Brevet FR2965281A1 — publié le 20120330

La présente invention entre dans le domaine du traitement de l'eau de bassins, plans d'eau, piscines, spa et réservoir, plus particulièrement le traitement par électrolyse de l'eau. Au sens de la présente demande, on entend par « électrolyse » tout type de réaction électrochimique consistant à la transformation d'énergie électrique en réaction chimique, notamment dénommée électrolyse ou hydrolyse. L'invention trouvera une application particulière, mais aucunement limitative, dans le traitement de l'eau des bassins et piscines auprès des particuliers et des collectivités. L'invention pourra aussi être envisagée, d'une part, dans le traitement de l'eau potable et, d'autre part, dans les domaines de la pisciculture ou bien de l'agriculture. De manière connue, l'eau des bassins et piscines possède un potentiel d'hydrogène (pH) qui a tendance à varier au fil du temps pour de multiples raisons, comme l'échauffement de l'eau, l'agitation naturelle de l'eau, l'évaporation naturelle du dioxyde de carbone ou bien l'adjonction de produits désinfectants. Dans ce dernier cas, une solution alternative à l'adjonction de produits désinfectants, coûteux et dangereux à manipuler, consiste à procéder à l'électrolyse de l'eau, de manière à directement créer un désinfectant à partir de l'eau présente dans le bassin. L'électrolyse consiste à briser une molécule en générant un courant entre deux électrodes constituées en un matériau conducteur, tel du titane. D'une part, l'électrolyse de l'eau sépare la molécule d'eau (H2O) pour obtenir des ions, des radicaux d' hydroxyles ou comme le peroxyde d'hydrogène, qui possèdent un haut pouvoir oxydant. Un exemple d'utilisation de l'électrolyse de l'eau est décrit dans le document FR 2 784 979. D'autre part, l'ajout d'un additif permet une électrolyse qui consiste alors à séparer les molécules présentes dans l'eau et ainsi créer un désinfectant. Dans le cas présent, à partir de sels de chlorure de sodium, on obtient de l'acide hypochloreux. L'une ou l'autre de ces techniques nécessite toutefois un pH précis pour optimiser la réaction chimique, de sorte que ce paramètre doit être vérifié régulièrement, afin de l'augmenter, de le maintenir ou de le diminuer par injection d'un produit adapté, notamment des doses d'acide. Ces actions électrolytiques génèrent un inconvénient lié à l'encrassement des électrodes du réacteur électrochimique au fil de leur utilisation, par dépôt de calcaire et de tartre, en particulier le tartre dit « incrustant » ou « semiincrustant », ainsi que le tartre dit « mou ». Un tel dépôt s'effectue au niveau de la cathode qui en raison de sa polarité négative, est plus basique que l'anode. Dès lors, ce dépôt diminue la conductivité du réacteur électrochimique, notamment en réduisant la conductivité de l'électrolyte. De plus, la couche déposée fait que le dihydrogène (H2) ne peut plus se libérer, érodant le revêtement de la cathode qui progressivement ne jouera plus son rôle dans la réaction. Si le dépôt sur la cathode parvient jusqu'à l'anode, une production supérieure d'oxygène se fera au dépend du chlore, endommageant ladite anode et causant une détérioration prématurée du réacteur électrochimique. Une fois encrassées, les électrodes perdent de leur efficacité. I1 convient donc de les nettoyer régulièrement. Une première solution, généralement utilisée dans l'industrie, consiste à doubler le réacteur électrochimique et à alterner leur fonctionnement. Dès lors, lorsqu'un réacteur est utilisé, l'autre peut être nettoyé, et inversement. Un tel nettoyage s'effectue manuellement au moyen d'un acide, est donc contraignant et entraine une manipulation de produits dangereux. De plus, il nécessite un investissement supplémentaire non négligeable, certes acceptable pour une collectivité, mais trop onéreux pour des particuliers. Une autre solution plus évoluée consiste à inverser périodiquement la polarité des électrodes. Une méthode d'inversion de la polarité des électrodes est notamment décrite dans le document WO 2006/058369. De plus, les périodes d'inversion, antérieurement fixées à une fréquence donnée, sont parfois prévues réglables en fonction de plusieurs paramètres. En effet, la quantité et la vitesse de ce dépôt dépend : de la température de l'eau, de son pH, du temps d'électrolyse combiné avec la surface des électrodes, de l'intensité du courant, de la dureté de l'eau (à savoir le titre hydrotimétrique (TH) indiquant le degré de minéralisation de l'eau). Plus précisément, les eaux peuvent être qualifiées de « douces » ou « dures » selon les concentrations des éléments qu'elles contiennent, en particulier des ions positifs, comme les cations calcium (Ce), magnésium (Me) et les ions hydronium (H30+), ainsi que les ions négatifs, comme les anions bicarbonate (HCO3-), carbonate (CO32-) et hydroxyde (OH-) . Une eau est considérée comme douce si elle contient peu de sels de calcium ou de magnésium, et inversement, une eau est dure si ces quantités sont élevées. Logiquement, on peut en déduire que les eaux douces, faiblement chargées en sels, ont un potentiel important de dissolution des matériaux avec lesquels elles sont en contact, tandis que les eaux dures, riches en sels, laissent se déposer les moins solubles d'entre eux, formant alors des dépôts. Ces derniers s'effectuent en fonction du pH d'équilibre de l'eau ou dit « pH de saturation », au-delà duquel se forme une précipitation des ions calcium et bicarbonate. Dès lors, une eau dont le pH est supérieur au pH d'équilibre est considérée comme incrustante (à l'inverse, elle sera considérée comme « agressive ») et génère un dépôt. Dès lors, le principal paramètre pris en considération est la dureté de l'eau. En effet, en fonction du TH de l'eau, on détermine ensuite les périodes d'inversion de polarité des électrodes. Toutefois, l'inversion régulière de la polarité des électrodes diminue considérablement leur durée de vie, nécessitant le remplacement plus fréquent du réacteur électrochimique. L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant de commander de manière intelligente l'inversion de la polarité des électrodes, en fonction de la température et du pH de l'eau. De plus, l'invention fait intervenir le titre alcalimétrique complet (TAC), à savoir la grandeur utilisée pour mesurer le taux d'hydroxydes, de carbonates et de bicarbonates d'une eau. Dès lors, ces paramètres combinés permettent d'obtenir un indice de corrosivité de l'eau, indiquant la rapidité d'entartrage du réacteur électrochimique. Plus l'eau est incrustante, plus l'entartrage est précoce. A l'inverse du pH et de la température, facilement mesurables, étant donné que le TAC n'est pas connu, l'invention se veut à même de l'estimer, en particulier au travers de la quantité d'agent de traitement, notamment d'acide, ajoutée dans l'eau pour maintenir son pH à une valeur stable. En effet, en titrant l'eau avec un acide, il est possible d'obtenir une estimation précise du TAC. Les acides sont donneurs d'ions (HI qui se combinent avec les hydrogénocarbonates (CHO3_) pour former du gaz carbonique et de l'eau. Le dioxyde de carbone, dissout en saturation dans l'eau, désorbe et rétablit l'équilibre avec le gaz carbonique présent dans l'air. Ce phénomène de tamponnage de l'eau réduit l'action d'un acide sur l'eau, par rapport à ses taux de bicarbonates. De plus, l'ajout d'un acide fort pour réguler le pH diminue la quantité d'anions hydrogénocarbonates et par conséquent le TAC. La régulation en continu du pH a donc pour conséquence la décarbonatation progressive de l'eau. Ensuite, une fois tous les anions hydrogénocarbonates supprimés (ie. le TAC descendu à une valeur égale à zéro), il n'y a plus aucune formation calcaire possible et l'ajout d'un acide fort dans l'eau produit des variations importantes sur le pH, entraînant son instabilité. Dès lors, l'eau devient agressive, entraînant par exemple un risque d'attaquer toute partie métallique en contact avec l'eau (comme l'échelle, les garnitures des pompes de filtration...) aussi bien que les revêtements (comme les jointures des carrelages ou le liner d'une piscine). C'est pourquoi il est nécessaire de maintenir un TAC minimum pour éviter d'engendrer l'instabilité du pH et rendre l'eau trop agressive. L'invention se veut aussi à même d'offrir une prédiction 10 du TAC, afin d'éviter de rendre l'eau agressive. L'invention résulte donc de la combinaison des domaines de la chimie de l'eau, de la quantification de son pH et de la déduction de son TAC, ainsi que de la gestion de ces derniers, dans le but d'ajuster, par augmentation ou diminution, la 15 fréquence d'inversion de la polarité des électrodes. Par conséquent, l'invention permet de limiter la formation de calcaire et de tartre entre les électrodes dudit réacteur électrochimique et ainsi d'allonger de plusieurs années la durée de vie du réacteur électrochimique. 20 De plus, l'intégralité des opérations s'effectue automatiquement, de manière transparente pour l'utilisateur. L'invention offre en outre une stabilité du pH au fil du temps, servant de référence pour un calcul précis des quantités d'agent de traitement à injecter pour maintenir ce même pH à 25 une valeur constante. Pour ce faire, la présente invention concerne un procédé de gestion de la fréquence d'inversions de la polarité d'au moins un couple d'électrodes au sein d'un réacteur électrochimique. 30 Un tel procédé consiste à constater au moins une fluctuation du potentiel d'hydrogène (pH) de l'eau ; à injecter dans l'eau une quantité d'agent de traitement en fonction de ladite fluctuation du pH constatée ; et à calculer la fréquence d'inversion de la polarité desdites électrodes en fonction de 35 ladite fluctuation de pH et de ladite quantité d'agent injectée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des 5 modes de réalisation non limitatifs de l'invention. La présente invention concerne le traitement de l'eau d'un bassin, plan d'eau, piscine, spa, réservoir ou analogue, au travers d'une réaction électrochimique au moyen d'un réacteur électrochimique. 10 L'invention vise particulièrement l'entretien et le nettoyage d'un réacteur électrochimique, afin de prévenir le dépôt de calcaire et de tartre, par inversion de la polarité d'au moins un couple d'électrodes contenu dans ledit réacteur électrochimique. 15 Pour ce faire, la présente invention a pour objet un procédé de gestion de la fréquence d'inversions de la polarité d'au moins un couple d'électrodes au sein d'un réacteur électrochimique. Chaque inversion de la polarité d'un couple d'électrodes 20 est donc commandée périodiquement. Entre deux inversions, un courant est généré de manière à circuler depuis la cathode vers l'anode. A la fin d'une période, l'inversion consiste donc à changer le sens du courant, la cathode devenant l'anode, et inversement. 25 Avantageusement, dans un premier temps, le procédé selon l'invention consiste à constater une fluctuation du potentiel d'hydrogène (pH) de l'eau. Plus particulièrement, cette constatation d'une variation du pH peut être effectuée en continu ou à intervalles 30 réguliers. De plus, les valeurs des mesures effectuées peuvent être enregistrées, de manière à effectuer un calcul, notamment une moyenne. De manière similaire, la température de l'eau peut aussi être mesurée, en continu ou à intervalles réguliers, les 35 valeurs obtenues pouvant être sauvegardées pour servir de paramètre dans un calcul ultérieur. On notera que ladite fluctuation consiste à effectuer une comparaison entre le pH mesuré à un instant donné par rapport à une mesure antérieure ou une valeur initiale déterminée. Cette dernière dépend au moins du volume d'eau contenu dans le bassin ou le réservoir, ainsi que des caractéristiques techniques de la pompe d'injection de l'agent de traitement. A ce titre, en fonction de la fluctuation du pH, une quantité d'agent de traitement est injectée dans l'eau de manière à stabiliser ledit pH, en l'augmentant, en le maintenant ou en le diminuant. Cette stabilisation permet notamment de conserver les conditions adéquates pour la réalisation de l'électrolyse. On notera qu'un tel agent de traitement peut être de type acide, mais aussi basique. Dans le cas d'un acide, ledit agent peut se présenter sous la forme d'acide chlorhydrique (HC1) ou sulfurique (H2SO4), réciproquement à des concentrations de l'ordre de 10 à 30 % ou 30 à 50%. Dès lors, le procédé selon l'invention peut intégrer une prise en compte de la concentration de l'agent de traitement, manuellement par une sélection réalisée par un utilisateur déterminée en fonction du produit (par exemple 25% pour l'injection d'acide chlorhydrique). L'invention permet de s'adapter au taux d'agent de traitement injecté, quelle que soit sa concentration. Pour ce faire, l'invention prend aussi en considération le débit de la pompe d'injection dudit agent de traitement et le temps d'injection, pour déterminer la quantité injectée. Le volume d'eau du bassin ou du réservoir à traiter est aussi pris en considération, pour interpréter les fluctuations du pH. Avantageusement, une caractéristique essentielle de l'invention consiste à calculer la fréquence d'inversion de la polarité d'au moins un couple d'électrodes dudit réacteur électrochimique, en fonction dudit pH et de ladite quantité d'agent de traitement injectée, ces deux paramètres étant liés. Une fois cette fréquence déterminée, il est alors possible de déterminer la durée optimale de la période entre deux inversions successives de polarité. Plus la quantité d'agent injectée est importante, plus les périodes d'inversion sont courtes. En somme, plus l'eau est minéralisée, plus les inversions de polarité sont rapprochées dans le temps. Selon une autre caractéristique, le procédé selon l'invention consiste à déterminer le taux alcalimétrique complet (TAC) de l'eau et à calculer la fréquence d'inversion en fonction dudit TAC. Plus particulièrement, l'invention consiste à estimer le TAC en fonction de ladite quantité d'agent de traitement injectée. Cette estimation peut se faire en continu ou régulièrement, de manière à ajuster continuellement ou périodiquement la fréquence d'inversion. Cette estimation du TAC est préférentiellement obtenue en fonction de la fluctuation du pH. Elle peut aussi être obtenue et précisée à partir de la température de l'eau. Concernant la température, comme évoqué précédemment, le carbonate de calcium est très faiblement soluble dans l'eau pure, mais soluble à plus haute dose dans une eau chargée de gaz carbonique dissout. De plus, la solubilité des gaz dans l'eau diminuant lorsque la température augmente, la température de l'eau modifie donc la solubilité du carbonate de calcium qui a plutôt tendance à former un dépôt dans des eaux chaudes. Dans le cadre d'une application pour des bassins de piscine, l'électrolyse est généralement effectuée entre une plage bien précise de températures, par exemple entre 15 et 35 degrés Celsius. En dehors de cet intervalle, l'action d'électrolyse peut être stoppée, économisant la durée de vie du réacteur électrochimique. En particulier, l'invention prévoit d'utiliser une compensation qui permet d'entrainer le calcul de la période d'inversion de la polarité, uniquement si la température a un effet sur la carbonatation. Cette compensation s'effectue donc seulement si la température varie au-delà d'un écart de plus ou moins 20 à 50% autour d'une température préalablement mesurée. Par ailleurs, l'invention prévoit aussi de prendre en considération la densité de courant en Ampère par décimètre carré entre le couple d'électrodes au sein du réacteur électrochimique. De manière similaire, un coefficient permet d'ajuster la densité théorique, par exemple 3 A/dm2. Selon une autre caractéristique, un point de consigne est défini de manière à réguler le pH autour de cette valeur de référence. Ce point de consigne est pris en considération pour assurer une compensation dans le calcul du temps d'inversion. En effet, la solubilité du carbonate de calcium dépend du taux de dioxyde de carbone qui est inversement proportionnel aux taux d'hydrogénocarbonate. Ce point de consigne a été fixé aux abords du pH de saturation, à savoir entre un pH mesuré entre 7 et 8,3. En effet, à un pH de 8,3, les taux d'hydrogénocarbonates est maximum. Dès lors, une augmentation de 20% de ce taux à un pH compris entre 7 et 8,3, entrainera une compensation de 20% du temps d'inversion calculé. On notera que l'invention peut prévoir de ne pas modifier la période d'inversion pour un pH mesuré inférieur à 7. En effet, il n'est alors pas nécessaire d'allonger le temps d'inversion en dessous de cette valeur, car une baisse du pH résulterait forcément d'un facteur extérieur aux paramètres pris en considération par l'invention, notamment un ajout manuel d'une dose d'agent de traitement. De plus, en dessous de ce pH égal à 7, aucun risque n'est détecté pour le réacteur électrochimique, les risques de dépôt étant minimes. Selon une caractéristique additionnelle, l'invention prévoit un aspect prédictif, à savoir qu'elle anticipe les fluctuations de pH par rapport aux précédentes estimations du volume d'agent de traitement à injecter pour stabiliser le pH au point de consigne, et par conséquent réajuster l'estimation du TAC et enfin le calcul du temps optimal de la fréquence d'inversion de polarité. Plus particulièrement, les trois dernières injections et estimations peuvent être mémorisées et prises en considération. Selon une caractéristique additionnelle, l'invention permet, une fois le TAC estimé, de définir des seuils au-delà desquels l'eau devient corrosive ou entartrante. Dès lors, une alarme peut être enclenchée pour prévenir l'utilisateur, qui pourra intervenir manuellement et plus rapidement. En fonction des cas, l'utilisateur pourra prendre les dispositions nécessaires à plus grande échelle, notamment par un renouvellement massif d'une quantité d'eau, ou bien une surveillance du niveau d'agent de traitement et effectuer un rechargement ou bien l'adjonction d'un agent adapté, notamment de type bicarbonate de sodium dénommé « TAC+ ». L'invention consiste donc à prédire le TAC en calculant les moyennes des TAC estimés lors des précédentes injections. Ainsi, la présente invention permet d'optimiser la durée de vie de chaque couple d'électrodes en calculant, en continu ou à intervalles réguliers, le moment propice et optimal pour inverser le sens du courant qui les parcourt, en particulier avant la formation d'une première couche de tartre sur la cathode. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion de la fréquence d'inversion de la polarité d'au moins un couple d'électrodes au sein d'un réacteur électrochimique pour l'électrolyse de l'eau, caractérisé en ce qu'il consiste : - à constater au moins une fluctuation du potentiel d'hydrogène (pH) de l'eau ; - à injecter dans l'eau une quantité d'agent de traitement en fonction de ladite fluctuation du pH constatée ; et - à calculer la fréquence d'inversion de la polarité desdites électrodes en fonction de ladite fluctuation de pH et de ladite quantité d'agent injectée. 2. Procédé de gestion selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce qu'il consiste à constater la fluctuation du pH en continu ou à intervalles réguliers. 3. Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à estimer le titre alcalimétrique complet (TAC) en fonction de ladite quantité 20 injectée et de ladite fluctuation du pH. 4. Procédé de gestion selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à estimer le TAC en continu ou à intervalles réguliers. 5. Procédé de gestion selon l'une quelconques des 25 revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il consiste à estimer le TAC en fonction de la température de l'eau et du volume d'eau. 6. Procédé de gestion selon l'une quelconques des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à 30 prédire le TAC en calculant les moyennes des TAC estimés lors des précédentes injections. 7. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'il consiste à anticiper les fluctuations de pH par rapport aux précédentes 35 estimations du volume d'agent de traitement à injecter pour stabiliser ledit pH à un point de consigne, et réajusterl'estimation du TAC et le calcul de ladite fréquence d'inversion de polarité.