Nouveau mode de représentation graphique de l'équilibre calco-carbonique Application au traitement des eaux
Authors: Hissel J. , Salengros P. 
Published: July 2012

Cet article traite des problèmes liés à l'étude des équilibres calco-carboniques en limitant leur présentation à l'aspect purement graphique. Dans cette optique, on a développé un nouvel abaque original en choisissant comme coordonnées pH et [CO3 total].

La construction d'un tel abaque ne fait appel qu'à 2 lois fondamentales, à savoir : a) la relation du produit de solubilité du carbonate calcique :

Ks=Y22[Ca2+[CO2-3]

Cette dernière peut, moyenant l'introduction d'une variable auxiliaire :

∆=[Ca2+]-[CO3 total]

se transformer en une relation équivalente plus commode pour le calcul des courbes constitutives de l'abaque.

b) une deuxième relation, prenant en compte les ions H+ soit libres, soit engagés dans des combinaisons avec le groupe carbonate ou avec le solvant H2 O. Dans ce but, on introduit une concentration totale appelée acidité potentielle totale (en abrégé APT) définie de la sorte :

APT=2[H2CO3]+[HCO-3]+[H2O]+[H+]

En outre, on utilise une variable dérivée de APT à laquelle on a donné le nom d'acidité potentielle carbonatée et le symbole. Sa définition est la suivante :

δ=2[H2CO3]+[HCO-3]

Les 2 variables et APT jouissent en commun de la propriété intéressante de rester invariantes lors de la mise en équilibre de l'eau selon l'équation :

CaCO3+H+⇌Ca2++HCO-3

La variable peut également être considérée comme pratiquement invariante dans le domaine des eaux naturelles.

Cette propriété est mise à profit pour construire 2 réseaux de courbes constitutives de l'abaque, à savoir :

a) celles satisfaisant à la condition : APT=constante.

Ces dernières seront appelées "courbes d'iso-acidité

b) celles répondant à la condition : ∆=constante.

On les désignera sous le nom de "courbes d'iso-équilibre"

L'article s'attache à décrire le mode d'utilisation de cet abaque tout en mettant en valeur sa facilité d'emploi pour l'évaluation, tant qualitative que quantitative du comportement d'une eau à l'égard du carbonate calcique.

En particulier, la technique permet de visualiser les caractéristiques essentielles de l'eau telles que pH équilibrant, pH stabilisant et indice de stabilisation, caractéristiques dont la signification est précisée dans l'article.

L'abaque en question, en parallèle avec un logiciel qui peut lui être associé, constitue ainsi un outil précieux tant pour caractériser une eau que pour procéder ensuite aux traitements chimiques les plus connus.

Le cas du mélange d'eaux peut également être avantageusement traité par le biais de cet abaque. De nombreux exemples d'application aux traitements de l'eau sont également largement développés dans la publication. Ceux-ci devraient aider grandement ceux qui sont confrontés aux divers problèmes de l'industrie de l'eau.

L'analyse graphique constitue par ailleurs une excellente introduction à la gestion informatisée plus complète de ces problèmes et dont le traitement ne pouvait trouver place dans le cadre limité de cette publication.

Le lecteur désireux de poursuivre ces développements ou d'avoir accès au programme informatique complémentaire à cette étude, trouvera les indications nécessaires dans les références bibliographiques figurant en fin de l'article.