Eau de Javel

Introduction.
A la manufacture des produits chimiques qui était installée sur le site de l'actuel quartier de Javel,
(faubourg puis quartier de Paris), Berthollet fabriqua en 1790, l' hydrochlorite de potassium qui reçut dès sa naissance le nom d'eau de Javel.
C'est au début du 19^ème siècle que le pharmacien Labarraque mit au point une « liqueur » qui n'était en fait que de l'hypochlorite de sodium.

L'eau de Javel ou solution d'hypochlorite de sodium diluée, est un produit industriel très important en raison notamment de son pouvoir chlorant et oxydant.
Appellation anglaise : Bleach, Chlorine bleach, Javelle Water, Sodium hypochloride.

Fabrication.
Réaction du gaz chlore sur la soude caustique en solution :

(NaOH en léger excès, réaction fortement exothermique D_tH°₂₉₈ = - 103 kJ/mole.
On obtient un mélange équimoléculaire d'hypochlorite et de chlorure de sodium.
Les concentrations obtenues sont de 12,5 à 25 % de chlore actif (dans ce dernier cas, NaCl précipite en partie et doit être éliminé).

Nota.
Réaction parasite à ralentir le plus possible : 3 NaClO >>> NaClO₃ + 2 NaCl,
c'est-à-dire la formation de chlorates NaClO₃ et de chlorures, ceci est rendu possible en maintenant la température du milieu aussi basse que possible (ne doit pas dépasser 40°C).

Réaction du chlorure de chaux sur le carbonate de sodium :
(solution claire de chlorure de chaux : mélange CaOCl₂ + CaCl₂)

(le carbonate de calcium CaCO₃ précipite)

Électrolyse d'une solution de sel : une solution de saumure concentrée est fabriquée dans un bac de dissolution avec du sel NaCl purifié. Cette saumure passe ensuite dans un bac de production, ou un courant électrique passant entre deux électrodes, va permettre la production d’hypochlorite de sodium, selon les formules chimiques :

L'eau de Javel produite est, en général, de faible concentration (< 1 % de chlore actif).

Remarques :
L'hypochlorite de sodium pur, sous forme de cristaux solides (hydratés, en valeurs variables) présente peu d'intérêt vu la faible stabilité de cette substance.

Production.
SITUATION FRANÇAISE : production, environ 245 millions de litres/an en grand public (ce qui représente deux fois le volume des nettoyants ménagers).
Chaque jour ouvré, utilisation d'environ 1 million de berlingots d'eau de Javel concentrée.
La France est au 2^ème rang de la consommation européenne en volume, derrière l'Espagne et juste devant l'Italie (environ 220 millions de litres/an).

Par ailleurs, la France est au 5^ème rang de la consommation mondiale en volume derrière :

• les USA : 700 millions de litres/an
• le Mexique : 600 millions de litres/an
• l’Espagne : 400 millions de litres/an
• le Brésil : 350 millions de litres/an.

Titres en chlore de l'eau de Javel.
Le degré chlorométriques français °Cl (définition encore utilisée essentiellement dans les pays francophones) :
C'est le pouvoir oxydant d'un litre d'eau de Javel à 20°C, exprimé en litres de dichlore gazeux sec, sous 1 bar (1013 hPa) et à 0°C.
Il correspond au dichlore gazeux Cl₂ utilisé pour fabriquer l'eau de Javel.
Or à T = 20°C, et P = 1 bar, 1 litre de Cl₂ pèse 3,17 g (44,7 mmol) , donc

(Rappel : 1°Cl = 3,32 gNaClO/litre [3.32 g.dm^-3 ]).

CETTE UNITÉ A ÉTÉ ABANDONNÉE EN 2001- LES EAUX DE JAVEL FRANÇAISES DEVRAIENT MAINTENANT ÊTRE DONNÉES EN % DE CHLORE ACTIF.

Attention : dans certains pays, le °Cl est défini comme le nombre de litres de chlore actif gazeux Cl₂ (à 0°C et 760 mm Hg), contenu dans 1 litre de solution; donc dans ce cas le °Cl = 3,214 g Cl₂ actif/l.

Le % de chlore actif :
Cette définition du titre d'une eau de Javel (d'origine anglo-saxonne) a été retenue au niveau européen en 1994. Il rend compte de la quantité totale de dichlore Cl₂ utilisé lors de la fabrication de l'eau de Javel.
Toutefois, le % de chlore actif, pour une même qualité d'eau de Javel, dépend de la masse volumique de l'eau de Javel, qui elle même varie avec le mode de préparation de l'eau de Javel.
En effet, l'eau de Javel préparée par dilution d'eau de Javel à 100°Cl est moins dense (une partie des ions Na⁺ et Cl^- a été retirée) qu'une eau de Javel préparée directement.
L'expression chlore actif est donc - malgré son utilisation généralisée en Europe - impropre...
Les chimistes emploieraient plutôt l'expression "chlore disponible".

Notons par ailleurs, qu'un excès d'ions HO^- (de 5 à 12 g/l exprimé en NaOH) est maintenu dans la solution d'NaClO afin de neutraliser l’influence du CO2 de l'air. En conséquence, le pH d'une Eau de Javel concentrée peut être fortement basique (pH = 11,5).

Il est donc nécessaire de connaître la relation entre masse volumique et concentration pour convertir °Cl en %, qui de plus peut varier selon les matières premières utilisées car il existe deux matières premières différentes :

• la solution d'hypochlorite à 50°Cl (13 %) contenant l'hypochlorite de sodium et le chlorure de sodium en quantités équimoléculaires.
• la solution d'hypochlorite à 100°Cl (24,02 %) contenant plus d'hypochlorite de sodium que de chlorure de sodium du fait de l'élimination d'une partie du chlorure de sodium. Sa masse volumique est donc plus faible à degré chlorométrique égal.
  (sources : chambre syndicale de l'eau de Javel)
  
  Les tableaux ci-dessous rassemblent les données pour la conversion entre unités et permettent d'effectuer des calculs nécessaires pour les solutions diluées.

Nota :
Table de correspondance (pdf, 53 ko) à télécharger (CSNEJ - 05/2010).

Produit commerciaux.
Jusqu'en 1976, l'Eau de Javel était stabilisée et colorée en orangé à l’aide de bichromate de sodium (environ 20 g pour 100 litres). Actuellement, l’Eau de Javel commerciale est un liquide limpide, de couleur jaune vert, ayant une odeur caractéristique dite « chlorée » et une densité moyenne comprise entre 1,0 et 1,2.
Les solutions sont commercialisées sous deux formes principales :

• Solution en flacons de 1, 2 ou 5 litres en emballage plastique ± rigide (ou en jerrikans de 5 L) dont la concentration est, depuis l'été 2001, de 2,6 % en chlore actif (c.a), et de 9° chlorimétriques français environ (9°Cl).
• Extrait de Javel concentré en berlingots souples de 250 ml, dont la concentration est de 9,6 % de chlore actif, soit 35° Cl français (35 °Cl).

L'extrait concentré à 35°Cl n'est jamais utilisé pur mais dilué au quart (250 ml de Javel concentrée + 750 ml d'eau distilée). On obtient donc une eau de Javel titrant 8,75 °Cl environ .

Produits	°Cl (F)	Cl2 actif (%)	Cl2 actif (g/l )	NaClO (g/L)	Densité (*)	pH
Flacons de Javel	9	2,6	28,5	29,88	± 1040	± 11
Extrait de Javel	35	9,6	111	116,2	± 1157	±12
Extrait de Javel	48	12,5	152,16	159,36	± 1216	12,5
Extrait à 35°Cl diluée ¼	8,75	2,4	27,7	29,05	± 1040	± 11
Extrait à 48°Cl diluée ¼	12	3,6	38	39,84	± 1054	11,5

(* g.dm^-3 [g/L])
( Rappel : 1°Cl = 3,32 gNaClO.dm^-3 [3.32 g/L] ).

Conservation : le concentré ne se conserve que trois mois après fabrication, la solution à 9 °Cl se conserve beaucoup mieux (6-12 mois). Il est donc conseillé de diluer un concentré en voie de péremption. L'un comme l'autre se conservent à l'abri de la lumière et si possible à une température < à 25°C.
Nota : la dilution dans une bouteille de 1,5 litre, donne une solution à 6°Cl (19 g de chlore actif par litre ou 1,85%).

A noter également :

• Eau de Javel à 100°Cl (à usage industriel uniquement) :
  • g /litre de chlore actif = 317
  • % de chlore actif = 24
  • NaClO = 332 g/L
  • Densité moyenne = 1,32.
    
• Comprimés de dichloroisocyanurate de sodium : réagissant avec l'eau pour donner de l'hypochlorite et de l'acide cyanurique (ne présentant aucun rapport avec les cyanures...),
  utilisation facile mais d’activité désinfectante moindre car 1 g de dichloroisocyanurate de sodium libérerait 0,3 g de chlore actif, donc il faut 95 comprimés dans un litre d’eau pour obtenir de l’eau de Javel à environ 9 degrés chlorométriques.

 
Propriétés physiques.
(de la solution équimoléculaire de NaClO + NaCl, à 50°Cl)

• Aspect : liquide jaune verdâtre, clair,
• Densité à 20°C : 1200 à 1220 kg/m3 [24 à 26 °Baumé (notes)],
• Viscosité à 20°C : 2,6 mPa.s (ou centipoises),
• Congélation : début vers -17°C,
• Point d'ébullition : non, se décompose,
• Solubilité dans l'eau (douce) : sans limite.

• Teneur en produit pur : au minimum 158g/l de chlore actif, ou 12,9% en poids,
• Impuretés principales :
  • Chlorate : < à 0,7% (en poids) ou < à 8,54 g ClO₃/ litre,
  • Chlorures : < à 10 g Cl / litre (autre que NaCl),
  • Soude : < à 8 g NaOH / litre,
  • Carbonate de soude : < à 6 g Na₂CO₃ / litre.

Propriétés oxydantes : elle se trouve d'autant plus oxydante que son pH est faible, mais même à pH 14 son pouvoir oxydant reste élevé (E° = 0,88 V).
Elle peut oxyder de nombreux composés toxiques en composés "inoffensifs", tels que par exemple :

• le gaz sulfureux SO₂,
• l'hydrogène sulfureux H₂S,
• le gaz ammoniac NH₃,
• l'ion cyanure CN^-.
  

Son action décolorante, en partie, due à sa capacité d'oxyder de nombreux composés organiques.

Propriétés désinfectantes :
Elles sont dues au pouvoir bactéricide de l'acide hypochloreux qui diffuse à travers la paroi des cellules des bactéries en détruisant des protéines membranaires.
Par ailleurs, HClO agit sur le métabolisme de synthèse des bactéries. HClO, non chargé, est près de 100 fois plus bactéricide que l'ion hypochlorite.
Dans le cas des virus, HClO agirait par attaque des liaisons amidées des protéines.

A la demande de la Chambre Syndicale Nationale de l'Eau de Javel (CSNEJ), l'Institut Pasteur de Lille a réalisé en 2008 un essai se basant sur la norme européenne EN 14476 afin de déterminer l'activité virucide de l'Eau de Javel à 2,6 % de chlore actif sur le virus Influenza virus A/H5N1.
Les résultats montrent que l'Eau de Javel possède une activité virucide sur le virus de la grippe aviaire A/H5N1.
Dans les conditions suivantes :

• Temps de contact : 15 minutes
• Température : 20°C
• Conditions de saleté : présence de protéines et de sang,

La concentration efficace est de 0,10 % de chlore actif.
Ce qui correspond à l'Eau de Javel du commerce en flacon diluée environ 25 fois.

Propriétés chimiques.
L'hypochlorite de sodium NaClO (ou Oxychlorure de sodium) de masse moléculaire : 74.44,
(sel de l'acide hypochloreux HClO), dissous dans l'eau donne l'eau de Javel.
Lorsque l'on injecte une solution d'hypochlorite de soude [Na⁺][ClO^-] dans l'eau, aux valeurs de pH des eaux habituellement rencontrées (5.5 à 9), tout ou partie de l'ion [ClO^-] se transforme en acide hypochloreux HClO :

Notons donc par que 1 millimole d'hypochlorite "consomme" 1 méq de CO2, et génère 1 méq d'alcalinité (TAC), ce qui devrait élever légèrement le pH .

Formes chlorées en fonction du pH :

donc l'hypochlorite de sodium a les mêmes pouvoirs que le chlore gazeux.

 Stabilité :

• La dissolution du dioxyde de carbone CO₂ de l'air (HClO a un pK_a = 7.5, celui du CO₂ en solution aqueuse est de 6.4), ainsi donc en diminuant le pH de l'eau de Javel il peut entraîner un déplacement des équilibres chimiques dans le sens de la décomposition de l'eau de Javel.
  Pour cette raison, un excès d'ions OH^- (de 5 à 12 g/l exprimé en NaOH) est laissé pour neutraliser le CO₂ de l'air. En conséquence, le pH d'une eau de Javel est basique (11,5 < pH < 12,5).
  
• A pH < 5 les équilibres sont déplacés avec libération de Cl₂, d'où la nécessité de ne pas employer l'eau de Javel en présence de produits acides et en particulier en présence de détartrants. La réaction de l'eau de Javel avec un acide (HCl par exemple) est d'ailleurs une méthode de préparation de Cl₂ au laboratoire.
  
• L'ion hypochlorite se dismute par une élévation de température en donnant des ions chlorates selon la réaction : 3 ClO^- >>> 2 Cl- + ClO₃^-
  
• L'ion hypochlorite, en solution dans l'eau, est fortement oxydant et il est, en particulier, susceptible d'oxyder l'eau (voir plus haut).
  
  Cette réaction est lente, c'est elle qui impose une limite de durée d'utilisation à l'eau de Javel : un an pour l'eau de Javel diluée, trois mois pour les extraits.
  
  Cette décomposition peut être accélérée par diverses substances (catalyseurs), tels que :
  • les ions métalliques,
  • la lumière et en particulier les rayonnements U.V..

Utilisations.
Usage domestique : (50 %), pour son action en désinfection (HClO est bactéricide, fongicide, virucide et sporicide), et de son pouvoir blanchissant, et en particulier des eaux de piscines :

Pharmacie : les liqueurs de Dakin et deLabarraque sont à base d'eau de Javel.
L'eau de Javel permet de désinfecter le matériel (seringues…) contaminé par le virus du Sida.
Toxicité : la dose mortelle pour l'homme est estimée à 120 - 200 g d'eau de Javel ingérée.

Traitement de potabilisation :
Selon le pH de l'eau, l'eau de Javel donnera un mélange de HClO et de ClO-.
Ce traitement, si présence de matières organiques, peut, par formation de composés organochlorés tels que le chloroforme, donner à l'eau un goût désagréable.
Pour le limiter, en France, la chloration est de 0,2 à 0,3 mg/l.
La concentration maximale admissible fixée par l'O.M.S. est de 5 mg/l.
A New York par exemple, elle varie entre 0,7 et 2 mg/l, le goût d'eau de Javel y étant considéré comme le gage d'une eau saine.

Le tableau comparatif suivant rassemble montre les caractéristiques de l'eau de Javel (ou du chlore)
et de l'ozone :

A des concentrations inférieures aux doses létales, l'eau de Javel inhibe le développement des bactéries ce qui permet la protection de l'eau potable lors de son transport par canalisations.

Industriellement :
L'eau de Javel est utilisée, en particulier, pour éviter le développement des algues et des mollusques, dans les canalisations des usines de dessalement de l'eau de mer et dans les circuits de refroidissement des centrales thermiques classiques ou nucléaires utilisant l'eau de mer.
Par exemple, la centrale de Graveline utilise, lorsque la température de l'eau de mer dépasse 10°C,
utilise 0,8 mg de Javel par litre d'eau de mer.

Évidemment, en raison notamment de son action son antiseptique, elle est très utilisée pour tous nettoyages à usage désinfectant.

Stockage :

• Stocker le récipient bien fermé à l'abri de la lumière stocker à moins de +15°C,
• Risques de décomposition avec formation de produits gazeux, surtout en cas de stockage prolongé. Fermer les récipients de façon à permettre à la pression intérieure de s'échapper (par exemple valve de surpression).
• Exigences concernant les locaux de stockage et les récipients : pas de récipients en métal, donc stockée dans des cuves en plastique à l'intérieur d'un cuvelage étanche de rétention et à l'abri de la lumière pour éviter la décomposition.
  A noter que l'hypochlorite de soude se conserve d'autant mieux que la température est plus basse.

Par suite du dégazage du chlore, pour éviter les désamorçages des pompes doseuses de distribution, des évents sont à prévoir sur les conduites d'aspiration et de refoulement.
Elle peut être livrée par touries, containers, ou par camions-citernes.

Informations écologiques : ne pas évacuer dans les eaux naturelles, les eaux d'égout ou le sol !

COMPOSES CONTENANT DES IONS HYPOCHLORITES :
L'eau de Javel se présente en solution. Il existe des composés renfermant des ions hypochlorites se présentant sous forme solide. Il s'agit principalement :

• de l'hypochlorite de calcium : utilisé seul ou sous forme de chlorure de chaux
  (mélange d'hypochlorite de calcium Ca(ClO)₂ et d'hydroxyde de calcium Ca(OH)₂).
  Utilisé principalement aux États-Unis pour la désinfection des eaux de piscines. Dans ce pays, l'hypochlorite de lithium est également employé, sa part est toutefois inférieure à 1 % du total des hypochlorites consommés.
  
  
• du phosphate trisodique chloré, sel double de phosphate de sodium et d'hypochlorite de sodium :
  NaClO,(Na₃PO₄,11 H₂O)₄, utilisé aux États-Unis comme agent de nettoiement.
  
  
• des acides di et trichloroisocyanuriques et leurs sels de sodium (appelés "trichlor" aux États-Unis) utilisés pour traiter les eaux de piscines.
  Ils libèrent lentement des ions hypochlorites au contact de l'eau et donnent de l'acide cyanurique qui absorbe les rayonnement U.V. et donc permet une plus grande stabilité de l'ion hypochlorite.

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