Une ressource indispensable, l'eau

CHAPITRE 2 : La gestion de l'eau

Doc d'appel :

Source : http://www.ville-lannion.fr/page_eauxusees.html

Avec 450 à 480 milliards de mètres cubes de précipitations annuelles, la France est un pays où les ressources en eau couvrent largement les besoins. Une gestion de cette ressource est néanmoins indispensable car elle est inégalement répartie sur le territoire national et parcequ'elle est sensible aux pollutions, avec des conséquences néfastes pour l'environnement et la santé.

Pb : Comment approvisionne t-on l'ensemble de la population en eau potable ?

I- L'origine de l'eau utilisée

1- Différents lieux de prélèvements

2- Les nappes phréatiques

Une nappe phréatique est l'ensemble des eaux comprises dans les zones saturées d'un aquifère et dont toutes les parties sont en liaison hydraulique. Un aquifère est un corps de roches poreuses ou fissurées capable de stocker l'eau. Il existe deux types d'aquifères :

- Aquifère à nappe libre : la nappe repose sur un substratum imperméable (ex : argile). Dans un puits atteignant cette nappe, le niveau de l'eau correspondant au niveau supérieur de la nappe est appelé niveau piézométrique.

- Aquifère à nappe captive : le niveau saturé d'eau est alors compris entre deux niveaux imperméables. De fait, la nappe a une pression plus élevée et la surface piézométrique est supérieure à la surface de la nappe.

Source

Remarque : si la surface piézométrique dépasse la surface du sol : l'eau jaillit en surface (= puits artésien)

TP : Modélisation d'une nappe phréatique

Des prélèvements dans une nappe phréatique provoquent une variation locale ou rabattement (= cône d'appel) de la surface piézométrique. Des pompages nombreux (irrigation, alimentation d'une grosse agglomération) peuvent conduire à un rabattage général du niveau de la nappe.

Pb : Trouver une source est une chose mais encore faut-il que l'eau soit potable. Qu'est ce qui définit la potabilité d'une eau ? quels sont les grands types de pollutions hydriques ?

II- La pollution de l'eau

1- La notion de potabilité

Une eau potable est une eau présentant les qualités requises pour être consommée par la population sans porter atteinte à la santé. Pour satisfaire à ces qualités, différents paramètres ont été définis par le ministère de la santé (3 janvier 1989) :

- des paramètres organoleptiques (= perceptibles par nos sens) : couleur, odeur, goût.

- des paramètres physico-chimiques : pH, ions minéraux.

- des substances indésirables (dont la présence est tolérée jusqu'à une certaine concentration) : nitrates, nitrites, phosphates, fluor...

- des substances toxiques : hydrocarbures, arsenic, plomb, mercure.

- des paramètres microbiologiques : agents pathogènes (salmonelles, staphylocoques, streptocoques fécaux)

Remarques :

La dureté d'une eau est la teneur en Ca2+ et en Mg2+. Elle s'exprime en °TH et 1°TH correspond à la dureté d'une eau contenant 4 mg/L de Ca2+. Plus une eau est dure, moins les savons sont efficaces, plus les légumes ont du mal à cuire.

Les nitrates sont les engrais azotés les plus utilisés par les plantes. Un excès de nitrates présente un risque pour la santé des nourrissons : transformés en nitrites à l'air ou à l'ébullition, ils peuvent alors se combiner avec l'hémoglobine à la place de l'O2. C'est la méthémoglobinémie ou cyanose du nouveau-né.

Le fluor se fixe sur les tissus calcifiés. un excès de fluor provoque des taches sur les dents puis des douleurs osseuses et articulaires.

Exercice : analyse d'un contrôle sanitaire de la DDASS sur l'eau distribuée à Lannion en 2009 et d'une étiquette d'eau minérale.

2- La pollution par des matières minérales

Rappel : les matières minérales sont des molécules ne comprenant pas de carbone (ex : nitrate = NO3) ou alors du carbone non lié à l'hydrogène (ex : dioxyde de carbone = CO2)

Extrait du manuel d'SVT 1èreES - Bordas 2001- p182

Eutrophisation locale du milieu sur l'île de Groix - Photo : E. Lacouture

Un apport excessif d'éléments minéraux (nitrates et phosphates) favorise le développement des végétaux chlorophylliens aquatiques (algues vertes) : c'est le phénomène d'eutrophisation. Les marées vertes constituent un véritable problème dans les baies :

- Impact écologique : appauvrissement du phytoplancton (effet écran des algues immergées = moins de lumière disponible), asphyxie locale du milieu (respiration non compensée par la photosynthèse la nuit).

- Impact sanitaire : dégagement d'un gaz toxique (le sulfure d'hydrogène, H2S) par les bactéries qui dégradent les algues échouées.

- Impact économique : baisse de fréquentation touristique.

Pour aller plus loin : http://www.ifremer.fr/francais/faq/tipe/marees-vertes.htm

Remarque : il existe beaucoup d'autres formes de pollutions minérales. Le plomb (interdit dans les canalisation depuis 1950) a causé des troubles neurologiques graves par le passé (saturnisme). Aujourd'hui, un lien est suspecté entre la maladie d'Alsheimer et l'aluminium utilisé pour floculer les particules et rendre l'eau limpide dans certaines stations d'épuration. Certaines particules radioactives comme le radon se retrouvent dans l'eau et peuvent causer à long terme des cancers...

3- La pollution par des matières organiques

Rappel : les matières organiques sont des molécules composées d’au moins un atome de carbone (ex : glucose = C6H12O6), à l’exception du carbone minéral (diamant et graphite), des ions carbonates, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone.

Les matières organiques se retrouvent dans les rejets non ou partiellement traités d'origine domestique (matières fécales, eaux de cuisson), industrielle (laiteries, conserveries, abattoirs...) ou agricoles (purins, lisiers...)

Leur minéralisation par des bactéries aérobies a pour conséquence un appauvrissement en dioxygène de l'eau qui nuit à la faune et déséquilibre les écosystèmes.

Nous disposons de plusieurs indicateurs de la charge polluante :

- La DBO5 ou demande biologique en oxygène est la quantité de dioxygène consommée par les microorganismes pour dégrader la matière organique en 5 jours, à 20°C et à l'obscurité. Plus cette quantité est grande, plus la charge de matière organique est grande.

- La DCO ou demande chimique en oxygène est la quantité de dioxygène nécessaire pour dégrader l'ensemble des matières organiques de l'échantillon, par un oxydant chimique puissant (bichromate de potassium). Plus la quantité d'oxygène cédée par l'oxydant est élevée, plus la pollution organique est importante.

- L'indice biotique est une note de 0 à 10 qui tient compte de l'abondance de groupes d'invertébrés plus ou moins sensibles à la pollution.

Extrait de "La vie dans les ruisseaux" de Georges Chauvin, ed Ouest France

Exemple d'application : détermination de l'indice biotique sur le Léguer à Belle Isle en Terre (travail réalisé par des élèves de 5ème du collège Prat Eles en 2008)

larve d'Ecddyonus

Remarque : Cet indice biotique simplifié (Verneaux 1982) est actuellement remplacé par l'IBGN, plus précis mais plus complexe, qui prend en considération 38 taxons indicateurs, récoltés dans 8 habitats distincts d'1 station, pour attribuer un indice biotique de 1 à 20.

III- Des mesures de protection de l'eau

1- Les périmètres de protection

Plusieurs paramètres permettent de définir la vulnérabilité d'un captage :

- Le type de la nappe (libre ou captive) et sa profondeur

- La vitesse d'écoulement des eaux (vitesse plus rapide si la granulométrie est grossière)

- Le pouvoir de filtration du sous-sol (filtration insuffisante dans le cas d'une fracturation importante)

- L'environnement du réservoir (sources de pollutions)

2- La réduction des pollutions agricoles et industrielles

Pour éviter les fuites des polluants cers les nappes, quelques règles doivent être respectées :

- Maintenir une bonne structure des sols pour une bonne rétention des engrais.

- Limiter le lessivage des sols (culture hivernale pour ne pas laisser la terre nue, entretien des haies)

- Eviter les épandages massifs d'engrais.

- Stocker les déchets et trouver des voies de revalorisation (carburants...)

3- Le traitement des eaux usées

Les eaux épurées libérées dans la nature ne sont pas des eaux potables. Pour cela, il faut qu'elles subissent un dernier traitement qui élimine les métaux lourds, les hydrocarbures, les substances radioactives et les microorganismes pathogènes (virus et bactéries). Les stations d'épuration ont pour objectif de limiter au maximum l'effet de la pollution de l'eau sur l'environnement.