Méthode de la précipitation contrôlée rapide (PCR):

Si E > 0 : l'effet du traitement est positif. Si E = 0 : l'effet du traitement est nul. Si E < 0 : l'effet du traitement est négatif.

Concentration au 1/2 de l'échantillon

repos 24h Filtration et séchage du précipité

Analyse d'images sur les cristaux

Taille

Ca^{2+ initial Ca2+ final % précipitation}

nombre N de cristaux

Figure 21: Test de potentialité à l’entartrage. III.2.2. Essais d'entartrage sur polyéthylène:

La méthode repose sur le principe de piégeage électrostatique de germes de carbonate de calcium par une paroi isolante en polyéthylène.

D’après MATHIEU et THOMAS (1994), pour qu’il y’ait fixation par attraction électrostatique, il est nécessaire que la surface du polymère et que le germe en suspension dans l’eau soient de charges opposées. Tout polymère en contact avec de l’eau en mouvement aura tendance à se charger négativement. De plus LEGRAND et LEROY (1979) ont montré expérimentalement que la charge d’une particule colloïdale de CaCO₃ dans une eau calcifiante était positive.

Cette méthode d'après ABOUALI et al. (1996) permet de comparer le pouvoir entartrant d'eaux différentes. Ainsi on l'utilise toujours en même temps pour les eaux qu'on veut tester. Pour cela, on immerge un tube de polyéthylène de dimension et de masse connue dans un volume d'eau à tester, contenu dans un bécher en acier inoxydable. Une agitation est effectuée. Quand l'essai est terminé, les cylindres sont pesés.

II.2.3. Méthode de la précipitation contrôlée rapide (PCR):

D’après LEDION et al. (1997) afin de caractériser précisément le pouvoir entartrant de l’eau, le principe du test est d’amener le degré de sursaturation compris entre 20 et 30. Pour ce faire, en favorisant par agitation le dégazage du CO2 dissous dans l’eau, il y a augmentation du pH

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(consommation d’ions H⁺) du fait de l’augmentation d’ions OH

formés par conséquence. Il y a production d’ions CO3^2- qui réagissent avec le Ca²⁺ pour former du CaCO₃.

Ces essais permettent de suivre la cinétique du processus de (germination- croissance) du carbonate de calcium dans une eau déterminée. Il permet de comparer le pouvoir entartrant d’eaux de différentes origines.

Ainsi, grâce à une sursaturation de 20 à 30 K΄s, on pourra mettre en action le phénomène de (germination-croissance) du carbonate de calcium. Le domaine propre de l'entartrage qui est celui de la germination hétérogène.

L’essai conçu sera en toute rigueur de terme, un essai de précipitation, mais dans lequel les conditions cinétiques de (germination-croissance) du carbonate de calcium seront semblables à celles que l’on rencontre lors d’un entartrage sur surfaces métalliques ou sur surfaces en matières plastiques.

D’après la Figure (22) qui présente un exemple de courbes PCR (pH et résistivité en fonction du temps), on constate que dés le début de l’agitation, la valeur du pH augmente pour atteindre un maximum après quelques minutes. Au cours de cette hausse du pH, on a un dégagement du CO₂ dissout puisqu’on n’a pas atteint un degré de sursaturation suffisamment élevé (δ<40), engendre une consommation d'ions H+

.

Dans un second temps, le pH tend à diminuer du fait de la précipitation du carbonate de calcium qui prend le pas sur le dégazage selon la réaction :

Ca²⁺ + CO₃^2- CaCO₃ (s)

Dans un troisième temps, le dégazage de CO₂ et la précipitation de CaCO₃ tendent à s'équilibrer, donc on observe une stabilisation du pH (GHIZELLAOUI et al. (2004)).

Evaluation de l'efficacité d'un traitement :

D’après LEDION et al. (1997), l’efficacité d'un traitement antitartre quelconque se traduit par un retard à la précipitation. Après une période de croissance due au dégazage du CO2, le pH diminue lorsque la précipitation s’amorce. La baisse ultérieure du pH ne permet pas de suivre de manière précise la phase de croissance. C'est pourquoi la mesure de la résistivité prend le relais Figure (22).

Comme l'efficacité d'un traitement doit intégrer tout le phénomène de (germination – croissance), on détermine alors pour un temps identique, le rapport entre l'aire comprise entre

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les deux courbes de résistivité (traitée – non traitée) et l'aire correspondant à la variation de la résistivité de l'eau non traitée.

L'efficacité est alors définie comme suit : E(%) = ₀t (_NT -₀ )dt -₀t (_T -₀ )dt 100 ₀t (_NT -₀ )dt ρ₀ : résistivité initiale

ρ_{NT :} résistivité de l'eau non traitée ρ_{T :} résistivité de l'eau traitée

Figure 22 : Exemple de courbes PCR (pH et résistivité en fonction du temps) II.2.4. La technique de dégazage contrôlé LCGE:

Cette technique a été développée par ROQUES (1990) au Laboratoire de Chimie et Génie de l’Environnement (LCGE). La méthode LCGE a permis de classer les eaux d’alimentation domestique et industrielle en fonction de leur pouvoir entartrant et d’évaluer le risque d’entartrage pour chacune d’elles en présence d’inhibiteurs d’entartrage.

II.2.4.1. Principe de la méthode du dégazage contrôlé:

Selon DRIOUICHE et al. (2001), la méthode du dégazage contrôlé vise à dissocier les diverses étapes de la cinétiques de la précipitation du CaCO3. Son principe consiste à dégazer l’eau à étudier, contenue dans une cellule, par un gaz de travail, de façon à contrôler parfaitement les variations de concentrations en CO2 dissous qui constituent la cause principale de l’entartrage. La précipitation du carbonate de calcium est provoquée par

860 910 960 1010 1060 1110 7,2 7,4 7,6 7,8 8 8,2 8,4 8,6 8,8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Résistivité (Ohms.cm) pH Temps (min.) pH H pH Zn0.1 Résist H

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dégazage (l’équilibre calcocarbonique se déplace vers le sens de la formation du tartre) de l’eau à étudier. Selon la réaction fondamentale :

Ca²⁺ (aq) + 2 HCO3^-(aq) → CaCO3(s) + H2O + CO2 (g)↑

Le relevé des valeurs de pH et de la concentration en calcium (TCa) au cours du temps nous permet de donner une description de la cinétique de précipitation du CaCO3.

Cette description est possible grâce à un programme informatique destiné à effectuer divers calculs à partir des données expérimentales (t, pH, TCa) en tenant compte de la variation de la force ionique du milieu au cours de la précipitation (HORT et al. (1995)). Cette technique permet de séparer nettement la phase de germination de la phase de croissance cristalline. Le temps de germination ainsi mis en évidence est un temps de germination défini par rapport aux techniques utilisées pour suivre l’évolution de la solution tels que le dosage du calcium par l’EDTA et la mesure du pH.

II.2.4.2. Montage expérimental:

La cellule de travail (Figure, 23) est plongée dans un bain thermostaté. Cette cellule est un cylindre de 145 mm de hauteur, 100mm de diamètre et d’une capacité de 500 ml. Elle est munie à sa partie basse d’une arrivée de gaz au niveau d’un fond perforé qui assure sa dispersion uniforme. Dans sa partie supérieure, la cellule est munie d’un couvercle destiné à permettre le passage des différents capteurs: une électrode de pH et une sonde de température. Le couvercle présente également un trou qui permet d’effectuer les prélèvements de solution en vue du dosage volumétrique du TAC ou TCa.

Le réglage des bains est assuré de manière à avoir une température de 30°C au niveau de la cellule tout le long de l’essai.

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Figure 23 : Schéma du montage de la méthode du dégazage contrôlé. III. L’inhibition de l’entartrage:

L’entartrage devient un phénomène génant lorsque les cristaux formés adhèrent aux parois. On peut rechercher les méthodes de prévention en agissant sur les causes, en éliminant les ions à partir desquels se forme le tartre : ce sont les traitements chimiques. Soit en agissant sur les conséquences, si l’on considère que la formation des cristaux de tartre est inévitable : on peut essayer de:

- retarder le phénomène de germination

- favoriser la germination homogène (ROLA, 1994) aux dépens de la germination hétérogène, c'est à dire la formation du tartre en volume au sein de la solution et non pas en contact des parois.

On peut les classer en trois catégories, selon LIN (1991) : - Les traitements physiques.

- Les traitements chimiques.

- Les traitements d’utilisation des inhibiteurs chimiques.

Le choix du type de traitement doit être adapté à la composition de l'eau et aussi à l’usage qui lui est destiné. Par conséquent, il diffère selon qu'on s'adresse à :

- des eaux potables qui doivent satisfaire à certaines normes.

- des eaux de chauffage ou de réfrigération en circuit fermé, cas où les contraintes sont les moins grandes.

- des eaux de réfrigération en circuit ouvert ou semi-ouvert, avec rejet dans le milieu naturel, ce qui interdit l'usage de produits antitartre ayant un caractère polluant.

1.Thermostat 2.Cellule de travail 3.Bains thermostatés

4.Piège de gouttelettes d’eau 5.Humidificateur

6.Table support

7.Prise d’échantillon pour dosage du Ca²⁺

8.Sonde de température 9.Electrode de pH-mètre 10. pH- mètre avec sonde de température

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- et enfin selon que l'on doit ou non surmonter les problèmes de corrosion. Ces différents aspects sont largement développés dans (ROQUES, 1990).