HYDROLOGIE ET DE CHIMIE DES EAUX

Objectif du cours : Transmettre la maîtrise du cycle de l’eau, du fonctionnement des bassins versants, ainsi que des propriétés physico-chimiques et biologiques des eaux naturelles et usées pour assurer leur gestion, traitement et préservation.

Description persuasive du cours

Le cours d’Hydrologie et de Chimie des Eaux est une discipline fondamentale pour répondre aux enjeux cruciaux de la gestion durable des ressources en eau, de la santé publique et de la protection de l’environnement. Face au changement climatique, à la pollution industrielle et agricole, et à la pression démographique, la double compréhension des mécanismes d’écoulement et de la qualité chimique de l’eau est devenue indispensable.

Ce module combine l’étude quantitative du cycle de l’eau (précipitations, ruissellement, infiltration, bilan hydrique) avec l’analyse qualitative et réactionnelle des composants chimiques de l’eau (pH, dureté, minéralisation, métaux lourds, nutriments). Il prépare les ingénieurs, chimistes, géologues et environnementalistes à diagnostiquer la qualité des milieux aquatiques, à dimensionner les stations de traitement/épuration et à concevoir des politiques durables d’approvisionnement en eau potable.

Informations clés

Compétences à acquérir

• Analyse quantitative du bassin versant : Établir le bilan hydrique, calculer les précipitations moyennes et analyser la réponse d’un bassin (hydrogrammes).

• Caractérisation physico-chimique de l’eau : Mesurer et interpréter les paramètres clés (pH, conductivité, DBO5, DCO, TAC, TH, ions majeurs).

• Modélisation des équilibres chimiques en phase aqueuse : Maîtriser les réactions acide-base, d’oxydoréduction, de précipitation/dissolution et de complexation dans les eaux.

• Évaluation de la qualité et choix de traitement : Évaluer la potabilité d’une eau ou la conformité d’un rejet et orienter vers les procédés de traitement adaptés (coagulation-floculation, filtration, désinfection).

Grand plan du module

1. Hydrologie générale et cycle de l’eau

   • Le cycle hydrologique global et l’équation du bilan hydrique ($P = ETR + R + I \pm \Delta S$).

   • Le bassin versant : caractéristiques morphométriques, réseau hydrographique et temps de concentration.

   • Analyse des précipitations, de l’infiltration et processus de ruissellement.

2. Hydrométrie et dynamique des écoulements

   • Mesure des débits (jaugeage au moulinet, flotteur, dilution) et courbe de tarage.

   • Décomposition et analyse de l’hydrogramme de crue et de tarissement.

3. Propriétés physico-chimiques fondamentales des eaux

   • Structure de la molécule d’eau, solvant universel et minéralisation.

   • Paramètres physiques : température, turbidité, couleur, odeur, conductivité électrique, matières en suspension (MES).

   • Paramètres chimiques globaux : pH, potentiel Redox ($Eh$), titre hydrotimétrique (TH / dureté), titres alcalimétriques (TA/TAC).

4. Chimie des solutions aquatiques et constituants de l’eau

   • Équilibre carbo-carbonique (système $\text{CO}_2 – \text{HCO}_3^- – \text{CO}_3^{2-}$) et pouvoir tampon/entartrant/agressif.

   • Les éléments majeurs (cations : $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$ ; anions : $\text{Cl}^-$, $\text{SO}_4^{2-}$, carbonates).

   • La matière organique et indicateurs de pollution : Demande Biochimique en Oxygène ($\text{DBO}_5$) et Demande Chimique en Oxygène ($\text{DCO}$).

   • Nutriments ($\text{N}$, $\text{P}$) et phénomène d’eutrophisation.

5. Pollution, potabilité et principes de traitement de l’eau

   • Origine des pollutions (agricole, industrielle, domestique) et micropolluants (métaux lourds, pesticides).

   • Normes de potabilité de l’eau et critères de qualité pour l’irrigation et l’industrie.

   • Notions sur la chaîne de traitement de l’eau potable (dégrillage, clarification, filtration, désinfection au chlore/ozone/UV).