ESSAI RAPIDE DES EAUX

La détermination du résidu sec et des matières en suspension faite, les caractères organoleptiques de l'eau étant constatés et les essais qualitatifs ayant fourni les renseignements que nous venons de rappeler, il y a lieu de déterminer, d'une façon aussi approchée que possible, la quantité de chacun des principaux sels contenus dans l'eau. On peut y arriver de diverses manières, soit en analysant par pesées, soit en employant la méthode hydroli-

mélrique, plus rapide, mais qui n'est généralement employée que pour la détermination des sels calcaires.

Dans le premier cas, on pourra opérer ainsi :

On fait bouillir un litre d'eau pendant une heure, en remplaçant de temps en temps le liquide qui s'évapore, par de Teau distillée.

Par TébuUition, les carbonates de chaux et de magnésie sont décomposés, il se fait un précipité de carbonate de chaux ne contenant en général que des traces de silice, d'oxyde de fer, d'alumine, de phosphate d'alumine et de phosphate de chaux. Il est rare qu'il y ait du carbonate de magnésie dans ce précipité.

On sèche à 120^ et on ajoute au poids du précipité O'^jOSl pour le carbonate de chaux resté en dissolution. On a ainsi le poids total du carbonate de chaux contenu dans l'eau \

On réduit ensuite au dixième de son volume primitif l'eau dont on a enlevé le bicarbonate de chaux, comme il vient d'être dit, et on additionne la liqueur (non séparée du précipité nouveau qui vient de se former) de son volume d'alcool à 80-85** centésimaux. On obtient ainsi un précipité de sulfate de chaux et de sulfate de magnésie, contenant sensiblement 0^,031 de carbonate de chaux qui a passé en solution et s'est séparé parla concentration. On jette sur filtre, on lave à l'alcool, on sèche à 150^. On pèse, on lave le résidu avec un peu d'eau saturée de plâtre. Le sulfate de magnésie passe en solution, et il ne reste sur le filtre que du sulfate de chaux qu'on égoutte sur une terre cuite et qu'on sèche de nouveau à 150**. On le pèse et, en défalquant 0^%031, on a le poids de sulfate de chaux; la différence donne le sulfate de magnésie.

La liqueur alcoolique, réunie à Talcool qui a servi aux lavages, contient les chlorures et azotates terreux, s'il en existait dans l'eau, ainsi que les sels alcalins. On additionne de carbonate d'ammoniaque, on évapore à sec, on chasse au rouge naissant l'excès de carbonate ammoniacal et on reprend par l'eau distillée qui laisse les carbonates de chaux et de magnésie correspondant aux chlorures et azotates terreux, tandis que la liqueur filtrée donne les

' Pcligot donne comme solubilité du marbre et du carbonate de chaux artificiel, mis à digérer dans Feau, 0«»,02 par litre.

MM. Boutron et Boudet trouvent 3** hydrotimétriques, soit sensiblement OB'yO^l, pour la solubilité du carbonate reste en dissolution, quand on décompose le bicarbonate par l'cbullition. Weltzicn a trouvé CjOSô.

chlorures et azotates alcalins. On décèle la présence des chlorures et on les dose, au besoin, par le nitrate d'argent, ou ainsi qu'il est dit plus loin, au paragraphe Chlorures

On reconnaît les nitrates comme nous l'avons vu, et on les dose par un des procédés indiqués plus loin au paragraphe spécial Nitrates

L'essai rapide de Teau, fait comme nous venons de l'indiquer, n'est certainement pas une analyse complète. Il y manque, entre autres choses, la répartition des acides et des bases, mais ceci est plus spécialement du domaine de l'analyse chimique et ne présente qu'un intérêt relatif au point de vue où nous nous sommes placés. Nous renverrons donc pour ces recherches aux traités d'analyse spéciaux. Il faut dire d'ailleurs que les dosages d'eau comportent toujours une certaine incertitude, même pour le chimiste qui emploie les méthodes les plus précises et les plus complètes.

Indépendamment de la difficulté de dosage de certains corps : les alcalis, les phosphates, par exemple, nous ne connaissons pas toujours le mode de groupement des acides et des bases des sels, et les résultats de l'analyse peuvent ne pas être une traduction fidèle de cette répartition.

Si l'on mélange, par exemple, du sulfate de magnésie et du chlorure de sodium, l'évaporation donnera un résidu formé de ces sels ; la congélation, au contraire, produira du sulfate de soude et du chlorure de magnésium, ce dernier restant en solution (Hervé- Mangon).

Cette observation s'applique à l'analyse des eaux naturelles. On voit, d'après cela, comment différents expérimentateurs d'accord, au fond, sur les chiffres bruts, peuvent exprimer différemment le résultat de l'analyse.

Nous avons dit qu'en général, l'analyse des eaux naturelles employées par l'industrie ou les usages domestiques, n'indiquait pas la présence du carbonate de magnésie, bien qu'il existât dans l'eau en solution, à la faveur de l'acide carbonique. Ceci s'explique par les raisons suivantes :

Le carbonate de magnésie est relativement plus soluble dans l'eau que le carbonate de chaux, et, en présence de certains sels, devient plus soluble encore. Cette solubilité est plus grande à froid

qu'à chaud. Il se passe donc, pendant Topération qui sert à déterminer le carbonate de chaux, le phénomène suivant :

Si Teau contient des bicarbonates de chaux et de magnésie, avec ou sans autres sels de magnésie, pendant TébuUition les bicarbonates sont décomposés avec précipitation de carbonate de chaux, soit seul, soit accompagné d'une petite quantité de carbonate de magnésie. Par le refroidissement et l'agitation de la liqueur, ce dernier se redissout, de manière qu'en filtrant, on ne sépare que le carbonate de chaux.

Si les carbonates de chaux ou de magnésie sont associés à un ou plusieurs autres sels de magnésie et de chaux, tels que les sulfates, azotates, chlorhydrates, et dans des proportions suffisantes pour que la chaux soit en excès par rapport à l'acide des deux carbonates, il se fait, pendant l'ébuUition, une telle répartition des acides entre les bases que la liqueur se comporte comme si tout l'acide carbonique qu'elle renferme était combiné avec la chaux. La moitié de l'acide carbonique se dégage, pendant que l'autre moitié se trouve engagée dans la combinaison de carbonate de chaux, et l'on retrouve dans la liqueur filtrée le reste de la chaux et la totalité de la magnésie combinés avec les acides sulfurique, chlorhydrique et azotique.

Le dosage fait par cette méthode ne donnera donc pas de renseignement sur l'état où se trouve la magnésie. Il en serait de même d'ailleurs, si on employait le phosphate ammoniaco-magnésien pour produire cette précipitation.

Au cas où le bicarbonate de magnésie dominerait dans l'eau, on le trouverait à l'état de précipité dans le carbonate déposé par l'ébuUition. Il y aurait lieu, dans le dosage, de tenir compte de sa solubilité dans l'eau.

Une partie de la chaux, contenue dans l'eau à l'état de sulfate, peut être attribuée, d'après ce que nous avons vu, au carbonate de chaux et, par contre, la magnésie, qui se trouvait à l'état de carbonate, sera dosée comme sulfate.

C'est à cause de ces incertitudes que la méthode généralement adoptée pour traduire le résultat consiste à inscrire, les unes à la suite des autres, les quantités de métaux et les quantités d'acides déterminées par l'analyse, sans en faire la répartition, en n'indi-

EADX NATURELLES. 4

50 EPURATION DES EAUX

quant d'une façon plus complète que les corps que Ton peut doser sans incertitude.

Il est bon, cependant, dans beaucoup de cas, de chercher à se rendre compte de la physionomie chimique des corps contenus dans Teau, en les groupant pour le mieux, suivant les indications que peuvent fournir à un analyste les diverses méthodes que la science met à sa disposition.

On se rend mieux compte ainsi des inconvéoients que peut présenter une eau, à l'inspection du tableau de sa composition. On verra si le résidu est neutre, alcalin, acide, et quels sels, plus ou moins nuisibles, il peut contenir.

Pour l'usage industriel, la nécessité d'une détermination précise, mettant en œuvre toutes les ressources de la chimie, ne se fait pas souvent sentir. Une méthode simple et rapide, indiquant d'une façon suffisante le degré de dureté de l'eau, peut rendre les plus grands services. Cette méthode existe et porte le nom d'%rfro/imétrie.

§ 4. HYDROTIMÉTRIE

But de la méthode. — Une eau douce, propre à la boisson, aux usages domestiques et industriels, se caractérise par cette propriété de cuire facilement les légumes et de dissoudre le savon. Une eau a^ue durcit les légumes à la cuisson, et forme avec le savon des grumeaux plus ou moins abondants.

La dureté de l'eau est très variable ; elle est due principalement aux sels calcaires et magnésiens. L'hydrotimétrie permet de classer rapidement les eaux suivant leur degré de dureté en utilisant cette propriété des sels terreux de donner des savons insolubles.

Cette méthode est due au docteur anglais Clark » et a été introduite en France par MM. Boutron à Boudet» qui lui ont donné le nom qu'elle porte et l'ont perfectionnée. Clark a reconnu que la

* Note on the examinalion of waier for Towns, for its Hardnesss and for the incrustation it de posits on boiting, ■ Uydrotimétrie, pai* MM. Boutron et Boudet, Paris, V. Masson, 1856.

teinture alcoolique de savon rend Teau mousseuse et ne produit de mousse dans les eaux chargées de sels terreux et particulièrement de chaux et de magnésie, qu'autant que ces sels ont été décomposés et neutralisés par une portion équivalente de savon, et qu'il reste un petit excès de celui-ci dans la liqueur.

La dureté d'une eau étant proportionnelle aux sels terreux qu'elle contient, la quantité de teinture de savon nécessaire pour y produire la mousse peut donner la mesure de sa dureté.

Le titrage hydrotimétrique dose en bloc, en même temps que les sels de chaux et de magnésie, les petites quantités d'alumine, de silice, de fer que peuvent contenir les eaux, ainsi que l'acide carbonique libre qui s'oppose à la formation de la mousse. Il n'en donne pas moins des renseignements fort utiles sur la valeur des eaux relativement à leurs usages dans l'économie domestique et dans les arts.

Liqueur d'épreuve. — Le titrage des eaux se fait au moyen d'une liqueur dite d'épreuve, composée ainsi :

On prend :

Savon blanc de Marseille, bien sec lOOgranames.

Alcool à 90<* centésimaux 1000 —

On dissout le savon dans l'alcool en chaufifant jusqu'à l'ébullilion. On filtre pour séparer les sels et matières étrangères insolubles dans l'alcool que le savon peut contenir et on ajoute à la dissolution fillrée :

Eau distillée pure à 0® hydrotimétrique . . iOOO grammes. On obtient ainsi 2700 —

d'une liqueur qui doit avoir un titre très rapproché de la liqueur d'épreuve normale, mais qui ne peut être employée sans vérification. •

(D'après M. Robinet, si on substitue au savon de Marseille 100 grammes de savon médicinal, dit amygdalin, bien sec, on obtient immédiatement la liqueur normale d'épreuve à 22''.)

Liqueur normale. — La vérification de cette liqueur d'épreuve se fait avec une liqueur calcaire ou bary tique dite normale.

52 EPURATION DES EAUX

MM. Boulron et Boudet emploient une dissolution de chlorure de calcium fondu contenant un quatre millième de son poids ou 0^,25 de ce sel par litre d'eau distillée.

On peut substituer au chlorure de calcium une proportion chimiquement équivalente de tout autre sel capable de former, avec les acides gras du savon, une combinaison insoluble, telle que le chlorure de baryum, Tazotate de baryte. L'azotate de baryte est d'un maniement commode et facile à obtenir pur.

L'équivalent de 0^',25 de chlorure de calcium en azotate de baryte étant 0^,59, c'est cette proportion qu'on doit substituer pour obtenir une dissolution barytique de même degré.

Burette hydrotimétrique. — L'essai s'effectue au moyen d'une petite burette graduée (flg. 1) et d'un flacon bouché à l'émeri de ^. ^^ ^^ ^^ 60 à 80 centimètres cubes de capa- \^sJii \V>x ^^*^' portant des traits indiquant 40,

20, 30, 40 centimètres cubes à partir

Eaù pur» du foud.

La graduation de la burette est faite

de telle façon qu'une capacité de 2",4,

prise à partir d'un trait circulaire tracé

au sommet de la burette, se

trouve divisée en vingt-trois parties égales, et que les divisions suivantes sont parfaitement égales aux premières. Chaque division de la burette représente un degré. La burette, pour chaque expérience, doit être rechargée au trait circulaire. Le n'est marqué qu'au-dessous de cette division.

La petite quantité de dissolution savonneuse, qui est comprise entre le trait et le 0, est nécessaire pour communiquer, à 40 centimètres cubes d'eau distillée pure, la viscosité suffisante pour qu'il se forme par l'agitation une mousse persistante.

Fig. 1 et 2. — Flacon et burette hydrotimétriques.

A partir de 0^, les divisions comptent et représentent la quantité de savon décomposée par les substances en dissolution.

La liqueur d'épreuve doit être telle que les vingt-trois divisions de la burette qui sont comprises entre le trait circulaire et le chiffre 22 (22 + 1 division, du trait circulaire au zéro) c'est-à-dire 22"" effectifs, soient rigoureusement nécessaires pour produire une mousse persistante avec 40 centimètres cubes de la dissolution de chlorure de calcium à un quatre millième ou dissolution normale.

Vérification de la liqueur d'épreuve. — En conséquence, la liqueur savonneuse étant faite, on détermine par une expérience le nombre de degrés que 40 centimètres cubes de dissolution normale de chlorure de calcium ou (d'azotate de baryte) exigent de cette solution pour produire une mousse persistante.

Si le nombre de degrés est 22, la liqueur savonneuse, dite A^épreuvCj est parfaite. S'il en faut plus, la liqueur est trop faible ; on la concentre jusqu'à ce qu'elle soit juste ; s'il en faut moins, la liqueur est trop forte ; on l'étend d'eau avec précaution et on essaie jusqu'à ce qu'on arrive au titre voulu. On peut, au besoin, accepter la liqueur telle quelle, en faisant la correction nécessaire, obtenue en divisant le nombre de degrés x trouvés, par 22; on multiplie par ce coefficient ^ les chiffres obtenus dans les essais.

La dissolution normale de chlorure de calcium, étant faite avec 25 centigrammes de chlorure par litre d'eau, contient 1 centigramme de ce sel par 40 grammes (un vingt-cinquième de litre). Il en résulte que 22* de liqueur d'épreuve sont neutralisés par un centigramme de chlorure, que 1* correspond à ; = 0^,00045 de ce sel, et enfin que chaque degré de liqueur d'épreuve neutralisée par 40 centigrammes cubes de solution normale représente — ' ^ " = 0^,0114 de chlorure de calcium, dans un litre de cette même dissolution.

D'autre part si, considérant, d'après l'analyse de Thénard, le savon marbré de Marseille comme formé de :

Soude 6

Acide gras 64

Eau 30

Si ÉPURATION DES EAUX

on prend pour son équivalent chimique le nombre 6 453 (rapporté à Toxygène = iOO), l'équivalent du chlorure de calcium étant 693,20, si on multiplie le chiffre trouvé plus haut, 0^,0114, par le quotient ^^pï^^ on obtient comme résultat 0^,106.

On peut donc dire que chaque degré de la liqueur d'épreuve (savon), indiquant une teneur de 0^',0H4 en chlorure de calcium par litre, représente en môme temps.1 décigramme (plus exactement 0^,106) de savon neutralisé par un litre de cette dissolution. Il est clair qu'on peut essayer de la même manière une dissolution d'un sel de chaux, de magnésie, de baryte ou autre base capable de fournir avec le savon des composés insolubles. Un simple calcul de proportion donnerait les poids correspondant à un degré de la burette par chaque litre de dissolution, pour les sels à base terreuse.

Indications fournies par le degré hydrotimétrique. — Si Ton essaie avec la liqueur d'épreitvey une fois titrée, une eau de source, de puits, de rivière, contenant, comme nous l'avons vu, des sels de chaux et de magnésie, le degré obtenu indique tout à la fois la proportion de chlorure de calcium et de savon neutralisé équivalente à ces sels pour un litre de l'eau examinée.

Si une eau donne, par exemple, le degré 20, ce degré indiquera :

1** Le numéro d'ordre de l'eau examinée dans une classification méthodique dite échelle hydrotimétinquey ayant pour point de départ l'eau pure, représentée par zéro ;

2° La proportion de chlorure de calcium équivalente aux sels de chaux et de magnésie contenus dans un litre de cette eau, c'est-àdire :

0«%H4 X 20 = O'^^ZS ou 2 décigr. 28;

3** La proportion de savon que neutralise un litre de cette eau, soit 20 décigrammes.

Mode opératoire. — Ceci étant posé, voici comme on procède à un essai hydrotimétrique.

On prend quelques centimètres cubes (20 à 30) de l'eau à essayer, dans un verre à expériences, on y verse un centimètre cube, environ, de liqueur savonneuse, on agite; si l'eau devient opaline sans

grumeaux, on emploiera Teau telle quelle à l'essai. S'il se forme des grumeaux ou flocons, le litre serait difficile à prendre, la formation de flocons épais et d'écume se rassemblant à la surface gênant la détermination de la mousse. On doit mélanger cette eau dure à de Teau distillée pour la ramener à un titre inférieur à 30 degrés.

On lui ajoute donc une fois ou trois fois son volume d'eau distillée, en se servant pour cela du flacon jaugé ou mieux d'une pipette graduée, qui donne des résultats plus exacts, le tout forme 40 cenmètres cubes.

On multipliera le degré trouvé par 2 ou par 4, suivant la quantité dont on a étendu.

On prend donc, dans le flacon gradué, 40 centimètres cubes de Feau, diluée ou non, on ajoute peu à peu la liqueur hydrotimétrique de la burette en examinant de temps en temps si elle produit une mousse persistante et légère. (Cette mousse doit former à la surface de l'eau une couche régulière d'au moins un demi-centimètre d'épaisseur, et persister dix minutes sans s'afl^aisser.

On attend que la liqueur de savon qui couvre les parois soit redescendue dans la burette, et on lit le degré trouvé.

Précautions à prendre. — Il y a lieu de s'exercer un peu pour arriver à des résultats exacts.

Si on emploie l'eau distillée pour diluer, on doit la vérifier, car il arrive souvent qu'elle ne soit pas pure et exige plus de 1** de la burette, soit qu'elle contienne de petites quantités de sels calcaires, soit qu'elle renferme un peu d'acide carbonique. Celte observation est très importante puisque, dans le cas de l'emploi d'eau distillée, les résultats trouvés sont toujours multipliés par 2 ou par 4, et que l'erreur absolue s'augmente d'autant.

Il est nécessaire également de conserver la liqueur hydrotimé- Irique, comme la liqueur normale, dans des flacons bien bouchés, de vérifier souvent la liqueur d'épreuve et de corriger les résultats si elle a changé de titre.

Pour les vérifications, le sel dont l'emploi est le plus commode est l'azotate de baryte dont on prend 0^,59 pour un litre d'eau distillée.

Péligot a conseillé de tenir la burelte avec une pince en bois, la

liqueur alcoolique étant assez dilatable et la chaleur de la main causant une erreur appréciable.

Equivalents hydrotimétriques — MM. Boutron et Boudet ont déterminé les équivalents en poids d'un degré hydrotimétriquc pour les corps dont les noms suivent :

Chaux O^SOOoT

Chlorure de calcium 0114

Carbonate de chaux 0103

Sulfate de chaux 0140

Magnésie 0042

Chlorure de magnésium . . 0090

Carbonate de magnésie 008B

Sulfate de magnésie 0125

Chlorure de sodium 0120

Sulfate de soude 0146

Acide sulfurique 0082

Chlore 0075

Savon à 30 p. 100 d*eau 1061

Acide carbonique 0"S005

Degré hydrotimétrique de quelques eaux. — Voici, comme terme de comparaison, le degré hydrotimétrique total d'un certain nombre d'eaux :

Eau distillée (Boutron et Boudet)

— du lac de Longemer

— de la forêt de Guirbaden

— de l'Allier, à Moulins (Boutron et Boudet). .

— de pluie à Paris

— de la Dordogne, à Libourne (Boutron et

Boudet) .

-- de la Garonne, à Toulouse

— de la Loire, à Tours et à Nantes

— de Glascow (eau de montagne)

— de source de Fromont (Vosges)

— de la Neva, à Saint-Pélersbourc (Robinet) .

— de source, de Grandfontaine (Vosges) . . .

— d'Edimbourg

— de Newcastle

— Sources du Morvan, sortant du granit (Bel-

grand)

SiTOS DECOIPOSC