Inhibition de l’entartrage de l’eau du Hamma et l’eau de Fourchi par le tripolyphosphate de sodium (STTP)

L’effet du STTP a été testé en ajoutant l’inhibiteur à différentes concentrations à l’eau du Hamma et à l’eau de Fourchi. Les courbes chronoampérométriques sont représentées par les Figures (53, 54).

On observe, une augmentation du temps d’entartrage avec la concentration introduite de STTP Tableaux (20, 21), l’effet du STTP augmente le temps de nucléation (LEDION et al. 1985) et par conséquent, retarde la formation des dépôts de CaCO3.

A partir de 1.5 mg/L pour Hamma et 2 mg/L pour Fourchi, le temps d’entartrage devient infini et la forme de la courbe devient une droite, ce qui traduit l’inhibition totale de l’entartrage. Le carbonate de calcium ne précipite plus à la surface de l’électrode Tableaux (20, 21), Figures (53, 54).

Le courant résiduel varie jusqu’à atteindre une valeur élevée 322 µA pour l’eau traitée du Hamma à 1.5 mg/L de STTP. Par contre, pour l’eau traitée de Fourchi à 2mg/L il atteint 263 µA. L’augmentation des valeurs du courant résiduel avec la concentration indique une diminution de l’accumulation du tartre sur la surface de l’électrode. Tableaux (20, 21),

Concentration de K3PO4 en mg/L

tE (min) Ir (µA) IE (min^-1)

0 21.7 9.89 46.08 0.2 24.2 16.85 41.32 0.4 41.4 20.5 24.15 0.6 45.6 34.54 21.92 1 ∞ 161.3 - 2 ∞ 205.8 -

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Figure 53. Courbes chronoampérométriques de l’eau du Hamma pour un ajout de différentes concentrations de STTP sur une électrode en acier à 30°C.

Figure 54. Courbes chronoampérométriques de l’eau du Fourchi pour un ajout de différentes concentrations de STTP sur une électrode en acier à 20°C.

0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 400 500 600 700 I(µA) Temps (min) 0.1 mg/L 0.25 mg/L 0.5 mg/L 1 mg/L 1.5 mg/L 2 mg/L 0 10 20 30 40 50 60 0,0000 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006 0,0007 I(A) Temps (min) 0 mg/L 0.6 mg/L 0.8 mg/L 1 mg/L 2 mg/L 2.5 mg/L 3 mg/L

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Tableau 20 : Temps d’entartrage, courant résiduel et indice d’entartage des courbes chronoampérométriques de l’eau du Hamma traitée avec STTP à différentes concentrations à 30°C. Concentration (mg/L) de STTP Temps d’entartrage (min) Courant résiduel (µA) Indice d’entartage (min^-1) 00 15.07 9.74 66.35 0.1 20.40 15.96 49.01 0.25 24.50 10.00 40.81 0.5 42.31 9.68 23.63 1 ∞ 77.45 - 1.5 ∞ 322 - 2 ∞ 457 -

Tableau 21: Temps d’entartrage, courant résiduel et indice d’entartage des courbes chronoampérométriques de l’eau de Fourchi traitée à différentes concentrations de STTP à 20°C. Concentration (mg/L) de STTP Temps d’entartrage (min) Courant résiduel (µA) Indice d’entartage (min^-1) 00 21.7 9.89 46.08 0.6 22.47 33.09 44.50 0.8 24 .14 20.52 41.42 1 30.64 42.88 32.63 2 ∞ 263 - 2.5 ∞ 399 - 3 ∞ 417 -

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Pour tous les inhibiteurs étudiés (K₃PO₄, K₂HPO₄ et STTP) lors de l’élimination du tartre des eaux dures du Hamma et Fourchi. Le mécanisme d’inhibition peut être expliqué par l'adsorption des ions phosphates (PO₄^3-) sur la surface du carbonate de calcium en bloquant les sites de croissance du CaCO3, ce qui traduit un retard à la précipitation du CaCO3.

Les dépôts formés en présence des ions phosphates sont modifiés, ils sont plus poreux et moins compacts.

LEDION et al. (1985), ABD-EL-KHALEK et ABD-EL-NABEY (2013), précisent aussi qu’il y a un changement de la morphologie des cristaux.

Les PO4^3- forment des complexes très solubles avec les ions Ca²⁺ et Mg²⁺ et ralentissent la nucléation homogène et hétérogène par séquestration (MARTINOD et al. (2009)), mais ils agissent principalement sur la croîssance des germes de CaCO3.

L’ion orthophosphate PO4^3- est aussi désigné comme l’un des ions les plus puissants pour inhiber le processus de précipitation. Cet effet inhibiteur est mis en évidence par TLILI (2002) en utilisant la technique de chronoélectrogravimétrie qui précise que le PO₄^3- est susceptible de se substituer localement au CO3^2- et par conséquent de bloquer la croissance du cristal par formation, à la surface de l’hydroxyhapatite Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ et du phosphate tricalcique Ca₃(PO₄)₂.

Les polyphosphates sont généralement plus efficaces que l’ion orthophosphate vis-à-vis de la cinétique de germination et de la croissance cristalline. Selon ROSSET et al. (1997), les polyphosphates ont une propriété remarquable d’une importante affinité de s’adsorber sur les germes de carbonate de calcium et de modifier leur croissance et leur morphologie en empêchant ainsi qu’ils adhèrent entre eux et à la surface des solides.

IV. 4. Conclusion:

Les résultats obtenus montrent que :

-l’entartrage accéléré par La méthode de chronoampérométrie à potentiel imposé (-1V/ECS) a permis de caractériser le pouvoir entartrant de l’eau. L’eau du Hamma (tE =15.07 min) avec un indice d’entartrage (Ie = 66.35 min^-1) à 30°C, pour Fourchi (tE =21.7min) avec un indice d’entartrage (Ie = 46.08 min^-1) à 20°C se classent comme des eaux très entartrantes.

- L’augmentation de la température favorise la précipitation du carbonate de calcium, le temps d’entartrage devient plus court et l’eau devient plus dure

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-Pour lutter contre l’entartrage des eaux dures, nous avons montré qu’il suffit d’ajouter de faibles concentrations d’inhibiteurs (K₂HPO₄, K₃PO₄, Polyphosphates) qui sont très efficaces pour l’inhibition de la précipitation du carbonate de calcium.

V. Chronoélectrogravimétrie :

Des variations de masse extrêmement faibles inférieure au (µg/cm²), sont facilement détectables par la déposition par voie électrochimique, sur la surface d’une microbalance à quartz polarisée (potentiel imposé de -1V par rapport à l’ECS).

La mesure de la masse du carbonate de calcium au moyen d’une microbalance couplée au petentiostat en fonction du temps permet de tracer une courbe chronoélectrogavimétrique. Pour analyser l’évolution de ces courbes en fonction du pouvoir entartrant des eaux, il est tout d’abord nécessaire de définir les paramètres qui caractérisent ce pouvoir entartrant. Les Figures (55, 56) présentent deux courbes chronoélectrogavimétriques obtenues lors d’un test d’entartrage électrochimique avec une microbalance à quartz des eaux brutes du Hamma et Fourchi. On peut retenir comme paramètres caractéristiques (t_g, v_e) qui sont donnés par (ROSSET (1993), POINDESSOUS (1998)) :

- le temps de germination t_g (min) est le point d'intersection de la partie linéaire de la courbe avec l’axe des abscisses.

- la vitesse d'entartrage v_e (µg.cm^-2.min^-1) : c’est la pente de la partie linéaire.

- le temps d'entartrage t_e (min) : c'est l'abscisse du point d'intersection de la partie linéaire avec le palier.

Nous pouvons aussi observer sur les Figures (55, 56), que le carbonate de calcium se dépose sur la microbalance à quartz selon trois étapes, ce qui nous permettra de définir ces paramètres :

Lors de la première étape, la masse de tartre n’augmente que très lentement. Celà correspond à un processus de germination sur la surface de la microbalance à quartz. Le temps associé à cette étape est noté temps de germination tg. Pour l’eau du Hamma (tg =7.5 min) et pour Fourchi (tg = 6 min). Au cours de cette première étape, les premiers germes de carbonate de calcium apparaîssent à la surface de l’électrode (CHAO, 2013).

Lors de la seconde étape, la masse de tartre sur la surface de la microbalance à quartz augmente rapidement en fonction du temps. Les premiers germes grossissent et d’autres

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germes apparaîssent. La pente de la courbe chronoélectrogavimétrique correspond à la vitesse d’entartrage (Ve).

Lors de la troisième étape, la vitesse d’entartrage sur la surface de la microbalance ralentit. En effet, la surface active est peu à peu recouverte par le tartre déposé. Lorsque la surface d’électrode est totalement bloquée, la courbe atteint un plateau. Le temps pour arriver à ce plateau correspond au temps d’entartrage te, pour l’eau du Hamma (te =94 min) et pour Fourchi (te =116 min).

Figure 55: Courbe chronoélectrogravimétrique de l’eau brute du Hamma à (-1 V/ECS) et à 30°C. 0 20 40 60 80 100 120 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 t_e t_g Ma sse (µg cm -2 ) Temps (min)

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Figure 56: Courbe chronoélectrogravimétrique de l’eau brute de Fourchi à (-1 V/ECS) et à 20°C.