PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET EXAMEN PHYSIQUE DES EAUX

L'eau pure est formée de deux volumes d'hydrogène et d'un volume d'oxygène condensés en deux volumes. Elle contient en poids 88,889 d'oxygène et 11,111 d'hydrogène p. 100. Elle n'a pas d'odeur ni de saveur appréciable; se solidifie à 0°, bout à 100° sous la pression normale.

L'eau subit facilement la surfusion. De l'eau contenue dans des tubes capillaires peut être abaissée à — 16° sans se congeler. La glace à 0° a une densité de 0,918; la densité de l'eau à +4° étant égale à 1, il s'ensuit que par la congélation, l'eau se dilate de 0,07 de son volume. Si l'eau est en état de surfusion, la dilatation peut continuer jusqu'à des températures plus basses ( — 9°) et la densité de l'eau liquide est supérieure à celle de l'eau solide à la même température. Au-dessus de +4°, l'eau se dilate régulièrement à mesure que la température s'élève. — La force expansive de l'eau pendant la congélation est considérable; il suffit de rappeler à ce sujet les expériences classiques de Huyghens et autres, les ruptures de roches et de pierres gélives. Nous indiquons brièvement ces données relatives à la congélation, en raison de l'intérêt qu'elles présentent en hydrologie et dans la technique des distributions d'eau.

Solubilité des gaz. — L'eau dissout différents gaz, et notamment les gaz de l'air atmosphérique. La dissolution des gaz dans l'eau est régie par les lois de Henry (1803) et de Dalton (1805) : « L'eau en contact avec une atmosphère indéfinie d'un gaz en dissout un volume qui, ramené à la pression de cette atmosphère, est, pourune température donnée, dans un rapport constant avec le volume du liquide. »Ce rapport constant, ou le volume de gaz dissous par litre d'eau, estle coefficient desolubilitédugaz : il varie avec la température. Pour l'oxygène il est égal à 0,04961 à 0°, et à 0,03497 à -|- 15°; pour lazote, 0,02388 à 0° et 0,01818 à + 15°. Un litre d'eau à 0°, en présence d'un volume d'oxygène illimité, en dissout 49cc,61, et à + 15°, 34cc,97. — Le poids de gaz dissous par un volume déterminé d'eau est proportionnel à la pression que le gaz non dissous exerce sur le liquide. Ainsi, le gaz dissous se dégage complètement sous l'action du vide et au contraire se dissout en plus forte proportion lorsque la pression augmente. (C'est sur ce dernier principe qu'est basée la gazéification par l'acide carbonique des eaux de table, comme l'eau de Scllz, Apollinaris, etc.)

Lorsque l'eau se trouve en présence de plusieurs gaz — c'est le cas général pour les eaux naturelles, — leur dissolution est régie par la loi suivante (Dalton): « L'eau, en présence d'une atmosphère former

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de plusieurs gaz, dissout chacun deux comme s'il était seul, avec la pression qu'il occupe dans le mélange. »

Par exemple, l'eau en contact avec l'air atmosphérique, qui contient quatre cinquièmes d'azote, dissout ce gaz comme s'il existait seul dans le mélange, mais avec une pression égale aux quatre cinquièmes de la pression de l'air; l'oxygène se dissout comme s'il était seul à une pression égale au cinquième de la pression de l'air. Les proportions des volumes dissous de ces deux gaz sont donc :

5 0,01 910 Azote 66,4

0,04961x^~0'00992, OU'P' ' 0x^ène.... 33,6

Ces données expliquent les résultats observés sur les gaz dissous dans les eaux naturelles. Ainsi, l'eau de pluie renferme en moyenne 23 centimètres cubes de gaz, qui sont formés, pour 100 volumes de gaz, de

Azote 65,66

Oxygène 32,15

Acide carbonique 2,19

chiffres voisins des chiffres théoriques. — On voit que le rapport en volumes de l'oxygène et de l'azote dissous, à peu près de 1 à 2, est bien différent du rapport des volumes de ces mêmes gaz dans l'air, soit 1 à 4.

Bien des facteurs peuvent faire varier les proportions relatives des gaz dissous dans les eaux naturelles (composition des terrains traversés, présence de l'acide carbonique en grande quantité, influence des matières organiques en voie d'oxydation, etc.). — Ainsi, pour l'eau de Seine, une moyenne de nombreuses déterminations donne 54 centimètres cubes de gaz dissous, formés de (pour 100 volumes) : azote, 39,55; oxygène, 18,67; acide carbonique, 41,78, chiffres fort éloignés de ceux que fournirait l'eau pure en présence de l'air atmosphérique (1).

Solubilité des. corps solides dans l'eau. — En dehors des gaz, les eaux naturelles tiennent en dissolution un grand nombre de corps provenant du sol avec lequel elles se sont trouvées en contact. Les matières organiques sont en général très peu abondantes : nous savons en effet que la matière organique dans le sol est constamment en voie de minéralisation (Voy. art. Sol), sous l'influence des agents naturels, des germes de toutes espèces, et notamment des germes nitrificateurs. La matière organique soluble qui existe dans le sol est le plus souvent emprisonnée dans des cellules végétales, où l'eau ne peut facilement l'atteindre.

Quant aux divers sels minéraux, la proportion qui s'en dissout dans

(1) Dans certains cas nous avons isolé de l'azote seul (Evaux).

les eaux naturelles dépend évidemment d'abord de leur coefficient de solubilité ; mais diverses influences, et en particulier la présence de l'acide carbonique, font varier cette solubilité dans de très larges limites.

Solubilité des principaux sels minéraux qui se rencontreut dans les eaux

naturelles.

Dans un litre d'eau à -f- 10° Chlorure de sodium 357 grammes.

— de potassium 320 —

— de magnésium 1600 —

Sulfate de soude 527 —

— de potasse 97 —

— de chaux 2 —

— de magnésie 310 —

Carbonate de soude 170 —

— de potasse 890 —

— de chaux 0,010

— de magnésie traces.

Nitrate de soude 780 grammes.

— dépotasse 220 —

— de chaux 940 —

Bicarbonate de soude 100 —

— de potasse 230 —

— de chaux 0,385

— de magnésie 0,715

On remarquera que la solubilité des bicarbonates de soude et de potasse est beaucoup plus faible que celle des carbonates correspondants; ce qui explique pourquoi, dans les eaux minérales bicarbonatées, et riches en acide carbonique, on trouve rarement plus de 5 à 6 gr. de bicarbonates alcalins. Au contraire, pour le carbonate de chaux, qui est extrêmement peu solublc, la présence de l'acide carbonique augmente beaucoup la solubilité. Aussi dans les eaux naturelles issues de terrains calcaires, et contenant du gaz carbonique, la quantité de carbonate de chaux dissoute est souvent bien plus grande que celle que pourrait dissoudre l'eau privée de gaz. Si l'acide carbonique disparaît par suite de l'exposition à l'air, le carbonate de chaux se précipite plus ou moins vite : ainsi s'explique la formation des stalactites ou dépôts calcaires abandonnés par les eaux dites « incrustantes ».

Couleur, transparence et turbidité des eaux. — La transparence des eaux dépend à la fois des matières en suspension et de la couleur. Une eau peut être limpide, quoique très fortement colorée : sa transparence sera faible ; elle peut être incolore et trouble, sa transparence sera également faible. Il est facile d'apprécier isolément la coloration propre de l'eau, en la regardant sous une suffisante épaisseur, après l'avoir préalablement filtrée. D'autre part, la mesure de la transparence et celle de la turbidité ne peuvent guère être séparées.

Sous quelques mètres d'épaisseur, l'eau a une teinte bleu ver-

dâtrè.Dans la nature, l'eau présente dos colorations différentes, selon les corps avec lesquels elle s'est trouvée en contact et qu'elle a pu dissoudre. Tout le inonde sait que les eaux des lacs présentent dv* colorations variées : on cite par exemple les eaux du lac Léman, des lacs du Bourgct et d'Annecy, comme colorées en bleu, celles du lac de Constance en vert, de Nantua en jaune, etc.

La lumière exerce une influence appréciable sur la coloration des eaux : on a reconnu en effet que l'eau ayant subi l'action de la lumière est moins colorée que la môme eau soustraite à cette action ; ainsi l'eau prise à la surface d'un lac est, pour un môme degré de turbidité, moins colorée que celle prise dans les profondeurs. Ce fait paraît attribuable à la nature végétale de la matière colorante, sur laquelle les rayons solaires exercent leur action destructive bien connue.

Les eaux issues de terrains granitiques, lacs et eaux courantes, tourbières, marécages, peuvent être colorées en jaune brun, jaune verdâtre, ou brun par les matières organiques en voie de régression et notamment par certains humâtes alcalins solubles. Les eaux issues de terrains calcaires, sableux, argileux — ou coulant sur ces terrains — sont généralement peu colorées, les matières colorantes étant fixées mécaniquement ou détruites.

Pour apprécier la couleur de l'eau, il importe de séparer d'abord les éléments en suspension. A cet effet, on filtre soit sur une colonne de coton de verre serré, soit sur du silex pur concassé en grains fins, soit encore à travers une bougie de porcelaine poreuse sans alumine (1), ou sur une bougie siliceuse en terre de diatomées (Berkefeld). L'eau filtrée est introduite dans des tubes de verre de longueurs diverses (0m,25 à 1 mètre par exemple), fermés à leurs extrémités par des glaces : les tubes qui servent aux essais polarimétriques peuvent être employés à ces usages. On fait des observations comparatives avec des tubes remplis d'eau distillée pure.

Zidy examinait, dans un tube de 0m,60 de long, l'eau étudiée, et, dans un autre tube semblable, de l'eau distillée. En interposant sur le trajet du rayon lumineux de petits vases renfermant des solutions colorées, il cherchait à obtenir avec l'eau distillée la même teinte qu'avec l'eau étudiée. Ces solutions colorées étaient formées de chromate de potasse pour les teintes jaunes et de sulfate de cuivre pour les teintes bleues. Thoulet s'est servi dans le môme but de séries de verres teintés, bleus et jaunes.

Aux États-Unis, où les eaux potables sont fréquemment colorées de teintes diverses, la détermination du degré colorimétrique a été l'objet de nombreuses études. Parmi les méthodes les plus recommandables, citons celle d'Allen Hazen, employée au Geological Sur-

(1) L'alumine exerce une action décolorante.

vey, dite méthode au plalino-cobalt : elle repose sur l'observation de l'eau, dans des tubes analogues aux tubes polarimélriques, comparativement avec des solutions témoins colorées à l'aide de chlorure platinico-potassique et de chlorure cobalteux : la couleur de ces témoins ne s'altère pas. Le Geological Survey adopte comme base des mesures le nombre de milligrammes de platine contenu dans un litre. La solution type, marquée 500, est obtenue par dissolution d'une quantité de lsr,246 de chlorure platinico-potassique PtCl42KCl (correspondant à 500 milligrammes de platine), et de 1 gramme de chlorure cobalteux hydraté cristallisé (correspondant à 0,250 de cobalt), avec 100 centimètres cubes d'acide chlorhydrique ; on complète avec de l'eau distillée pour faire un litre. On prépaie avec cette solution divers tubes témoins que l'on conserve dans des tubes de 100 centimètres cubes de capacité et de 0,n,20 de hauteur. Les solutions peuvent aussi être examinées à l'aide de colorimètres comme celui de Fitz-Gerald (Laboratoire des Walerworks de Boston).

Pour les opérations sur place, où le maniement des solutions types serait peu commode, on remplace ces solutions par des séries de verres ayant les mêmes teintes que les types au platino-cobalt, et que l'on visse à l'extrémité du tube contenant l'eau distillée, jusqu'à ce qu'on obtienne l'égalité de teinte avec le tube contenant l'eau étudiée.

Les eaux colorées ne paraissent pas avoir d'action nuisible au point de vue de l'hygiène, du moins lorsque la couleur ne provient pas de substances minérales nocives, d'eaux résiduaires industrielles, de matières organiques suspectes. Un assez grand nombre de villes des Etats-Unis sont alimentées par des eaux fortement colorées, sans qu'on ait jusqu'ici relevé d'accidents fâcheux dus à leur emploi.

Turbidité, transparence. — Selon la nature et la quantité des éléments qu'elle tient en suspension, l'eau est plus ou moins trouble ou louche.

Une trace d'argile en très fines particules, de minimes quantités de sels de fer en voie d'oxydation, suffisent pour altérer la limpidité de volumes d'eau relativement considérables. En dehors des matières terreuses en suspension, les algues, les diatomées sont souvent la cause de la turbidité de certaines eaux. — Tantôt une simple décantation ou une filtration grossière suffisent pour séparer ces éléments et rendre à l'eau sa limpidité. Tantôt, au contraire, une décantation de longue durée ou une filtration sur matériaux très fins sont à peine efficaces (eaux de Yalios, eaux contenant des substances organiques colloïdales), et il existe des eaux dont le trouble ne disparait que par l'emploi d'agents chimiques coagulants, comme l'alun ou le sulfate d'alumine.

Parfois des eaux pures, ayant subi dans le sol une filtration suffi-

<;uit<> et parfaitement limpides à leur émergence, deviennent après quelques heures tout à fait opaques : c'est le cas de beaucoup d'eaux sulfureuses; les eaux chargées d'acide carbonique et de sels calcaires, beaucoup d'eaux ferrugineuses présentent cet inconvénient (1). Elles peuvent cependant être employées pour la boisson, après décantation, ou grâce à des traitements spéciaux.

Ed. Bonjean a étudié la composition des dépôts formés par certaines eaux devenant troubles à l'air : ce sont des combinaisons organiques riches en fer, renfermant de 18,6 à 7,3 p. 100 de matières organiques, des carbonates de chaux et de magnésie, de la silice, de l'acide phosphorique et de l'arsenic; le fer, l'arsenic, l'acide phosphorique, que l'eau contenait primitivement, sont ainsi entraînés en totalité dans le dépôt.

Analyses de dépôts formés par des eaux originairement limpides.