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Dureté de l'eau
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Le titre hydrotimétrique (T.H. ou G.H. en allemand pour GesamtHärte), ou dureté[1] de l'eau, est l’indicateur de la minéralisation de l’eau. Elle est surtout due aux ions calcium et magnésium.
La dureté s’exprime en ppm w/v (ou mg/L) de CaCO3 ou en degré français (symbole °f ou °fH) en France (à ne pas confondre avec le symbole °F, degré Farenheit). 1 degré français correspond à 10-4 mol/L soit 4 milligrammes de calcium ou 2,4 milligrammes de magnésium par litre d’eau.
| TH (°f) | 0 à 7 | 7 à 15 | 15 à 25 | 25 à 42 | supérieur à 42 |
|---|---|---|---|---|---|
| Eau | très douce | douce | moyennement dure | dure | très dure |
Généralement, on distingue la dureté permanente et la dureté temporaire, la somme des deux étant la dureté totale. La dureté se détermine par un dosage complexométrique par l’EDTA (voir chélation). On utilise un adoucisseur d'eau pour adoucir l'eau jusqu'à environ 5° français, car les détergents tels que le savon sont moins efficaces dans une eau dure : les ions calcium et magnésium font précipiter les anions carboxylate à longue chaîne présents dans le savon.
Les sels minéraux qui entrent à l'état dissous dans le calcul de la dureté de l'eau sont souvent essentiels à la santé. Lors de leur dissolution dans l'eau ceux-ci se retrouvent sous la forme de cations et d'anions. À l'état libre, ces derniers sont toutefois difficilement assimilables par les êtres vivants (qui assimilent plus facilement des ions complexés).
Sommaire |
Chimie
Titre alcalimétrique (T.A)
Il permet de connaître les teneurs de l’eau en carbonates et bases fortes présentes dans l’eau. Cette analyse se fait en présence de phénolphtaléine qui vire de l’incolore au rose-fuchsia à un pH de 8,2. Le Titre alcalimétrique s’exprime en degré français (°f).
- 1°f = 3,4 mg/L d'ion hydroxyde OH- = 6,0 mg/L d'ion carbonate CO32- = 12,2 mg/L de l'ion hydrogénocarbonate HCO3-
Titre alcalimétrique complet (TAC)
Le TAC (titre alcalimétrique complet) est la grandeur utilisée pour mesurer le taux d’hydroxydes, de carbonates et de bicarbonates d’une eau, son unité est le degré français (°f ou °fH).
En titrant l’eau à analyser avec un acide, on obtient un premier point de neutralisation qui est le TA (titre alcalimétrique) et qui correspond à pH 8,2 (virage de la phénolphtaléine). À ce stade, on a neutralisé l’ensemble des hydroxydes et des carbonates.
En continuant le dosage, on est amené à un deuxième point de neutralisation à pH 4,4 (virage de l’hélianthine). On aura alors dosé la totalité des hydroxydes, carbonates et bicarbonates présents initialement.
Il s'agit de faire attention aux unités utilisées dans les équations, qui s'écrivent différemment suivant que l'on utilise des °f ou des mol/L.
Aquariophilie
Pour les aquariums à poissons d'eau douce, il est important de maintenir la dureté de l'eau dans une certaine plage de valeurs. Cela implique de renouveler chaque semaine une partie de l'eau, l'eau rajoutée devant bien évidemment être d'une dureté bien précise.
La dureté conseillée pour les poissons rouges, poisson d'aquarium le plus populaire, figure ici.
Unités de mesure
Mesurant des ions différents (calcium, de masse molaire 40 g/mol et magnésium, de masse molaire 24 g/mol), le TH ne peut s'exprimer avec l'unité habituellement utilisée en hydrologie, à savoir le milligramme par litre (mg/l) ou l'un de ses multiples. En revanche, il pourrait être exprimé dans l'unité internationale, la mole par kilogramme (mol/kg). Il est toutefois plus habituel d'utiliser le milliéquivalent par litre (méq/l) ou le degré :
- le degré français (°f ou °fH) — à ne pas confondre avec le degré Fahrenheit (°F) —, correspond à une concentration de 10 milligrammes de carbonate de calcium (CaCO3) par litre d'eau (c'est-à-dire la concentration en calcaire) ;
- le degré allemand (°GH, pour GesamtHärte) équivaut à 10 mg d'oxyde de calcium (CaO) par litre ;
- le degré américain (°TH, pour Total Hardness) équivaut à 10 milligrammes d'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) par litre.
| °dH | °e | °fH | ppm | mval/l | mmol/l | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Degré allemand | 1 °dH = | 1 | 1,253 | 1,78 | 17,8 | 0,357 | 0,1783 |
| Degré anglais | 1 °e = | 0,798 | 1 | 1,43 | 14,3 | 0,285 | 0,142 |
| Degré français | 1 °fH = | 0,560 | 0,702 | 1 | 10 | 0,2 | 0,1 |
| ppm CaCO3 (USA) | 1 ppm = | 0,056 | 0,07 | 0,1 | 1 | 0,02 | 0,01 |
| mval/l ions métaux alcalino-terreux | 1 mval/l = | 2,8 | 3,51 | 5 | 50 | 1 | 0,50 |
| mmol/l ions métaux alcalino-terreux | 1 mmol/l = | 5,6 | 7,02 | 10,00 | 100,0 | 2,00 | 1 |
- Les américains utilisent également l'unité "Grains per Gallon" (gpg), équivalant à 1 grain (64.8 mg) de carbonate de calcium par gallon américain (3.79 litres), ou 17.118 ppm.
Méthodes de mesures
Le titre hydrotimétrique est mesuré par complexométrie, un puissant chélatant — l'EDTA, que l'on retrouve parfois dans les lessives — formant des complexes avec les cations métalliques. Dans la pratique, tous les métaux divalents, par exemple les ions ferreux, sont susceptibles d'être dosés — ce sont donc des interférants — mais on considère que leur concentration est négligeable par rapport à celles du calcium et du magnésium. On peut également calculer le TH en additionnant les concentrations de calcium et de magnésium mesurées par d'autres méthodes, par exemple la spectrométrie d'absorption atomique ou bien la chromatographie ionique.
Indices
Différents indices sont utilisés pour décrire le comportement du carbonate de calcium dans l'eau, l'huile ou les mélanges gazeux[2].
Indice de saturation de Langelier (LSI)
L'indice de saturation de Langelier est un nombre sans dimension permettant de déterminer la stabilité du carbonate de calcium dans l'eau. Il indique si l'eau va précipiter, dissoudre ou être en équilibre avec le carbonate de calcium. En 1936, Wilfred F. Langelier a développé une méthode pour prédire le pH auquel l'eau est saturée en carbonate de calcium (pHs). Il se calcule en faisant la différence entre le pH de l'eau et le pH de saturation (pHs). Le LSI est exprimé par la différence entre le pH actuel de l'eau et le pH de saturation :
- LSI = pH (mesuré) - pHs
- Lorsque le LSI > 0, l'eau est super saturée et tend à précipiter et former des dépôts de CaCO3.
- Lorsque le LSI = 0, l'eau est saturée (en équilibre) en CaCO3. Des dépôts de CaCO3 ne sont ni déposés ni dissous.
- Lorsque le LSI < 0, l'eau est sous saturée et tend à dissoudre le CaCO3 solide.
Interprétation
Dureté nulle
Le titre hydrotimétrique d'une eau dépourvue de calcium et de magnésium (par exemple de l'eau distillée ou de la lessive de soude) est nul.
Eaux naturelles
Le titre hydrotimétrique des eaux naturelles augmente souvent avec l'éloignement de la source, l'eau se chargeant en sels minéraux. Les eaux naturelles continentales étant généralement calcaires (bicarbonatées calciques), la valeur de leur TH est voisine de celle de leur titre alcalimétrique complet (TAC).
Eau de mer
L'eau de mer a un titre hydrotimétrique d'environ 750 degrés français.
Effets
Santé humaine
La dureté d'une eau est sans conséquence sur la santé humaine — le calcium et le magnésium sont des constituants majeurs de notre organisme — et une eau demeure potable quel que soit son TH. Il existe des exceptions à ces règles générales, expliquées par les caractéristiques chimiques de certains minéraux.
Autres problèmes : tartre, lessive
Une eau dure présente des inconvénients d'ordre domestique en raison de la précipitation du calcaire (carbonate de calcium). On peut éviter la formation de tartre en éliminant le calcium par adoucissement ou osmose inverse.
En outre, le calcaire diminue l'efficacité des détergents. Les doses conseillées sur le mode d'emploi des lessives sont valables pour une eau moyennement dure (environ 15 degrés français) et doivent être diminuées (augmentées) si l'on utilise une eau plus douce (dure).
Notes et références
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Hard water » (voir la liste des auteurs)
- Une eau fortement minéralisée est « dure à mousser » avec du savon, d'où le terme de dureté.
- (en) Corrosion by water
Annexes
Articles connexes
Liens externes
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