L'eau

L'eau (H2O) est un corps composé de deux volumes d'hydrogène (H2) et d'un volume d'oxygène (O)
Une molécule d'eau est donc égale à deux atomes d'hydrogène + 1 atome d'oxygène.
L’eau courante est constituée essentiellement d'eau, de sels minéraux et d'autres impuretés.
L'indice qui caractérise sa teneur en calcaire est son titre hydrotimétrique (TH), plus cette valeur est grande, plus l'eau est dite 'dure'.

Selon leur TH et leur destination finale, il est souhaitable, nécessaire ou indispensable de baisser la teneur en calcaire de certaines eaux.

Le calcaire

Nous n'allons pas rentrer dans le détail de la formation du calcaire, d'autres sites internet dédiés au sujet le font déjà très bien.
Nous rappellerons juste que ce dernier né essentiellement de l'accumulation au fond des mers ou en milieu lacustre des coquillages et squelettes des micro-algues et animaux marins.

En France selon les régions, départements, villes, communes et villages, la valeur du TH change en fonction de la mixité des points de captages opérés par la société attributaire du marché de fourniture et de distribution de l'eau, la carte ci-dessus en donne les valeurs approximatives.

Pour rappel, 1° de TH représente 10 mg de calcaire par litre
Si par exemple nous avons une eau avec un TH de 30°, nous avons 10 x 30 = 300 mg/litre de calcaire ou 300g/m3

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L'élimination du calcaire

Pour éliminer 'physiquement' le calcaire il existe plusieurs méthodes efficaces, la permutation sodique et l’injection de CO2 sont les plus rependues.
Les autres méthodes qui relèvent de l’électromagnétisme n'ont jamais réellement apportées les preuves de leurs efficacité.
Par définition, les techniques visant à suspendre le calcaire, ne l'élimine pas, donc elles le déplace et ce bien souvent vers les points chauds ou il se "précipite naturellement"... le calcaire est dépourvu d'intelligence !

Traitement par injection de CO2
Cette méthode consiste à injecter en quantité régulée de CO2 dans la conduite d'arrivée générale de l'eau d'une habitation ou d'une installation collective.
Utilisée depuis fort longtemps dans le domaine vinicole et notamment pour l'élaboration du champagne ce qui engendre une réaction chimique tel que celle du vinaigre blanc.
Comme cette technique n’est pas actuellement très répandue dans le domaine du génie climatique, nous traiterons ci-après essentiellement de la méthode par permutation sodique qui est utilisée depuis toujours avec des résultats connus.
- Avantage de cette méthode: l'eau reste 'buvable'
- Inconvénient de cette méthode : toute l’installation est traitée, l'eau froide comme l'eau chaude

Traitement par permutation sodique
Connue de tous, c'est l'adoucisseur.
En phase de traitement, de fonctionnement, l'eau passe à travers de résines échangeuses de cations (permutation des ions calcium avec les ions sodium), ces dernières 'captent/retiennent le calcaire'.
Au bout d'un certain temps, les résines cationiques sont dites saturées et donc inefficaces, elles doivent alors faire l'objet d'une opération de maintenance, de réinitialisation, c'est la régénération.
L'avantage de cette méthode c'est d’avoir la possibilité de ne traiter que le réseau d'eau chaude, là ou justement la précipitation du calcaire est exponentielle en raison de sa température élevée.

Fonctionnement d'un adoucisseur

En fonctionnement 'normal' l'eau passe au travers les résines, ces dernières se chargent alors en calcaire rendant ainsi l'eau douce.

Une fois saturées de calcaire, les résines cationiques doivent être régénérées, cette opération se déroule en cinq étapes.

- 1: Le détassage
- 2: L’aspiration de la saumure et 'lavage' des résines à faible débit
- 3: Le rinçage lent des résines à faible débit
- 4: Rinçage rapide des résines à fort débit
- 5: Remplissage d'eau du bac à sel et la remise en service de l'adoucisseur

Afin de réaliser l'étape N°2, la régénération, il faut faut faire couler une solution concentrée de chlorure de sodium sur les résines cationiques.
Cette solution est 'fabriquée' dans un bac ou se mélange du sel en pastille et une quantité d'eau précise dosée par un système équipé d'un flotteur, cette solution se nomme communément 'la saumure'.

L'opération de régénération peut être déclenchée de façon chronologique, volumétrique ou combinée.
# en mode chronologique c'est une horloge qui lance l'opération régulièrement, donc sans tenir compte du dégrés de saturation des résines cationiques.
# en mode volumétrique, un compteur d'eau informe en temps réel le coffret de programmation, par décompte d'un débit préalablement établie, ce dernier sait quant il faut précisément lancer la régénération, mais bien souvent c'est lors d'un sous-tirage.
# en mode combiné une horloge fixant l'heure possible ou programmée d'une régénération est associée au compteur volumétrique du programmateur, c'est la meilleure solution.

Nb : les deux derniers modes permettent des consommations de sel et d'eau optimisées.
Quelque soit le mode de régénération, lors de cette opération qui ne dure qu'une heure ou deux maximum, l'adoucisseur est hors de fonction car by-passé automatiquement, il y à toujours de l'eau mais en moindre débit et 'dure'.

Dimensionnement adoucisseur

Pour dimensionner convenablement un adoucisseur, il faut connaitre les éléments suivants:
- Le débit d'eau à traiter
- Le TH de l'eau de ville
- Le TH attendu de l'eau adoucie
- 1 litre de résines cationiques adoucie de 4 à 6° Français (selon le poids en sel de régénération)

Exemple 1, nous cherchons la capacité de l'adoucisseur
La consommation d'eau adoucie est de 20m3
Le TH brut de l'eau de ville est de 40°
Le TH attendu après traitement est de 10°
Le pouvoir d'echange des résines est fixé à 5°/l pour une dose de sel de 125g

Nous commencons par déterminer le PEG (pouvoir d'échange global) comme suit:
- Le delta TH, c'est à dire la différence entre les TH de ville et attendu est de: 40° - 10° = 30°
- PEG = 20m3 x 30° = 600°
- Nombre de litres de résines nécessaires est donc de : 600° / 5°f = 120 litres

Inversement connaissant le PEG d'un adoucisseur, nous pouvons déterminer le volume d'eau qu'il pourra traiter selon les TH brut et attendu.

Exemple 2, nous cherchons un débit d'eau traité
L'adoucisseur contient 250 litres de résines cationiques, son PEG est donc de 250 l x 5° = 1000°
Le delta TH est de 35° - 12° soit 23°
Capacité de traitement l'adoucisseur : 1000° / 23° = 43 m3 d'eau à 12°

Réglages et entretien

Il y a peu de réglage sur un adoucisseur, hormis ceux du coffret de programmation qui peut s'avérer 'pénible' en raison de la navigation dans l'arborescence des menus.
Un adoucisseur produit uniquement de l'eau à 0° de TH d’où la présence indispensable d'une vanne dite de cépage intégrée ou externe à l'adoucisseur.
Cette vanne de cépage permet de régler finement la valeur du TH distribué.
Une trousse d'analyse de la valeur du TH distribué est également nécessaire.

Il est indispensable d'installer un filtre 50 microns en amont de l'adoucisseur afin de protéger les fins organes de la vanne automatique de commande hydraulique.
Il est également souhaitable d’installer un by-pass général shuntant l'adoucisseur, ainsi en cas de panne prolongée ou d'abandon du système le réseau retrouve ses diamètre et débit initiaux.
Il faut également penser à bien régler la quantité de saumure dans le bac à sel car c'est elle qui conditionne la bonne régénération des résines.
En effet, le volume en saumure est déterminé selon la quantité de sel nécessaire à chaque litre de résine, en moyenne elle est de 125g par litre de résine.
- exemple 250 litres de résines nécessitent 250 x 125 = 3,125 kg de sel dilué dans un quantité fixée par le fabricant.

Réglementation et hygiène de l'eau

Le process de la permutation sodique par résines supprime les ions de calcium et de magnésium et 'fabrique' des ions sodium.

La réglementation Française* précise que la qualité en sodium de l’eau adoucie ne doit pas être supérieure à 0,2 g par litre.
Donc un adoucisseur avec une sortie à 0° pour 30° initial donne une eau contenant environ 0,138 g de sodium par litre.
Il en résulte qu'une personne qui boit 2.0 litre de cette eau adoucie ingurgite environ 0,276 g de sodium.
L’ANSES préconise* de ne pas dépasser une consommation quotidienne en sel de 6 à 8g ** ce qui correspond à 2,5 à 3,0g de sodium.

* Arrêté du 11 janvier 2007 relatif aux limites et références de qualité des eaux brutes et des eaux destinées à la consommation humaine mentionnées aux articles R. 1321-2, R. 1321-3, R. 1321-7 et R. 1321-38 du code de la santé publique (JORF du 6 février 2007)
** Rapport sel : évaluation et recommandation. AFSSA, 2002

Les pastilles de sel qui doivent répondre à la norme européenne EN 973 et certifiées marque NF.
Enfin, le nettoyage des résines est vivement conseillé soit une fois par an soit après une longue période de non utilisation.
Cela permet de nettoyer et de désinfecter en profondeur les résines cationiques, des doses de produits dédiés sont disponibles sur le marché.

Le dimensionnement ou la programmation de l'adoucisseur doivent aboutir à une régénération au minimum tous les quatre jours et ce afin de limiter la prolifération bactérienne.