CHAPITRE 2 REVUE DE LITTÉRATURE
2.3 Corrosion du fer et enjeux pour le réseau
2.3.1 Facteurs influençant la corrosion du fer
La corrosion du fer dans les réseaux de distribution est un phénomène complexe. Les principales sources de fer dans les réseaux de distribution sont les conduites de fonte, de fonte ductile, de fer et d’acier galvanisés (Santé Canada, 2009). Le fer peut être libéré directement à partir des matériaux à base de fer ou par les tubercules de rouille formés par la corrosion (Santé Canada, 2009). Pour protéger un réseau de distribution de la corrosion, il est recommandé de maintenir l’alcalinité totale et la dureté calcique entre 40 et 80 mg CaCO3/L (Schock, 1990). Différents indices ont été développés pour quantifier le potentiel de corrosivité. L’indice de Larson (LR) quantifie le caractère corrosif de l’eau pour les métaux en fonction de l’alcalinité totale et des concentrations de sulfates (SO42-) et de chlorures (Cl-) (Zhang et al., 2014). Il y a un risque de corrosion des
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métaux lorsque l’indice dépasse 0,5 et la corrosion est importante lorsqu’il dépasse 1 (Larson & Skold, 1958; Zhang et al., 2014).
Indice de Larson (𝐿𝑅) = 2 [𝑆𝑂4
2−]+[𝐶𝑙−]
[𝐻𝐶𝑂3−] où les concentrations sont en mol/L
D’autres indices ont été proposés, dont l’indice d’agressivité, l’indice de Ryznar, l’indice modifié de Larson, et plusieurs autres paramètres comme les nitrates, la force ionique, le contenu en silice et le temps de résidence de l’eau peuvent être considérés (McNeill & Edwards, 2001). Le Tableau 2.6 présente certains paramètres de qualité d’eau et les indices recommandés pour limiter la corrosion du fer.
Tableau 2.6 : Paramètres et indices de qualité d’eau recommandés pour limiter la corrosion du fer
Paramètre Valeur recommandée (référence)
Alcalinité totale et dureté calcique Entre 40 et 80 mg CaCO3/L (Schock, 1990) Indice de Langelier > 0 (Selon l’outil RTW)
Indice de Larson (LR) < 0,5 (Selon l’outil RTW)
pH Idéalement entre 7,5 à 8,0
Norme RQEP entre 6,5 à 8,5 (Gouvernement du Québec, 2011; Schock,
1990)
Indice de précipitation 4 à 10 mg CaCO3 /L (Selon l’outil RTW)
2.3.2 Concentrations de fer dans l’eau
La corrosion forme aussi des « tubercules » qui sont des accumulations de dépôts de corrosion à la surface de la conduite. La formation des tubercules est le résultat de la corrosion de l’intérieur de la conduite suite à la réduction de l'oxygène (Sarin, Snoeyink, Lytle, & Kriven, 2004). Ces tubercules peuvent relarguer du fer dissous ou particulaire. Le Tableau 2.7 présente les réactions pouvant occasionner ce relargage.
Tableau 2.7 : Réactions liées au relargage de fer dans l'eau (Sarin et al., 2004)
# Description de la réaction
1 Diffusion de particules de Fe(III) dans l'eau à la suite de l'oxydation du Fe(II) contenu dans les pores des dépôts
2 La stagnation de l'eau fait diminuer la concentration d'oxydants* à proximité du dépôt, ce qui permet aux ions ferreux de diffuser dans l'eau
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Lors de la reprise de l'écoulement, il y a plus d'oxydants* disponibles sur la surface du dépôt et cela réduit le relargage de fer dans l'eau puisqu'une partie de l’ion ferreux se précipite à l'intérieur du dépôt
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Quand l'ion ferreux rencontre un oxydant* dans l'eau du réseau (comme l'oxygène), il devient une particule qui se fixe sur la surface d'un dépôt ou se retrouve dans le robinet du consommateur
*Oxydants = oxygène dissous et chlore libre
2.3.3 Mesures ponctuelles des concentrations de métaux dans l’eau
Les concentrations en fer de l'eau peuvent être utilisées efficacement comme un indicateur de la qualité de l'eau et du rejet de particules dans l’eau (Husband, P. S. & Boxall, 2011). Selon le Guide
de bonnes pratiques d’exploitation des installations de distribution d’eau potable, le choix des
points pour un échantillonnage terrain doit être guidé par les principes suivants :
Choisir des points où des problèmes de qualité peuvent survenir et réviser régulièrement les choix
Prendre en considération certaines périodes critiques qui peuvent avoir un impact sur la qualité de l’eau, notamment la fonte des neiges, les fortes pluies, les périodes de sécheresse (Ministère du Développement durable, 2016).
2.3.3.1 Composition des dépôts de corrosion
La composition et la structure des dépôts dépendent du type de métal de la conduite et des caractéristiques chimiques de l’eau en contact avec la surface (Sarin et al., 2004). La Figure 2.4 présente les trois couches qui caractérisent les dépôts de corrosion.
Figure 2.4 : Représentation des couches d'un dépôt de corrosion (Zhang et al., 2014).
La couche en surface en contact avec l’eau contient les particules de sédiment. Une couche en forme de coquille dure empêche l’eau de pénétrer dans la dernière couche qui est le noyau poreux. La couche en forme de coquille est majoritairement composée de magnétite (Fe3O4 à pH élevé) ou de goethite (α-FeOOH à pH faible) selon la valeur du pH (Zhang et al., 2014). Le noyau poreux est constitué de composés de Fer (II) comme la sidérite (FeCO3) (Sontheimer, Kolle, & Snoeyink, 1981; Zhang et al., 2014). Les dépôts de corrosion contribuent à augmenter les concentrations de fer dans l’eau sous forme dissoute ou solide (détachement de fragments de dépôt selon sa dureté, son adhérence, la vitesse de l’eau et les changements de température) (McNeill & Edwards, 2001). La structure des dépôts est complexe, elle se modifie dans le temps et de nombreux composés solides peuvent être présents (McNeill & Edwards, 2001). La Figure 2.5 présente un exemple de schéma de la structure du tubercule d’une conduite en fonte.
Figure 2.5 : Schéma de la structure du tubercule d'une conduite en fonte (Sontheimer et al., 1981) Du haut vers le bas, cet exemple montre la couche en surface orangée majoritairement formée de goethite (α-FeO(OH)). Sous cette couche, une couche plus solide (coquille) formée de dépôts bruns composés de goethite (α-FeO(OH)) et de magnétite (Fe3O4) est généralement présente. Sous cette coquille, on retrouve diverses strates de dépôts de fer, notamment une poreuse formée de goethite (α-FeO(OH)) et de lépidocrocite (γ-FeO(OH)), et une couche de sidérite (FeCO3) et d’autres oxydes de fer sur la surface de l’intérieur de la conduite en fonte. La maghémite (γ-Fe2O3) n’est pas présente sur la Figure 2.5, mais sa présence dans la structure générale des dépôts est confirmée par d’autres chercheurs (Sarin, Clement, Snoeyink, & Kriven, 2003). Le Tableau 2.8 présente un résumé de la composition des dépôts de corrosion.
Tableau 2.8 : Composition des dépôts de corrosion (McNeill & Edwards, 2001)
Ce tableau montre que les compositions sont complexes. Plus la conduite est vieille, plus la structure de ses dépôts est complexe (Clement et al., 2002). Pour déterminer les phases présentes dans la composition des dépôts de corrosion, des analyses par diffractométrie de rayons X (XRD) ou spectrométrie à plasma à couplage inductif (ICP Aqua Regia) sont utiles.