Calculateur de demande chimique en oxygène (DCO)
Calculez la demande chimique en oxygène (DCO) d'un échantillon d'eau à partir du dosage en retour au dichromate. Saisissez les volumes de titrage FAS du blanc et de l'échantillon, la normalité du titrant et le volume d'échantillon pour obtenir le résultat en mg/L en O₂.
Calcul de la DCO par titrage du blanc et de l'échantillon
Formule de la demande chimique en oxygène
Où :
- \(V_b\) — volume de titrage du blanc, en mL de FAS utilisés pour le blanc d'eau distillée
- \(V_s\) — volume de titrage de l'échantillon, en mL de FAS utilisés pour l'échantillon minéralisé
- \(N\) — normalité du titrant, le sulfate de fer(II) et d'ammonium ou sel de Mohr (FAS), en éq/L
- \(S\) — volume d'échantillon d'eau initial introduit dans le ballon à reflux (mL)
- \(8000\) — facteur de conversion : 8 mg/méq (masse équivalente-gramme de O₂ en milligrammes) × 1000 mL/L
La formule transforme la différence entre les titrages du blanc et de l'échantillon en équivalent oxygène de la matière organique qui a consommé du dichromate au cours de la minéralisation.
Demande chimique en oxygène – Exemple de calcul
Exemple : un échantillon d'eaux usées est porté à reflux en présence de dichromate. Le blanc demande 25,0 mL de FAS à 0,1 N, l'échantillon minéralisé 20,5 mL, et le volume d'échantillon était de 20 mL.
\[ \text{DCO} = \frac{(25 - 20{,}5) \times 0{,}1 \times 8000}{20} \]
\[ \text{DCO} = \frac{4{,}5 \times 0{,}1 \times 8000}{20} = 180 \ \text{mg/L en O}_2 \]
Résultat : 180 mg/L en O₂ — une valeur typique d'un effluent moyennement chargé.
Comment utiliser le calculateur de DCO
- Saisissez le volume de titrage du blanc (Vb) en mL — le FAS nécessaire pour titrer le blanc d'eau distillée après le reflux.
- Saisissez le volume de titrage de l'échantillon (Vs) en mL — le FAS nécessaire pour titrer l'échantillon minéralisé. Il doit être inférieur ou égal au volume du blanc.
- Saisissez la normalité du titrant (N) — la normalité de la solution de FAS, étalonnée le jour de l'emploi (généralement autour de 0,1 N).
- Saisissez le volume d'échantillon (S) en mL — le volume d'échantillon d'eau initial placé dans le ballon à reflux (le plus souvent 20 mL).
- Lisez la demande chimique en oxygène (DCO) en mg/L en O₂, accompagnée du détail du calcul étape par étape.
Qu'est-ce que la demande chimique en oxygène ?
La demande chimique en oxygène (DCO) mesure la quantité totale d'oxygène nécessaire pour oxyder chimiquement la matière organique — et une partie de la matière inorganique — dissoute ou en suspension dans un échantillon d'eau. C'est l'un des indicateurs de qualité de l'eau les plus utilisés dans le traitement des eaux usées, la surveillance des rejets industriels et l'étude de la pollution des rivières : plus la DCO est élevée, plus l'eau contient de pollution oxydable.
Dans la méthode normalisée au dichromate (Standard Methods 5220B de l'APHA, ISO 6060), l'échantillon est porté à reflux pendant environ deux heures avec un excès connu de dichromate de potassium (K₂Cr₂O₇) en milieu fortement acide, en présence de sulfate d'argent comme catalyseur. La matière oxydable réduit Cr₂O₇²⁻ en Cr³⁺. Après minéralisation, le dichromate restant est dosé en retour par le sulfate de fer(II) et d'ammonium (FAS) avec le ferrocène comme indicateur (ferroïne).
Tout le calcul repose sur la différence entre les deux volumes de titrage. Le blanc ne contient aucune demande en oxygène : tout son dichromate subsiste et la totalité du FAS est nécessaire pour le titrer. L'échantillon consomme une partie de son dichromate, donc moins de FAS est requis. La différence \(V_b - V_s\), multipliée par la normalité du titrant, donne les milliéquivalents de dichromate consommés — soit exactement l'équivalent oxygène de la matière oxydée.
Le facteur 8000 mérite une brève explication. L'oxygène (M = 32 g/mol) accepte 4 électrons par molécule, donc sa masse équivalente vaut 32/4 = 8 g/éq, soit 8 mg par milliéquivalent. La multiplication par 1000 fait passer du volume en mL au litre. Le résultat s'exprime donc en mg/L de O₂, alors même qu'aucun oxygène n'est réellement consommé au cours de l'essai.
Interprétation du résultat
Quelques valeurs de référence permettent de situer une DCO : une eau de rivière propre affiche généralement 5 à 30 mg/L ; un effluent urbain bien traité 30 à 100 mg/L ; des eaux usées domestiques brutes 300 à 600 mg/L ; certains déchets industriels peuvent dépasser plusieurs milliers de mg/L. Les autorisations de rejet fixent en général une DCO maximale, de sorte que le résultat est souvent comparé directement à une limite réglementaire.
La DCO se distingue de la demande biochimique en oxygène (DBO) : la DCO mesure tout ce qui est oxydable chimiquement — y compris les composés que les bactéries ne peuvent pas dégrader — et ne demande que quelques heures, contre les 5 jours nécessaires pour la DBO₅. Pour la plupart des eaux usées, le rapport DCO/DBO se situe entre 1,5 et 3, et la DCO sert souvent d'estimation rapide de la DBO dès que ce rapport a été établi pour un effluent donné.
Hypothèses, limites et conseils pratiques
- Étalonnage du titrant : la normalité du FAS doit être vérifiée par rapport au blanc ou à un étalon primaire le jour de l'emploi ; le FAS s'oxyde lentement pendant le stockage. L'étalonnage doit se faire avec le même montage que le titrage des échantillons.
- L'échantillon doit consommer moins de titrant que le blanc : si \(V_s > V_b\), quelque chose cloche — l'échantillon n'a pas été minéralisé, les volumes ont été intervertis ou la fin de titrage a été dépassée.
- Interférence des chlorures : les ions chlorure sont oxydés par le dichromate et majorent le résultat. On ajoute du sulfate mercureux pour complexer les chlorures, mais au-delà d'environ 2000 mg/L de Cl⁻ l'échantillon doit être dilué. Attention : les déchets contenant du mercure doivent être manipulés et éliminés comme déchets dangereux.
- Oxydation incomplète : la pyridine et les autres hétérocycles azotés, ainsi que certains composés aliphatiques linéaires, ne sont pas totalement oxydés, même avec le catalyseur à l'argent. Les composés volatils peuvent également s'échapper si le montage de reflux fuit.
- Échantillons à forte DCO : si la DCO calculée dépasse environ 1000 mg/L, la plus grande partie du dichromate a été consommée et l'excès n'est plus garanti. Diluez l'échantillon et recommencez le dosage.
- Résultat nul : des volumes identiques pour le blanc et l'échantillon signifient qu'aucun dichromate mesurable n'a été consommé. C'est possible pour une eau très propre, mais il vaut mieux vérifier que la minéralisation a bien été menée à son terme.
Si vous travaillez sur la stœchiométrie d'autres techniques analytiques ou électrochimiques, nos calculateurs Potentiel standard d'une pile, Produit de solubilité (Ksp) et Plates théoriques en chromatographie pourraient aussi vous être utiles.
Questions fréquentes
Pourquoi la DCO est-elle exprimée en mg/L de O₂ alors que l'essai utilise en réalité du dichromate ?
La DCO est un équivalent oxygène : elle répond à la question « quelle quantité d'oxygène faudrait-il pour oxyder cette matière ? » Le dichromate accepte 6 électrons par unité de formule, tout comme \(\text{O}_2\) accepte 4 électrons lorsqu'il joue le rôle d'oxydant. Le facteur 8000 (8 mg/méq × 1000) convertit le transfert d'électrons mesuré en masse d'oxygène qui aurait accepté ces mêmes électrons, ce qui donne un résultat comparable d'une méthode à l'autre.
Quelle est la différence entre la normalité et la molarité du titrant FAS ?
La normalité (éq/L) mesure la capacité réactive, tandis que la molarité (mol/L) compte les molécules. Pour le sulfate de fer(II) et d'ammonium, la distinction a son importance : chaque ion \(\text{Fe}^{2+}\) cède exactement un électron, donc pour le FAS seul, la normalité est égale à la molarité — une solution de FAS à 0,1 M est à 0,1 N. En revanche, pour le réactif dichromate, les deux diffèrent : \(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\) accepte 6 électrons par mole, donc 0,25 N correspond à environ 0,0417 M.
Comment convertir une DCO entre mg/L, ppm et d'autres unités ?
Dans les solutions aqueuses diluées, mg/L en O₂ est pratiquement identique au ppm en masse : 1 mg/L ≈ 1 ppm. Pour convertir, divisez par 1000 pour obtenir des g/L, ou multipliez par 1000 pour des µg/L (ppb). Pour exprimer le résultat en kg de O₂ par jour (fréquent dans les calculs de charge des stations d'épuration), multipliez la DCO en mg/L par le débit en m³/jour et divisez par 1000. Conservez toujours la mention « en O₂ » dans le compte rendu, car d'autres bases d'expression (par exemple en C) sont parfois utilisées.
Peut-on calculer la DBO à partir d'un résultat de DCO ?
Pas directement — la DCO et la DBO mesurent des choses différentes. La DCO englobe tout ce qui est oxydable chimiquement, alors que la DBO ne comptabilise que ce que les micro-organismes peuvent dégrader pendant la durée de l'essai. Toutefois, pour un flux d'eaux usées donné, le rapport DCO/DBO est assez stable (généralement 1,5 à 3 pour les eaux usées urbaines) : une fois ce rapport établi à partir de mesures appariées, la DCO peut servir d'estimation rapide le jour même de la \(\text{DBO}_5\). Ce rapport doit être vérifié pour chaque effluent et contrôlé périodiquement.
Comment prendre en compte une dilution de l'échantillon avant le dosage de la DCO ?
Si vous avez dilué l'échantillon avant de le pipeter dans le ballon à reflux — par exemple 10 mL d'échantillon complétés à 20 mL — le calculateur donne la DCO du mélange dilué, qui sous-estime la valeur d'origine. Multipliez le résultat par le facteur de dilution \(\frac{V_{final}}{V_{echantillon}}\). Attention, cela diffère du cas où l'on pipette directement un volume d'échantillon plus faible (par exemple 10 mL au lieu de 20 mL) : dans ce cas, saisissez simplement ce volume plus petit comme S et aucune correction n'est nécessaire.
Quelles sont les erreurs les plus courantes qui faussent les résultats du titrage de la DCO ?
Les erreurs fréquentes incluent l'emploi d'un FAS non étalonné (il s'affaiblit au stockage et majore les résultats), une mauvaise lecture du virage de la ferroïne (dépassement de la transition du bleu au brun rougeâtre), l'interversion des volumes du blanc et de l'échantillon, ou une fuite du réfrigérant qui laisse s'échapper les composés organiques volatils. Méfiez-vous aussi des échantillons riches en chlorures : au-delà d'environ 2000 mg/L de Cl⁻, même le sulfate mercureux ne peut masquer entièrement l'interférence, donc diluez l'échantillon. Enfin, respectez bien les 2 heures de minéralisation — un reflux incomplet donne des valeurs faussement basses.