de pré électrolyse(s) 600 Temps de dégazage(s) 180 Temps d’équilibrage(s) 30 Volume d’échantillon (ml) 50 Amplitude d’impulsion (µA) 50 Vitesse d’agitation (tr min-1) 600 Vitesse de balayage (mV/s) 50 Intensité 20 Potentiel de demi-vague (V) - 0,9 Les déterminations quantitatives sont basées sur une série de courbes d’étalonnage où les hauteurs de pic sont portées en fonction des concentrations croissantes en analyte. ⇒ Validation de la méthode polarographique Les critères de validation utilisés sont : La spécificité L’analyse s’effectue au potentiel E = - 900 mV (E0 zinc) spécifique du zinc. 65 La linéarité C’est la capacité de la méthode d’analyse à l’intérieur d’un intervalle de mesure, à fournir des résultats directement proportionnels à la concentration en substance à examiner dans l’échantillon. Elle est réalisée sur quatre échantillons de concentrations différentes en zinc. L’exactitude L’exactitude est l’étroitesse de l’accord entre la valeur trouvée et la valeur considérée comme valeur de référence. Elle a été réalisée sur les deux concentrations extrêmes de la gamme d’étalonnage. La répétabilité C’est une fidélité de la méthode obtenue dans des conditions opératoires identiques et dans un court intervalle de temps. Elle se rapporte à des essais de la même grandeur effectuée dans des conditions aussi stables que possible. Elle a été effectuée sur la solution de zinc à 5 ppm. La fidélité intermédiaire C’est une variabilité intra laboratoire dans laquelle on fait varier le temps en appliquant la même procédure de répétabilité sur trois jours. L’analyse statique appliquée aux données brutes, a été effectuée pour les différents critères énoncés pour la validation de la méthode polarographique. Les tests paramétriques : le test de Cochran et le test t de Student sont utilisés pour vérifier l’homogénéité des variances et la comparaison de l’ordonnée à l’origine de la courbe Le test de Fischer est utilisée pour confirmer la présence d’une pente significative et la validité de la régression. La répétabilité est estimée par le coefficient de variation (CV %). La fidélité 66 intermédiaire est étudiée par le test de Fischer, pour démontrer l’absence de différences entre les moyennes obtenues, et par la détermination du coefficient de variation (CV). L’exactitude est évaluée par la détermination de l’intervalle de confiance des pourcentages de recouvrement. I V. Résul t at s Les résultats des échantillons du second jet sont présentés sous forme de moyenne. Certains échantillons présentaient des aspects troubles dus à des précipités colloïdaux formés dans l’eau. 1. Paramètres physico-chimiques généraux des prélèvements par station Les paramètres physico chimiques généraux analysés regroupent le pH, la conductivité et la dureté. Les tableaux 10, 11, 12 présentent les résultats de ces paramètres par station. Station 1 67 Tableau 10 : Valeurs du pH, de la conductivité et de la dureté au niveau de la station 1 NJS* 0 1 2 3 8 15 30 35 40 90 1er jet 6,82 6 ,89 6,88 6,65 6,8 6,88 6,61 6,6 6,87 6,79 2ème jet 6,82 6,95 7,09 6,87 6,82 6,78 6,6 7,09 7,06 6,91 1er jet 352 345 353 355 391 357 378 599 645 477 2ème jet 352 363 361 367 361 367 428 680 670 474 1er jet 2 1,95 1,95 1,95 2,05 1,95 1,9 2,2 1,95 1,8 2ème jet 2 1,9 1,9 2,05 2,2 1,95 2,35 2,25 2,05 1,86 pH EC µS/cm Dureté méq/l * nombre de jours de stagnation Station 2 Tableau 11 : Variation du pH, de la conductivité et de la dureté au niveau de la station 2 NJS* pH EC µS/cm Dureté méq/l 0 8 15 24 80 1er jet 6,72 6 ,89 6,88 6,65 6,8 2ème jet 6,72 6,7 7,5 7,25 7,1 1er jet 373 542 580 585 716 2ème jet 373 535 598 575 685 1er jet 2 2,05 2 2 2,2 2ème jet 2 2,05 2,25 1,9 2,05 68 Station 3 Tableau 12 : Variation du pH, de la conductivité et de la dureté au niveau de la station 3 NJS 0 8 20 50 1er jet 6,75 6,85 7,13 6,94 2ème jet 6,75 6,8 7,01 6,98 1er jet 620 625 670 584 2ème jet 620 620 650 580 1er jet 2,05 2,0 2,25 1,75 2ème jet 2,05 1,9 2,2 1,85 pH EC µS/cm Dureté méq/l D’après les tableaux ci-dessus,les valeurs du pH varient de 6,6 à 7,09 ; 6,65 à 7,5 et 6,75 à 7,13 respectivement pour les station 1, station 2 et station 3. Quant à la conductivité et à la dureté, elles se situent dans le même intervalle variant repectivement de 345 à 680 µS/cm et de 1,8 à 2,35 méq/l pour la station 1 ; de 373 à 716 µS/cm et 1,9 à 2,2 méq/l pour la station 2 et de 580 à 670 µS/cm et 1,75 à 2,25 pour la station 3. 69 Tableau 13 : Distribution de la concentration totale en métaux et de la conductivité en fonction de la stagnation au niveau d’une station (station 1) 0 1 2 3 8 15 30 35 40 90 352 345 353 355 391 357 378 399 645 477 Concentration totale en métaux(mg/l) 2,01 2,38 3,30 3,53 3,64 3,19 3,5 4,54 5 ,56 conductivité( µs/cm) Conductivité(µs/cm) 700 7 600 6 500 5 400 4 300 3 200 2 100 1 0 0 0 1 2 3 concentration en métaux (mg/l) NJS conductivité concentration en métaux 8 15 30 35 40 90 NJS Figure 9 : Variation de la concentration en métaux, de la conductivité en fonction de la stagnation au niveau de la station 1 La figure 9 nous montre une augmentation de la concentration en métaux en fonction de l’augmentation de la conductivité 70 6 2. Dosage du plomb 2.1. Gamme d’étalonnage Courbe : DO = f(C) 0,4 DO 0,3 0,2 y = 0,0065x + 0,0085 R2 = 0,9983 0,1 0 0 10 20 30 40 50 60 Concentration (µg/l) Figure 10 : courbe d’étalonnage du dosage du plomb par SAA –FG La courbe DO en fonction de la concentration est linéaire sur toute la gamme de travail 2.2. Evolution de la teneur en Pb en fonction de la durée de stagnation Les tableaux 14,15 et 16 et les figures 11,12 et 13 illustrent l’évolution de la teneur du plomb dans chaque station en fonction de la durée de stagnation. Station 1 71 Tableau 14 : variation de la teneur en plomb en fonction de la durée de stagnation NJS (nombre de jours de stagnation) NJS* CPb µg/l 1er jet CPb µg/l (moyenne) 2ème jet 0 1 2 3 8 15 30 35 40 90 10,96 25,3 37,3 28,7 32,7 30 38,3 58,3 51,5 56,7 9,63 Figure 11: Distribution des teneurs en plomb en fonction de la stagnation Les résultats présentés au tableau 14 et à la figure 11 montrent une variation des concentrations du plomb en fonction de la durée de stagnation. Les teneurs du plomb varient dans la gamme de 10,96 à 58,3 µg/l pour les échantillons du premier jet alors que pour les échantillons du second jet, elles restent stables avec une moyenne de 9,63µg/l. Station 2 72 Tableau 15 : variation de la teneur en plomb du premier jet en fonction de la durée de stagnation NJS CPb µg/l CPb µg/l 1er jet 2ème jet 0 8 15 24 80 1,25 1,311 2,305 6,967 8,296 1,24 (moyenne) Figure 12 : Distribution des teneurs en plomb en fonction de la stagnation Les concentrations du plomb mesurées au niveau de la station 2 varient de 1,25 à 8,296 µg/l pour les premier jet et de 1,24 µg/l en moyenne pour les second jet. Station 3 73 Tableau 16 : variation de la teneur en plomb en fonction de la durée de stagnation NJS CPb µg/l CPb µg/l(moyenne) 1er jet 2ème jet 0 8 20 50 6,90 13,6 11,8 12,12 6,95 Figure 13 : Distribution des teneurs en plomb en fonction de la stagnation Les taux de plomb présentés dans le tableau 16 et la figure 13; sont compris entre 6,9 et 13,6 µg/l. La teneur moyenne pour les échantillons du second jet est 6 ,95µg/l. 74 3. Dosage du cuivre 3.1. Gamme d’étalonnage Courbe : DO = f(C) 0,6 0,5 DO 0,4 0,3 y = 0,0103x + 0,0323 R2 = 0,9969 0,2 0,1 0 0 10 20 30 40 50 60 Concentration (µg/l) Figure 14 : courbe d’étalonnage dosage du cuivre par SAA –FG 3.2. Evolution des teneurs en cuivre en fonction de la période de stagnation Les tableaux 17, 18 et 19 et les figures 15, 16 et 17 montrent les résultats du dosage du cuivre par station. 75 Station 1 Tableau 17 : variation des teneurs en cuivre en fonction de la durée de stagnation NJS Ccu µg/l Ccu µg/l (moyenne) 1er jet 0 1 2 3 8 15 35 90 21,75 33,09 56,82 22,8 49,4 41,4 45 20,3 2ème jet 19,8 Figure 15: Distribution des teneurs en cuivre en fonction de la stagnation Les taux de cuivre au niveau de cette station pour les échantillons du premier jet sont compris entre 20,3 µg/l et 56,82 µg/l. 76 Station 2 Tableau 18 : variation des teneurs en cuivre en fonction de la durée de stagnation NJS Ccu µg/l 1er jet Ccu µg/l (moyenne) 2ème jet 0 15 24 80 34,33 85 93,1 63,74 29,7 concentration (µg/l) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 NJS Figure 16: Distribution des teneurs en cuivre en fonction de la stagnation Les teneurs en cuivre au niveau de cette station se situent dans la fourchette de 34,33 à 93,1µg/l avec la teneur maximale au 24è jour de stagnation . Les échantillons du second jet ont des concentrations moyennes de 29,7 µg/l. 77 Station 3 Tableau 19 : variation des teneurs en cuivre en fonction de la durée de stagnation NJS Ccu µg/l Ccu µg/l (moyenne) 1er jet 2ème jet 0 8 20 50 335,9 331,2 442,3 314,2 23,3 Figure 17 : Distribution des teneurs en cuivre en fonction de la stagnation Les résultats présentés au tableau 19 et à la figure 17 montrent qu’il n’y a pratiquement pas de variation entre les premiers et derniers prélèvements. Les concentrations trouvées sont comprises entre 314,2 et 442,3 µg/l. La concentration maximale observée tourne autour du 20ème jour de stagnation. La valeur moyenne des 78 concentrations du second jet est de 23,3 µg/l. 4. Dosage du fer 3.1. Gamme d’étalonnage Courbe : DO = f(C) 0,3 DO 0,2 0,1 y = 0,0868x - 0,0042 R2 = 0,9952 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 -0,1 concentration (mg/l) Figure 18 : courbe d’étalonnage du dosage du fer par SAA La courbe est linéaire sur toute la gamme de mesure. 79 4.2. Evolution de la teneur en fer en fonction de la stagnation Station 1 Tableau 20 : variation de la teneur en fer en fonction de la durée de stagnation NJS C Fe µg/l 1er jet C Fe µg/l (moyenne) 2ème jet 0 1 2 3 8 15 30 40 90 105 120 460 300 510 380 350 1430 2000 90 Figure 19 : Distribution des teneurs en fer en fonction de la durée de stagnation Les taux de fer dans la station 1 se situent dans la fourchette de 105µg /l à 2000µg/l pour les échantillons du premier jet. Tandis que pour les échantillons du second jet, le 80 taux moyen est de 90 µg/l. On note cependant une évolution en fonction de la stagnation. Station 2 Tableau 21 : variation de la teneur en fer en fonction de la durée de stagnation 0 NJS C Fe µg/l 1er jet ème jet C Fe µg/l(moyenne) 2 <LD 8 15 24 80 391 3375 4650 5470 <LD Figure 20 : Distribution des teneurs en fer en fonction de la durée de stagnation La figure 20 représentant l’évolution des teneurs en fer au niveau de la station 2 montre une augmentation de ces dernières au fur et à mesure que la durée de stagnation augmentait pour atteindre une teneur maximale au 80ème jour (5470 µg/l). 81 Station 3 Tableau 22: variation de la teneur en fer en fonction de la durée de stagnation NJS CFe µg/l 1er jet CFe µg/l (moyenne) 2ème jet 0 8 20 50 <LD <LD 2003 1650 <LD Les concentrations en fer sont comprises entre <LD et 2,03 mg/l. 5. Dosage du zinc 5.1. Gamme d’étalonnage Courbe : DO=f(C) 0,3 DO 0,2 y = 0,0523x R2 = 0,99 0,1 0 0 1 2 3 4 5 6 concentration(mg/l) Figure 21: courbe d’étalonnage du dosage du zinc par SAA Le coefficient de régression est de 0,99 et la courbe est linéaire sur toute la gamme. 82 5.2. Evoluton de la teneur du stagnation zinc en fonction de la Les résultats du dosage du zinc sont reportés dans les tableaux 23, 24 et 25 et les figures 22, 23 et 24. Station 1 Tableau 23 : variation de la teneur en zinc en fonction de la durée de stagnation NJS Czn µg/l 1er jet Czn µg/l (moyenne) 2ème jet 0 1 2 3 8 15 30 35 40 90 1970 2260 2840 3500 3130 3001 3146 4380 3760 4000 1190 Figure 22 : Distribution des teneurs en zinc en fonction de la durée de stagnation 83 Les teneurs en zinc évoluent de 1970 µg/l à 4380 µg/l. La concentration moyenne des échantillons du second jet es de 1190 µg/l. Station 2 Tableau 24: variation de la teneur en zinc en fonction de la durée de stagnation NJS Czn µg/l 1er jet Czn µg/l ème 2 jet (moyenne) 0 8 15 24 80 57 150 480 570 380 57 Figure 23 : Distribution des teneurs en zinc en fonction de la durée de stagnation Les taux du zinc présentés dans cette station sont dans la gamme de 57 à 570 µg/l. 84 Station 3 Tableau 25 : variation de la teneur en zinc en fonction de la durée de stagnation NJS Czn µg/l 1er jet Czn µg/l (moyenne) 2ème jet 0 8 20 50 600 680 800 710 580 Figure 24 : Distribution des teneurs en zinc en fonction de la durée de stagnation Les teneurs de zinc au niveau de la station 3 varient de 600 à 800 µg/l avec une variabilité selon les durées de stagnation. 85 6. Etude comparative des teneurs en métaux après stagantion de même durée pour les trois stations Les teneurs en Pb, Cu, Fe, Zn ont été déterminées dans les trois stations après environ 15 jours de stagnation. 450 30 c o n c e n tr a ti o n (µ g / l ) 20 Pb 15 10 co n cen tratio n (µ g /l) 400 25 5 350 300 250 150 100 50 0 0 station 1 Station 2 station 1 Station 2 Station3 Station3 3500 3500 3000 3000 2500 c o n c e n tr a tio n (µ g /l) c o n c e n tr a ti o n (µ g / l ) Cu 200 2500 2000 Fe 1500 2000 zn 1500 1000 1000 500 500 0 0 station 1 Station 2 Station3 station 1 Station 2 Station3 Figure 25: Etude comparative après stagnation de même durée pour les trois stations 86 Les résultats montent (figure 25) des teneurs élevées en plomb, zinc pour la station 1, en fer pour la station 2 et des teneurs élevées en cuivre pour la station 3. 7. Polarographie à redissolution anodique 7.1. Validations du protocole ⇒ Spécificité La technique DPSAV permet l’analyse des éléments traces, son principal avantage est sa spécificité via le potentiel Eo caractéristique de chaque élément. ⇒ Linéarité Détermination de l’équation de la droite courbe : I=f(concentration) 9 8 7 intensité(µA) 6 y = 0,4041x - 0,2281 R2 = 0,9976 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 concentration(ppm) 20 25 Figure 26: courbe d’étalonnage du dosage du zinc par DPSAV 87 Le tracé de la courbe d’étalonnage (figure 26) montre une courbe linéaire ; Y = 0,404 x – 0,228 ainsi et un coefficient de régression R2 = 0,997 Test d’homogénéité des variances (test de Cochran) Le C de Cochran calculé (0,552) est inférieur au C de la table statistique (0,768), donc le test d’homogénéité des variances est conforme au critère d’acceptation (Voir annexe 1 pour résultats bruts). Test de l’existence d’une pente significative (analyse de variance) Le F calculé (22,084) supérieur à F de la table statistique (4,96), donc le test de validité de la pente est conforme au critère d’acceptation et on peut conclure à l’existence d’une pente significative (Voir annexe 2). Test de validité de la droite de régression (test de Fischer) Le F de Fisher calculé (70,489) supérieur à F de la table statistique (4,46), donc le test de validité de la pente est conforme au critère d’acceptation (données brutes annexe 3). Test de comparaison de l’ordonnée à l’origine avec 0 (test de Student) Le t de Student calculé t (0,299) est inférieur à 1,81(t du tableau à 0,95 ; 10) ; donc l'ordonnée à l'origine n'est pas significativement différente de 0 au seuil de probabilité considéré (Voir annexe 4). 88 ⇒ Fidélité Répétabilité Le coefficient de variation (CV) est inférieur à 10%.(9,016) Il répond aux critères d’acceptation de la méthode (annexe 5). Fidélité intermédiaire - Test d’homogénéité des variances : test de Cochran Le C calculé = 0,685 est inférieur au C tabulé = 0,871 (0,05; 3; 3) donc le C calculé est non significatif ; les variances peuvent être jugées homogènes (annexe 6). - Test de validité des moyennes : test de Fischer F calculé (1,54) est inférieur à F de la table statistique (5,14). Donc le test d’homogénéité des variances est conforme au critère d’acceptation (annexe 7). - Estimation du coefficient de variation Le coefficient de variation (CV) est inférieur à 10%.(6,49). Il répond aux critères d’acceptation de la méthode (annexe 8). ⇒ L’exactitude Les données de l’exactitude RSD<10% sont satisfaisant (annexe 9). 89 7.2. Applications La DPSAV a été appliquée pour l’analyse du zinc dans 3 échantillons et les résultats obtenus sont comparés avec la détermination du zinc par la SAA flamme( tableau 25). Tableau 26 : Résultats du dosage du zinc par DPSAV comparés au SAA DPSAV 1er jet SAA 1er jet Erreur% (A) (B) (A-B/A)*100 1 8510 8076 5,80 2 4594 4385 4,54 3 3460 3135 9,39 Toutes les concentrations sont en µg/l 90 V. Di scussi on 1. Variation du pH, dureté, conductivité Les valeurs du pH de tous les points d’échantillonnage recensées dans notre étude varient dans la gamme de 6,6 à 7,5 ; ces valeurs sont conformes à la fourchette admise selon les normes marocaines et européennes à savoir : 6,5 <pH< 8,5. 51,53 Notons qu’il n’y a pas d’évolution du pH en fonction de la durée de stagnation ; cependant, on constate des variations faibles entre les différents types de prélèvements. L’effet du pH sur la solubilité des sous-produits de la corrosion joue souvent un rôle clé dans la détermination de la concentration des métaux dans l’eau du robinet. Il convient de souligner à cet égard que la solubilité des sous-produits de la corrosion diminue habituellement à mesure que le pH de l’eau augmente.81 La valeur maximale du pH relevée au niveau de la station 1 pour les échantillons du premier jet a été 6,89 ; en effet, dans ce prélevement on a noté un taux relativement faible en métaux lourds ( 2,38 mg/l). Ces résultats sont en conformité avec ceux de la littérature. 66,82 Dans nos résultats, la conductivité augmente en fonction de la durée de stagnation ce qui est en accord avec la littérature . 91 Elle varie de 345 à 716 µS/cm. Au- delà de 10 jours de stagnation les valeurs de la conductivité dépassent celles recommandées (400µS/cm ; CEE ). 53 La conductivité reflète la teneur des métaux et des sels minéraux dans l’eau, elle augmente avec la teneur en éléments conducteurs, notamment les métaux et les ions minéraux. 82 En effet, plus le temps de stagnation augmente, plus la teneur en métaux 91 augmente et plus la conductivité augmente ce qui explique les résultats présentés à la figure 9. Dans notre étude, la dureté totale varie de 1,75 à 2,35 méq/l soit 17,5 à 23,5°F. La qualité de l’eau étudiée est donc moyennement dure. Une eau douce, à pH faible, Peut, de par sa nature corrosive , corroder les matériaux de distribution d’eau et permettre le relargage des métaux; cependant certaines eaux dures avec des pH souvent inférieurs à 7,5 et une teneur élevée en bicarbonates peuvent aussi être responsables de la corrosion. 59 2. Dosage du Plomb Les variations des teneurs en plomb dans notre étude sont fonction du site et du type de prélèvement. Les concentrations en plomb sont différentes dans les deux types de prélèvements et sont assez élevées ; elles varient de 1,25 à 58,3µg/l pour les échantillons du premier jet et la concentration moyenne des échantillons du second jet varie de 1,24 à 9,63 µg/l pour les trois stations. Toutes les concentrations en plomb du deuxieme jet des échantillons sont conformes aux recommandations marocaines (50µg/l) , européennes et de l’OMS (10µg /l) en vigueur. 51, 52,53 Dans une étude australienne, Rajaratnam et al ont trouvé que les concentrations du plomb dans les premiers jets étaient plus importantes que celles du second jet, et que ces dernières étaient conformes aux recommandations australiennes et de l’OMS ; ce qui est en conformité avec notre étude. 64 Les teneurs en plomb trouvées augmentent en fonction de la durée de stagnation. Le plomb présent dans l’eau de robinet résulte du relargage par dissolution des matériaux de revêtement, des joints et des laitons contenant du plomb. Des études réalisées par differents auteurs ont montré que la teneur du plomb dans l’eau augmente 92 après une période de stagnation. Gulson et al dans leur étude ont trouvé que l’eau du premier jet contenait des concentrations élevées en métaux en général. 56 L’examen des courbes de la teneur en plomb en fonction de la période de stagnation établies par Schock et al (1996), a permis de conclure que les concentrations de plomb augmentaient rapidement lorsqu’il y a stagnation, mais qu’elles atteignaient une valeur d’équilibre assez constante.83 Lytle et Schock (2000) ont montré que les concentrations de plomb augmentaient rapidement avec la stagnation de l’eau, et que la période critique se situait dans les 20 à 24 heures. 84 Les valeurs élevées trouvées pour les échantillons des premiers jet de notre étude sont en accord avec la littérature.56,64,85 3. Dosage du Cuivre Aucun de nos échantillons analysés ne renfermaient des concentrations supérieures aux limites recommandées, à savoir 1mg/l pour la CEE et 2mg/l pour la norme marocaine. La teneur du cuivre dans l’eau est influencée par la dureté de l’eau, le pH, la concentration en anions, la teneur en oxygène dissous et la température. différentes concentrations 90 Les de cuivre dans l’eau potable rapportées par différents auteurs étaient de 1,2mg/l au Chilie ; 4,8 mg/l aux USA ; 0,1mg/l en Arabie saoudite ; 1,9 µg/l en Inde et 32,1 µg/l en Chine. 92,93,94,63 La libération du cuivre dans l’eau potable dépend en grande partie du type d’incrustations formées par la corrosion dans le réseau de plomberie. On peut supposer qu’à un âge donné de la tuyauterie, un sous-produit de la corrosion déterminera les concentrations de cuivre libérées dans l’eau potable. 95 Les concentrations du cuivre rencontrées dans notre étude augmentent au début de la période de stagnation pour 93 atteindre une valeur maximale puis commencent par regresser vers une période de stagnation propre à chaque station pour atteindre des concentrations basses. Les concentrations de cet élément augmentent au début de la stagnation, mais elles peuvent ensuite diminuer ou continuer d’augmenter selon les teneurs de l’eau en oxydant. 66 Dans une étude de l’impact du temps de stagnation sur la dissolution des métaux, des auteurs ont montré que les concentrations de cuivre augmentaient rapidement lorsque l’eau repose dans les tuyaux, mais qu’elles commencent à baisser rapidement dès que la concentration d’oxygène dissout passe sous le seuil de 1 mg/l. Ils ont également observé que lorsque l’eau est adoucie, les concentrations de cuivre augmentent jusqu’à atteindre des valeurs maximales de 4,4 et 6,8 mg/l puis, baissent jusqu’à 0,5 mg/l. 84,96 Les fortes concentrations de cuivre peuvent être attribuées à la nature corrosive de l’eau de distribution et à l’âge des tuyaux. On note cependant une différence significative entre les concentrations des échantillons du premier jet et ceux du second jet. Plusieurs études utilisant des tests de comparaison allant dans ce contexte ont montré que la teneur du cuivre était plus élevée dans les premiers jets que dans les second jets . 64,93 4. Dosage du Fer Dans notre étude, les concentrations du fer augmentent avec la durée de stagnation pour les différents points analysés au niveau des prélèvements des premiers jets. La plupart des teneurs trouvées sont supérieures aux valeurs limites recommandées (300µg/l) par les différentes institutions.51,52,53,54 Dans les prélèvements du second jet, les concentrations du fer sont faibles et sont pratiquement inférieures à la norme recommandée. Le taux de fer est plus élevé dans les échantillons du premier jet que ceux du second jet. Ceci est en concordance avec plusieurs études, dont celle de Al94 Saleh, qui a montré que les concentrations du fer variaient en moyenne de 139-191µg/l pour les échantillons du premier jet alors qu’elles n’étaient que de 80124µg/l pour les échantillons du second jet. 93,98 Les variations de la teneur du fer dans l’eau sont contrôlées par les phénomènes d’oxydo-réduction et la balance acidité / alcalinité. Une diminution du pH de l’eau s’accompagne d’une augmentation des concentrations des métaux dissouts. 82 Ceci est en accord avec les données relatées dans notre étude où les plus fortes concentrations de fer (5470 µg/l) étaient rencontrées à des pH faibles (6,65 et 6,8) station 2. Apparemment le pH n’est pas le seul facteur conditionnant la distribution du fer dans l’eau potable. La corrosion joue également un rôle important dans la libération et l’augmentation des concentrations du fer dans l’eau. En effet,elle est influencée par plusieurs facteurs que sont l’âge de la tuyauterie , la période de stagnation, le pH, l’acalinité et l’oxygène dissous. 60,62 En règle générale, la concentration de fer dans l’eau et le taux de corrosion augmentent avec le temps de stagnation et les périodes longues de stagnations caractérisées par les culs de sacs à partir de la première exposition à l’eau, et diminuent ensuite graduellement à mesure que les incrustations s’accumulent. 99,100 5. Dosage du zinc Les concentrations de zinc relevées dans notre travail sont différentes selon le type d’échantillon. En effet dans les échantillons du premier jet, les concentrations varient de 57 µg/l à 4380 µg/l. La majorité des échantillons des premiers jets ont des concentrations qui dépassent la norme admise 53 (3mg/l) surtout au niveau de la première station. Concernant les échantillons des seconds jets , la plupart des échantillons ont des concentrations situées dans la fourchette admise par la norme 95 marocaine ( 3mg/l). Des études faites dans d’autres pays ont rapporté des concentrations de zinc pouvant aller jusqu’à 24mg/l. 46 Une étude récente montre que des concentrations moyennes de zinc en west Bengal, (Inde) était de 51,8µg/l. 94 Les différences dans les concentrations de zinc peuvent être dues aux caractéristiques hydrogéochimiques et hydrogéologiques des sites d’échantillonnage. De faibles concentrations de zinc (0.002- 2 µg/l) sont trouvées dans les échantillons des régions à faible salinité. 102,103 Les concentrations de zinc dans les échantillons du premier jet sont plus élevées que dans les échantillons du second jet. Nos valeurs sont en accord avec celles trouvées par d’autres études (saleh et al 1998,ibrahim Alam 1989). 93,97 6. Etude comparative des teneurs en métaux après stagnation de même durée Les concentrations en plomb diffèrent d’une station à une autre. Les plus grandes valeurs sont rencontrées au niveau de la station 1 (plomberie en cuivre et plomb). Ceci pourrait être expliqué par la différence de la nature des matériaux de plomberie. Sharett et al ont constaté que les concentrations de plomb n’étaient pas liées au type de tuyaux,mais que ces dernières étaient 50-70% plus élevées avec les tuyaux en cuivre qu’avec les tuyaux galvanisés. Ils ont trouvé que cette différence observée était statistiquement significative pour les échantillons après stagnation mais pas pour les échantillons d’eau courante. 86 Des études similaires réalisées par d’autres auteurs ont révélé que les concentrations du plomb relarguées à partir des robinets contenant des joints de cuivre soudés au plomb, des robinets neufs en laiton chromé et des tuyauteries en plomb étaient très supérieures à la valeur fixée par les normes notamment après une période de stagnation. Ils ont également conclu que les robinets et les raccords en laiton et en cuivre des systèmes de plomberie résidentiels constituaient une source continue de plomb et de cuivre même lorsque les tuyaux de cuivre étaient raccordés avec de la soudure et du flux sans plomb. 87,88 Les premiers 96 jets comme les seconds jets peuvent renfermer plus de cuivre et de plomb dans les tuyauteries en cuivre avec soudures et galvanisées. 56 raccords en plomb que les tuyauteries Dans leur étude, Lee et al ont remarqué que la teneur moyenne de Pb des échantillons du second jet dans les plomberies en cuivre était de 6µg/l alors qu’elle était de 2 µg/l dans les plomberies galvanisées et en plastique. 89 La concentration du cuivre pour une même durée de stagnation diffère d’une station à une autre dans notre étude. Ainsi, on remarque que les plus grandes valeurs de cuivre se rencontrent au niveau de la station 3. Le type des differents matériaux de distribution d’eau joue un rôle important dans le relargage des métaux les constituant. Ibrahim et al(1989) dans leur étude ont relevé que les concentrations les plus élevées en cuivre étaient trouvées dans les échantillons d’eau collectées dans les localités où les branches des tuyaux étaient en cuivre. Ils ont conclu que la corrosion des matériaux en cuivre étaient responsable de cette augmentation. 97 Cependant plus l’âge de la tuyauterie augmente moins elle relargue du cuivre. Les concentrations de cuivre continuent de diminuer avec l’âge des matériaux de plomberie même après 10 ou 20 ans d’utilisation, lorsque les incrustations de ténorite ou de malachite tendent à prédominer. 86,99 La station 3 possède des branches de tuyaux en cuivre et, de plus, elle est située dans une zone où les canalisations sont moins âgées que les autres sites d’études. La répartition du fer en fonction de la nature des matériaux de tuyauterie par station montre que le relargage du fer est très élevée au niveau de la station 2. Les tuyauteries de cette dernière étant en fer galvanisé ; cela peut être l’explication la plus plausible. Une comparaison entre les effets des matériaux en fer galvanisé et en PVC sur le relargage du fer a montré que la concentration totale en fer était plus élevée avec la plomberie en fer galvanisé qu’en PVC. Ceci étant valable pour les prélèvements des premier jet et second jet.101 En comparant les concentrations de zinc trouvées par rapport à la nature des matériaux 97 de distribution pour une même durée de stagnation, on constate que la teneur la plus élevée est observée au niveau de la station 1 (Zn =3001 µg/l) suivie par la station 3. Il est évident que la corrosion est responsable des fortes concentrations de zinc observées. En effet, les tuyauteries en cuivre relarguent plus de zinc que les autres matériaux et les alliages en laiton,en bronze contiennent du zinc. 86 Les stations 1 et 3 contiennent des branches en cuivre. 7. Applications de la DPSAV A l’analyse des données figurant dans le tableau 26 ; nous remarquons qu’il y a une concordance entre les deux méthodes. La voltamétrie par redissolution anodique est une technique utilisée pour déterminer de faibles concentrations dans différents matrices. Elle offre des avantages certains comme une haute sensibilité, une simplicité à réaliser, une reproductibilité et un coût peu onéreux.78 La SAA est une méthode de routine utilisée pour la détermination des métaux traces, même si c’est une méthode destructive, elle reste cependant la méthode de référence. En comparaison avec la SAA, le principal avantage de la DPASV est sa spécificité, il est en effet possible d’effectuer simultanément des mesures de concentration de plusieurs métaux ainsi que les espèces à partir de la même solution. 80,104 En conclusion, la DPSAV est une méthode sensible, reproductible, simple précise et performante pour la détermination des métaux à l’état de traces dans l’eau. Elle permet d’accéder à de très faibles concentrations métalliques et d’évaluer des capacités de complexation et des constantes de stabilité dans des eaux naturelles de composition. Des travaux ultérieurs pourraient voir le jour et compléter la technique pour faire ressortir ces principaux avantages et inconvénients. 98 Conclusion 99 La contamination de l’eau potable par les éléments traces métalliques constitue un sérieux problème pour la santé de l’homme. L’eau potable, au robinet du consommateur peut avoir une qualité très éloignée de celle issue du service de distribution. Plusieurs facteurs sont à l’origine de cette différence de qualité. Dans notre étude, la corrosion des tuyauteries et des accessoires de distribution d’eau constitue les sources primaires de contamination. Cependant, d’autres facteurs propres aux caractéristiques de l’eau tels que le pH, la balance alcalinité-acidité, la température peuvent également contribuer à la dégradation de l’eau dans les réseaux. L’augmentation des teneurs en plomb, cuivre, fer et zinc peut provenir de la solubilisation partielle des matériaux de distribution d’eau de robinet et de la nature de ces derniers. Notre étude a permis de montrer que les concentrations en ces différents éléments traces pouvaient varier en fonction du type de prélèvement. Les échantillons du premier jet renferment plus de métaux que les échantillons du second jet. Ceci s’explique par le rôle important que joue la stagnation dans le relargage de ces métaux. Les teneurs en plomb, cuivre, fer et zinc des échantillons du second jet qui représentent l’eau d’utilisation courante sont conformes aux recommandations marocaines. Le risque sanitaire à l’exposition aux éléments traces métalliques augmente avec la consommation d’eau du premier jet. Il convient à cet effet de souligner que laisser couler l’eau 2 minutes minimum à plein jet après une période de stagnation de 6 heures peut contribuer à réduire de façon effective les teneurs en métaux dans l’eau potable. La DPSAV est une méthode spécifique, sensible, précise qui peut être utilisée pour la détermination des métaux lourds à de très faibles concentrations. Elle offre plusieurs avantages qui sont : son faible coût, sa haute performance et surtout la détermination simultanée de plusieurs éléments dans un même échantillon. 100 Perspectives D’autres études sur la qualité de l’eau de consommation dans différents foyers dans la ville de Rabat après stagnation nocturne permettra de mieux cerner le problème de la contamination de l’eau par les métaux et leurs effets sur la population. Particulièrement, une étude sur le relargage du plomb dans l’eau de robinet et le risque de saturnisme chez les populations étant donné ses caractéristiques toxiques. 101 Résumé 102 RESUME L’eau est une composante indispensable pour la santé humaine. Elle contient des minéraux essentiels à l’organisme humain. Mais polluée, elle devient une source de substances indésirables nocives pour l’homme. La qualité chimique de l’eau de robinet ainsi que l’influence de la stagnation et de la nature des matériaux ont fait l’objet de notre étude. Pour ce faire, un total de 38 prélèvements regroupant les échantillons du premier jet et du second jet a été recueilli. Les paramètres physico-chimiques suivants ont été mesurés : pH, dureté et conductivité ainsi que les concentrations en plomb, cuivre, fer et zinc. La polarographie à redissolution anodique et la spectrométrie d’absorption atomique en flamme et en four ont été utilisées pour la détermination quantitative de ces différents métaux. Les teneurs en métaux traces des échantillons du premier jet (après stagnation) étaient plus élevées que celles du second jet et dépassent les normes marocaines. Cependant, les teneurs en Pb, Cu, Fe et Zn des échantillons du second jet étaient conformes aux recommandations en vigueur. (OMS, CEE, normes marocaines). L’étude de l’influence de la durée de stagnation et de la nature des matériaux de distribution sur les teneurs en métaux montre une augmentation considérable des concentrations des éléments traces métalliques retrouvées au robinet du consommateur. La polarographie à redissolution anodique (DPSAV) s’est avérée être une méthode très sensible, performante, précise et spécifique permettant de doser des métaux traces à de très faibles concentrations et ce de façon simultanée. 103 SUMMARY Water is an essential component for human health. It contains minerals essential at the human organism. But polluted, it may become a source of harmful undesirable substances for human. The aim of this study is to assess the chemical quality of the tap water and the influence of the stagnation on levels metals. pH, hardness, conductivity, lead, copper, iron and zinc were measured in drinking water. For this purpose, 38 samples were collected from different point intake in Rabat. The differential anodic stripping voltammetry and the atomic absorption spectrometry in flame and furnace were used for the quantitative determination of these metals. First draw Pb, Cu, Fe and Zn concentrations decreased significantly after 5 min of flushing. Of the first flush samples, Pb, Cu, Fe and Zn concentrations exceeded the guideline limits recommended by Moroccan Drinking Water Guidelines (MDWG). In post first flush (after 5 min of flushing) the levels of all metals were well below MDWG,WHO, and EEC. This study shows a considerable increase in the concentrations of the metal elements traces found with the tap of the consumer after stagnation. 104 ا ء ور ا& $%ن! ، را ح ا * ،7$8و 0 '12*3 ! 45 '6أ,- .ا '( )*+و'. إن اف Dه BCارا ه 7@3 2ا28دة ا = ء < ا2ز ) :ء ا (H 6و 1K3ة اآ2د . *+ Dأ Nذ 73 Lأ < B D 6+ 38 C-ا2ز2 ،:ز DH +ا Qاو4 وا Qا2% Sي .و T3درا ا2ا ا $% :ا ،(pH) 2ا ،Hا(2 و3آ Vا دن ا) *@Sا( ص ،ا 6س ،ا وا.(L%V و@ ا 45 %+ه BCارا )*+ا = 2ا@ 6ا DPSAV : 3Yو0 ،SAA 0س 3آ Vا دن .أ\ت ا [= 6أن 3آ Vا دن ا 6+ 45 *@Sت ا Qاو4 _2ق L*3 SHا 45 *8$ا Qا2% Sي @ ر : %ا ا] Hاة .أ ا Q$6ا* 45 *+ا Qا2% Sي @5آ @ H ` T%ر : %ا اة و` 6ودو . - Dل ه BCا [6$% [= 6أن ة اآ2د 1K3آ H 45وز $%آة D ا دن ا 45 *@Sا ء اوب ) ء ا ،(H 6آ 83ر ا&< رة إ) أن DH Dا= 2 ا@ 6اة D3أن DPSAV 6@3آ 5 T%ود 45 @0ة 3آ Vا دن ا*@S B 45ا.H 6 105 Références bibliographiques 106 1. Jacques BEAUCHAMP. « La Pollution littorale ». DESS en Qualité de Gestion de l’Eau, Université de Picardie, juillet 2003 2. 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Mars 2006 119 Annexes 120 ANNEXE 1 Evaluation de l’homogénéité des variances(test de Cochran) zinc mg/l moyenne 3j Variance Cochrane= Cochrane= 1 5 0,385333333 2,3000000 0,2883333 2,6900000 0,157333333 1,9733333 0,0130923 0,1287370 Variance max / Somme Variances 0,5517454 < 0,768 10 3,9666667 4,5666667 5,2266667 0,3972000 20 7,0533333 8,3266667 8,5700000 0,6634778 ANNEXE 2 Test de l’existence d’une pente significative (analyse de la variance) I-Variation due à la régression: zinc mg/L 1,00 1,00 1,00 5,00 5,00 5,00 10,00 10,00 10,00 20,00 20,00 20,00 b= 0,40 (m-M)2 n=3 n(m-M)2 1,000 -8,00000000 64,000 192,000 5,000 -4,00000000 16,000 48,000 1,00000000 3,000 Moyenne (m) 10,000 Moyenne des Moyennes (M) m-M 9,000 20,000 1,000 11,00000000 121,000 363,000 Σn*(m-M)2= 606,000 2 b 0,163 b2*Σn*(m-M)2= 98,909 121 II-Variation totale: Zinc (mg/l) 1 1 1 5 5 5 10 10 10 20 20 20 I µA 0,3853333 0,2883333 0,1573333 2,3000000 2,6900000 1,9733333 3,9666667 4,5666667 5,2266667 7,0533333 8,3266667 8,5700000 m M 0,2770000 2,3211111 4,5866667 3,792 7,9833333 I -M -3,40669444 -3,50369444 -3,63469444 -1,49202778 -1,10202778 -1,81869444 0,17463889 0,77463889 1,43463889 3,26130556 4,53463889 4,77797222 ΣΣ (I -M)2= (I -M)2 11,6055670 12,2758748 13,2110037 2,2261469 1,2144652 3,3076495 0,0304987 0,6000654 2,0581887 10,6361139 20,5629499 22,8290186 143,6959663 III-Test d'existance d'une pente significative: Variations DDL DDL=N-1 DDL=N-2 Somme des Variances carrés F calculé Variation 11 143,6959663 totale Variation due à la 1 98,909 98,90889600 régression 22,0842523 Variation 10 44,7870703 4,47870703 résiduelle F calculé > F(0,05;1;13) (=4,96) 122 ANNEXE 3 Test de la validité de la droite de regression :test de Fischer Zinc (mg/l) 1 1 1 5 5 5 10 10 10 20 20 20 I µa 0,3853333 0,2883333 0,1573333 2,3000000 2,6900000 1,9733333 3,9666667 4,5666667 5,2266667 7,0533333 8,3266667 8,5700000 Variations N-k k-2 m 0,2770000 2,3211111 4,5866667 7,9833333 DDL I -m 0,108 0,011 -0,120 -0,021 0,369 -0,348 -0,620 -0,020 0,640 -0,930 0,343 0,587 (I -m)2 0,01173611 0,00012844 0,01432011 0,00044568 0,13607901 0,12094938 0,38440000 0,00040000 0,40960000 0,86490000 0,11787778 0,34417778 ΣΣ(I -m)2= 2,40501430 Somme des Variances carrés Erreur 8 2,4050143 expérimentale Erreur de la 2 42,382 régression F calculé > F(0,05;2;8) (=4,46) F calculé 70,4894871 0,30062679 21,19102802 123 ANNEXE 4 Test de comparaison de l’ordonnée à l’origine avec 0(test de student) a Moyenne = Ecart type = -0,4430000 0,3184000 -0,2281000 -0,1175667 0,3925503 0,1540957 0,1175667 0,39 t= 0,299494561 t=0,299 < t 0,95 ; 10 (1,81) donc l'ordonnée à l'origine n'est pas significativement différent e de 0 au seuil de probabilité considéré 124 ANNEXE 5 Fidélité Répétabilité Equation GII: Quantité introduite (mg/l) 5 I µa 2,2 2,2 1,96 2,27 1,72 2 Quantité trouvée 6,010148515 6,010148515 5,416089109 6,183415842 4,822029703 5,51509901 Moyenne= Ecartype= Coefficient de variation= CV < 10% y = 0,404x -0,2281 Recouvrement en % 120,2029703 120,2029703 108,3217822 123,6683168 96,44059406 110,3019802 113,189769 10,20530676 9,016103535 ANNEXE 6 Fidélité intermédiaire(test de cochran) Homogénéité des variances intra groupe: y = 0,5049x - 0,443 y = 0,3276 + 0,2589 y = 0,484x + 0,381 Quantité introduite I µA 4,54 4,7 4,94 3,84 3,6 3,52 5 5 5,8 10 10 10 Test Cochran= de Quantité trouvée 9,869281046 10,18617548 10,66151713 11,72161172 10,98901099 10,74481074 9,54338843 9,54338843 11,19628099 Recouvrement en % 98,69281046 101,8617548 106,6151713 117,2161172 109,8901099 107,4481074 95,4338843 95,4338843 111,9628099 m S S2 102,389912 3,98750086 15,90016309 111,518112 5,08343345 25,84129568 100,943526 9,54297966 91,06846072 0,68570526 < 0,871C (0,05;3;3) 125 ANNEXE 7 Test de validité des moyennes(test de Fischer) Recouvrement en % :R m M 98,69281046 101,8617548 102,389912 106,6151713 (R - M) -6,25770617 -3,088761825 1,664654693 (R - M)2 39,1588865 9,54044961 2,77107525 (R - m) -3,69710174 -0,52815739 4,22525913 (R - m)2 13,66856125 0,27895023 17,85281469 117,2161172 109,8901099 107,4481074 12,26560059 150,444958 5,6980057 32,46726893 4,939593263 24,3995816 -1,62800163 2,650389301 111,518112 104,9505166 2,497590821 6,23795991 -4,07000407 16,56493313 95,4338843 95,4338843 111,9628099 -5,509641873 30,3561536 -5,50964187 30,35615357 -9,51663233 90,5662909 -5,50964187 30,35615357 7,01229329 49,1722572 11,0192837 121,4246143 100,943526 ΣΣ (R-M)2= Variations DDL Variation intra groupe 6 Variation inter groupe 2 Variation totale 8 F calculé < F (0,05;2;6) = 5,14 402,647612 ΣΣ (R-m)2= 265,619839 Somme des Variances F calculé carrés 265,6198390 44,26997316 1,54763786 137,028 68,51388668 402,6476123 ANNEXE 8 Estimation du coefficient de variation Recouvrement en % :R 98,69281046 101,8617548 106,6151713 117,2161172 109,8901099 107,4481074 95,4338843 95,4338843 111,9628099 CV < 10% m 102,389912 M S S2 Σ S2 CV % 3,987500857 15,9001631 111,518112 104,9505166 5,083433454 25,8412957 132,809919 6,49474851 100,943526 9,542979656 91,0684607 126 ANNEXE 9 L’exactude y = 0,404x -0,2281 Quantité (mg/L) 1,0 20,0 introduite I (µA) 0,1560000 0,2883333 0,1573333 7,0533333 8,3266667 8,5700000 Quantité trouvée m RSD % 0,950742574 1,0610286 6,103 1,27830033 0,954042904 18,02334983 20,32533 1,627 21,17516502 21,77747525 127