Paramètres

Pour éffectuer un calcul de caractérisation, les 5 données suivantes sont obligatoires dans EquiWin :

• Température (en °C)
  
• pH
  
• TAC (ou alcalinité, sous forme de °F, de mg de HCO3/L ou de mg de CaCO3/L)
  
• Calcium (sous forme de °F, de mg/L, de milliéquivalents/L ou de mg de CaCO3/L)
  
• Résidu Sec (ou RS, sous forme de résidu sec à 180 °C, ou de conductivité en µS [micro Siemens] ou encore de résistivité [en Ohm.cm]).
  

La température, le pH, la conductivité (ou résistivité) doivent être plutôt mesurés in situ afin d’éviter toute altération due au transport des prélèvements (risque de dégazage, d’échanges avec l’air ambiant). Ceci est d’autant plus vrai pour les eaux douces et/ou très agressives.

Les concentrations en chlorures et sulfates sont à renseigner si l’on souhaite calculer l’ indice de Larson.
Nota : les concentrations en chlorures et sulfates sont à renseigner en mg/l.



Température.
la température (en °C) intervient dans les calculs de pK1, pK2 et pKs, et donc dans ceux du pHs, IS et CO2 libre.
(voir sur ce sujet le fichier equilibre.pdf), et finalement influe sur les paramètres de l'équilibre calco-carbonique.

pH.
le pH représente le potentiel d'hydrogène, c'est à dire la concentration en ions hydrogène exprimé par le cologarithme de H⁺ (-H⁺).
D'une façon générale l'eau est :

• "acide" si le pH est inférieur à 7
• "basique" si le pH est supérieur à 7
• "neutre" si le pH est égal à 7

Mais il est à noter que le pH d'équilibre calco-carbonique ne correspond pas au pH de neutralité électronique, soit pH 7. On peut avoir un pH d'équilibre qui se trouve être un pH acide ou basique du point de vue électronique.

Nota : sur le graphique Hallopeau, il représente le point figuratif de l'eau considérée.

TAC.
le TAC ou Titre Alcalimètrique Complet représente la teneur de l'eau bicarbonates (hydrogénocarbonates HCO3^-), carbonates (CO3^2-) et en alcalis libres (ions OH^-), et liés aux ions positifs Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ et K⁺.
Le TAC est aussi appelé "alcalinité".

Nota : le Titre Alcalimétrique simple TA (non utilisé ici) mesure la teneur de l'eau en alcalis libres et en carbonates alcalins (liés au sodium Na⁺ et potassium K⁺). Dans les eaux naturelles, le TA ne peut apparaître que si leur pH est supérieur ou égal à 8,3 (TA = 0 si pH <=8.3).

La répartition des ions constitutifs de l'alcalinité peut être calculée à partir des valeurs respectives de TA et TAC.

Le Titre Temporaire ou dureté temporaire, appelé aussi souvent dureté carbonatée représente les anions carbonates et hydrogénocarbonates, essentiellement de calcium et magnésium (anions qui disparaissent après ébullition de l’eau). On pourra trouver quelquefois le terme de " dureté alcaline ".
La dureté totale d’une eau ou Titre Hydrotimètrique TH correspond à la quantité totale de l’eau en calcium et magnésium.

• Si le TAC est inférieur au TH (TAC<TH), cette dureté carbonaté est égale au TAC.
  
• Si TAC = TH, il ne peut y avoir d'autres sels de Ca²+ ou Mg²+ autres que des bicarbonates, et dans ce cas la dureté carbonaté représente également le TAC.
  
• Si TAC > TH : dans ce dernier cas, l'eau renferme des bicarbonates alcalins, sodium ou potassium (Na+ ou K+) et la dureté carbonaté est égale au TH.

Le Titre Permanent ou dureté permanente (appelé aussi dureté non carbonatée ou non alcaline) est la concentration en sels de calcium et magnésium, autres que les carbonates ou hydrogénocarbonates, donc due principalement à la présence d’anions sulfates, chlorures et nitrates.

Elle est donc la différence entre la dureté totale (TH) et la dureté temporaire.

Par définition, la dureté totale TH est égale à la somme des duretés permanentes et temporaires. La dureté totale est donc aussi égale à la somme des duretés carbonatée et non carbonatée.

Par conséquent, on a : dureté permanente = TH - TAC, si TAC±TH (ce qui est le cas presque général des eaux naturelles).

Par convention, ces titres, qui ne se rapportent pas à un ion spécifique, sont toujours exprimés en degré français.
Le tableau suivant permet de déduire les ions définissant l’alcalinité d’une eau à partir des valeurs de TA et TAC (cas général) :

Calcium.
Le calcium ou dureté calcique exprime la concentration globale d’une eau en sels de calcium quel que soit l’anion associé. On l'appelle aussi quelquefois Titre Calcique [TCa] de l’eau.

On parle de même de dureté magnésienne (ou Titre Magnésien, TMg ) uniquement dû aux sels de magnésium.

La dureté totale d’une eau ou Titre Hydrotimètrique TH correspond donc à la quantité totale de l’eau en calcium et magnésium. Une eau dure est une eau qui laisse des dépôts incrustants de carbonate (générateurs de tartre) lorsqu’elle est chauffée. Cette caractéristique se traduit également par la difficulté du savon à mousser.

On classe généralement les eaux de la manière suivante :

• TH < 10 °F : eaux très douces
• 10 °F < TH < 20 °F : eaux douces à moyennement douces
• 20 °F < TH < 30 °F : eaux dures
• 30 °F < TH : eaux très dures
  

Rappel de la notion de milliéquivalent et de degré.
Dans les analyses, la concentration des différents éléments est presque toujours exprimée en milligramme par litre (mg/L) ou en microgramme par litre (mg/L) pour les éléments traces (1 m g/l = 10^-3 mg/l = 10^-6 g/l).

On trouve aussi parfois, spécialement dans les documents provenant des U.S.A, une expression de la concentration en ppm (partie par million). En toute rigueur, le ppm se rapporte à une concentration poids pour poids. Mais il n'y a pas une grande erreur en l'assimilant au mg/l, ou encore au g/m³, lorsqu'il s'agit de solutions extrêmement diluées comme l'eau naturelle. L'expression en mg/L n'est pas toujours commode pour contrôler les résultats d'une analyse. Il faut dans ce cas la remplacer par le milliéquivalent (g) par litre qui se note mé/l ou encore meq/l.

Rappel : par définition, l'équivalent-gramme est constitué par le quotient de la masse atomique du corps simple considéré, sur son nombre de charge électrique (anciennement la valence) .

Par exemple, la masse atomique du calcium étant d'environ 40 et ce corps étant bivalent (Ca²⁺), l'équivalent-g vaut donc 40/2, soit 20. Une solution à 1 g/l de calcium renfermera 1/20 = 0,05 équivalent/L, soit 50 meq/l. Si l'élément considéré est monovalent, par exemple le sodium Na⁺ de masse 23, l'équivalent-g vaudra donc 23/1 = 23 g/L.

Cette notation présente plusieurs avantages :

Elle permet la sommation de tous les éléments d'une analyse, ce qui conduit à évaluer simplement sa minéralisation,= balance ionique et elle permet le calcul immédiat des concentrations en sels.

Dans la chimie de l'eau, on a souvent besoin de connaître non pas le détail des différents ions présents, mais plutôt la somme de certains d'entre eux (Ca²⁺, Mg²⁺, carbonates, bicarbonates, etc.). Il s'agit par exemple des titres : dans ce cas, une mesure exprimée en mg/l n'aurait évidemment aucune signification, alors que mé/l permet une évaluation immédiate. Cependant, une vieille habitude a été conservée par les traiteurs d'eau français qui consiste à évaluer ces titres en degré français (°F).

Il faut donc savoir que 1 équivalent = 5000 °F, donc 1 meq/L. = 5 °F (ou 1°F = 0,2 mé/L).

Le degré français est donc une unité de concentration qui peut être utilisée comme le mé/l pour exprimer la dose de tout sel soluble contenu dans une eau. Très généralement utilisée il y a quelques dizaines d'années, cette notation ne s'applique plus guère qu'aux "titres" tels que TAC, TH, etc.

Son usage est cependant encore très répandu dans le domaine du traitement d'eau par échange d'ions.

 Résidu Sec (RS).
Le résidu sec (RS) - mesuré après évaporation de l'eau filtrée et étuvée (séchage) à 180°C- permet d'évaluer la teneur en matières dissoutes. Il permet donc d'approcher la valeur de la minéralisation. Il peut être déduit de la valeur de conductivité (ou son inverse la résistivité) :

• RS (mg/l) en fonction de la conductivité (en microSiemens / cm) :
  • Si Si conductivité < 50 alors RS = 1.365079 x conductivité
  • Si conductivité> 50 et <= 166 alors RS = .947658 x conductivité
  • Si conductivité> 166 et <= 333 alors RS = .769574 x conductivité
  • Si conductivité> 333 et <= 833 alors RS =.71592 x conductivité
  • Si conductivité> 833 et <= 10000 alors RS = .758544 x conductivité
  • Si conductivité> 10000 alors RS = .850432 x conductivité
    
• RS (mg/l) en fonction de la résistivité (en Ohm/cm) :
  • Si résistivité> 20000 alors RS = 1365079 / résistivité
  • Si résistivité> 6024 et <= 20000 alors RS = 947658 / résistivité
  • Si résistivité> 3003 et <= 6024 alors RS = 769574 / résistivité
  • Si résistivité> 1200 et <= 3003 alors RS = 715920 / résistivité
  • Si résistivité> 100 et <= 1200 alors RS = 758544 / résistivité
  • Si résistivité <= 100 alors RS = 850432 / résistivité

Nota :
Correspondance entre la résistivité (Ohm.cm) et la conductivité (microSiemens / cm) :

- résistivité = (1 000 000 / conductivité),

- conductivité = (1 000 000 / résistivité).

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