Chapitre I: Les équilibres calco-carbonique et le phénomène d’entartrage
I.3. LE TARTRE ET LE CARBONATE DE CALCIUM
I.3.2. Cristallisation du carbonate de calcium
La précipitation d’une nouvelle phase solide à partir d’une phase liquide ne peut avoir lieu que si un degré de saturation de la solution est atteint. Ce dernier est un paramètre important qui conditionne tout le processus de cristallisation. Cependant, dans beaucoup de cas, le simple dépassement du produit de solubilité Ks n’induit pas automatiquement l’apparition de dépôt (Ketrane 2010; Teghidet 2012). Si la valeur de sursaturation
2+ 2- 3 Ca CO β = 1 Ks
dans ce cas le produit ionique supérieur à Ks, cet écart n’est pas
suffisant pour provoquer l’évolution spontanée de l’eau vers l’équilibre calcocarbonique ; c’est le phénomène de sursaturation. Une valeur de >1 n’est pas suffisante pour la précipitation de CaCO3 (L. Legrand et al. 1981; Hort 1994).
Comme dans tout processus de cristallisation, le carbonate de calcium se forme en deux étapes : une étape de germination (nucléation) et une étape de croissance cristalline (Rola 1994).
I.3.2.1. La germination
Un germe est défini comme le premier embryon, d’une taille ne dépassant pas les quelques nanomètres. La germination correspond à la formation d’une phase condensée au sein d’une eau initialement exempte de phase solide de carbonate de calcium.
La germination est, de ce fait, la formation de la première phase solide provenant de l’agglomération d’ions ou molécules dans une solution sursaturée, ayant tendance à croître plutôt que de se dissoudre (Karoui 2010).
Généralement, on distingue deux types de germination : homogène et hétérogène.
La germination homogène
La germination homogène peut se produire au sein de la solution sursaturée si les hasards du déplacement des ions sous l’effet de l’agitation thermique créent une configuration amorçant l’empilement ordonné du futur cristal (Hort 1994; Teghidet 2012).
La germination homogène du carbonate de calcium est observée au sein d’une eau naturelle dont le taux de saturation vis-à-vis de ce composé est supérieur à une valeur de l’ordre de 40 (L. Legrand and Leroy 1994).
La germination hétérogène
La germination est dite hétérogène, si elle s’effectue sur un corps étranger (substrat, solide en suspension, particules étrangères). Plusieurs des cas supposés de germination homogène sont en fait des cas de germination hétérogène (Karoui 2010). Ceci est dans le sens où une contamination par des particules étrangères est très possible.
La germination hétérogène des premiers germes de carbonate de calcium, à l’interface liquide/solide, se produit en général bien avant que la germination homogène ne devienne probable au sein de l’eau. En général, une germination hétérogène est plus facile, donc plus rapide, qu’une germination homogène (Ketrane 2010; Hadfi 2012; Teghidet 2012).
I.3.2.2. La théorie de la croissance cristalline
Les germes stables croissent pour devenir des cristaux dans une solution sursaturée.
La cinétique de croissance d’un cristal et de sa dissolution est traitée également à l’aide de l’exemple du carbonate de calcium.
La croissance cristalline de la calcite comprend les étapes suivantes (Sigg et al. 2000) :
Le transport des ions ou molécules à la surface du cristal ; la vitesse de transport est proportionnelle au gradient de concentration à l’interface liquide-solide.
Les réactions de surface (adsorption, déshydratation, nucléation en surface, échange d’ions, etc.) ; lors de ces processus, les ions Ca2+ et CO
32- sont introduits dans le
cristal.
Le transport des produits de réaction comme H+, provenant de HCO
3- lors de
l’introduction de CO32-.
D’après (Sigg et al. 2000), la vitesse de croissance cristalline contrôlée par des réactions de surface est généralement dépendante de:
1. La surface disponible.
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