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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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Lire l’articleAuteur(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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Problématiques des inhibiteurs chimiques – Quelles solutions pour l’avenir ?
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3. Lutte contre l’entartrage en milieu industriel
3.1 Traitements amont
Étant donné que le tartre est principalement dû à la précipitation de calcium avec du carbonate, si l’un des deux composés est retiré du milieu, le tartre ne peut pas se former. C’est là tout l’objectif des traitements amont.
HAUT DE PAGE
L’adoucissement s’effectue à l’aide de résines cationiques qui permettent d’éliminer le calcium et le magnésium de l’eau par échange d’ions. C’est la méthode la plus répandue en milieu industriel.
L’eau dure passe sur un lit de résines cationiques (R), qui échangent les ions calcium (Ca2+) et magnésium (Mg2+), responsables de la dureté de l’eau, contre des ions sodium (Na+) préalablement chargés dans la résine (Eq. (18)) :
Lorsque la résine est saturée d’ions calcium et magnésium, la régénération de celle-ci s’effectue avec une saumure de chlorure de sodium (NaCl). Le gradient de concentration en Na+ permet d’inverser le sens de la réaction (Eq. (18)).
La capacité d’échange de l’adoucisseur, ou volume d’eau que l’adoucisseur peut conditionner, est déterminée en fonction de la dureté totale de l’eau brute et de la capacité nominale de la résine selon l’équation (19) :
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Lutte contre l’entartrage en milieu industriel
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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