Bibliographie & annexes
Quiz & test
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La formation de tartre dans les circuits industriels ou dans les appareils électroménagers utilisant de l’eau pose d’énormes problèmes techniques et économiques. L’enjeu est de trouver des solutions antitartre respectueuses de l’environnement, à faible coût de production et répondant aux réglementations en vigueur. Après une présentation du tartre, de son mécanisme de formation et des indices permettant de qualifier une eau, l’article expose les principales méthodes de caractérisation de l’entartrage. Ensuite, les méthodes de lutte contre l’entartrage seront présentées en commençant par les traitements amont, puis les inhibiteurs chimiques ainsi que leur impact environnemental. Une attention particulière sera portée aux inhibiteurs à base de végétaux.
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The scale formation in industrial or domestic water supplying system causes numerous technical and economic issues. Find green anti-scale solutions, with low production costs and in accordance with current regulations is a key challenge. In this paper, scale and its formation mechanism will be first developed, followed by a brief introduction to indexes used in water quality. Then, the article will develop the main scaling characterization methods. Finally, upstream treatments and chemical inhibitors, allowing to avoid scale formation, will be presented. A special attention will be paid to the environmental impact of chemicals and their green alternatives using plant extracts.
Auteur(s)
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Amaury BUVIGNIER : Ingénieur de Recherche - ODYSSEE Environnement, Le Mans
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Hélène CHEAP-CHARPENTIER : Enseignant-chercheur - EPF, école d’ingénieurs, Cachan - Laboratoire Interfaces et Systèmes Électrochimiques (LISE), Paris
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Fabrice CHAUSSEC : Directeur Innovation - ODYSSEE Environnement, Le Mans
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Guénolé CHAUSSEC : Ancien expert international « Eaux et Environnement » du groupe RENAULT, - Boulogne-Billancourt
INTRODUCTION
Les phénomènes d’entartrage se caractérisent par la formation de dépôts incrustants, compacts et adhérents à la surface des matériaux en contact avec l’eau naturelle. Ils peuvent toucher tous les secteurs d’activité tels que l’agriculture, les industries ou encore la distribution d’eau potable.
Il est intuitif que les dépôts de tartre génèrent des problèmes techniques très importants comme une obstruction partielle ou totale des tuyauteries. Il faut savoir que ces phénomènes ont aussi des conséquences financières considérables, liées par exemple au nettoyage, au remplacement des structures, au manque à gagner provoqué par les arrêts de production, aux pertes énergétiques... Ces dépenses improductives sont évaluées à environ 1,5 milliard d’euros par an en France . Dans les installations nucléaires, la puissance produite est souvent limitée par les dépôts de tartre dans les tours de refroidissement .
Les facteurs physiques influençant la formation de tartre avec l’utilisation de l’eau naturelle dans les circuits sont dus essentiellement aux variations de la température, de la pression et de la concentration en sels minéraux.
L’augmentation de température survient au niveau des systèmes d’échangeurs de chaleur et dans les conduites de distribution d’eau. La présence de tartre sur les parois d’un échangeur induit une augmentation de la résistance thermique interne, ce qui diminue sa durée de vie mais surtout son rendement avec une perte d’efficacité. En effet, si l’on considère qu’il s’agit principalement de carbonate de calcium (CaCO3), le tartre est 15 à 30 fois moins conducteur que l’acier .
Par conséquent, il est très important de pouvoir maîtriser les phénomènes d’entartrage. Pour ce faire, des traitements spécifiques existent, faisant appel à des pré-traitements et des produits de conditionnement. Cependant ces produits conventionnels font intervenir du carbone fossile issu de la pétrochimie dans leur cycle de vie. À long terme, cette ressource n’est pas soutenable. Il est donc essentiel de trouver des solutions plus respectueuses de l’environnement et plus économiques pour inhiber ces phénomènes.
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Le tartre touche aussi bien les installations industrielles que domestiques.
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Les dépôts de tartre se forment généralement sur les parois d’échangeurs de chaleur et génèrent des pertes d’efficacité et/ou des casses de matériel.
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Conditionner l’eau permet d’empêcher le phénomène d’entartrage et donc de limiter un gaspillage énergétique et financier.
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KEYWORDS
scale precipitation | water characterization | scaling inhibitors | bio-sourced inhibitor
DOI (Digital Object Identifier)
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Méthodes d’évaluation en laboratoire du phénomène d’entartrage
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1. Qu’est-ce que le tartre ?
1.1 Formation du tartre
« Tartre » est un terme générique faisant référence à divers précipités. Compte tenu de la qualité des sols et donc des eaux naturelles, le tartre est principalement formé de carbonate de calcium (CaCO3), mais il fait référence par extension à d’autres composés que l’on peut retrouver en industrie, tels que le sulfate de calcium (CaSO4), l’oxalate de calcium (CaC2O4), le phosphate de calcium (Ca5(PO4)3OH), des silicates de calcium ou de magnésium (Ca2SiO4), etc. .
Si le tartre est souvent associé au carbonate de calcium, c’est parce que c’est un des premiers sels majoritaires à précipiter sous forme de dépôts durs et adhérents et donc à poser problème au niveau des installations, comme le montrent les courbes de solubilité en fonction de la température (figure 1). L’hydroxyde de magnésium, moins soluble, précipite sous forme de boues non adhérentes. En condition stœchiométrique, le phosphate de calcium devrait précipiter en premier, comme le montre la courbe. Cependant, la très faible concentration en phosphate dans les eaux ne permet pas la précipitation de ce sel.
Le carbonate peut être présent dans l’eau sous différentes molécules suivant le pH. La figure 2 présente la fraction de carbonate total dissous qui est sous forme
,
ou H2CO3 en fonction du pH, calculée à partir des équations acide base (pKa1 = 6,4 et pKa2 = 10,3).
On observe donc que pour des pH supérieurs à ~8,3, il est présent sous forme
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Qu’est-ce que le tartre ?
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ROSSET (R.) - Les procédés physiques antitartres : mythe ou réalité ? - L’actualité chimique 1-2, 125-148 (1992).
-
(2) - ROSSET (R.) - Les méthodologies d’étude des procédés antitartres. - Techniques Sciences Méthodes (TSM) 11, 563-569 (1993).
-
(3) - LIN (W.), COMBAZ (P.), HÉBERT (C.), PERICHON (C.) - Détection automatique de la menace d’entartrage du circuit de refroidissement d’une centrale nucléaire. - L’eau, l’industrie, les nuisances, 180, 51-54 (1995).
-
(4) - DOBERSEK (D.), GORICANEC (D.) - Influence of water scale on thermal flow losses of domestic appliances. - International journal of mathematical models and methods in applied sciences, 1, 55-61 (2007).
-
(5) - DEGRÉMONT (S.A.) - Mémento technique de l’eau. - Degrémont Suez (2005).
-
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