problématiques liées à la qualité d’eau et aux conditions d’exploitation

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L'entartrage et la corrosion provoquent une dégradation d'état de surface, et donc un accroissement du risque de formation de biofilm.

l’entartrage

L’entartrage est un phénomène qui correspond à la précipitation de sels minéraux en fonction de leur solubilité et de leur concentration.

L’entartrage entraîne :

  • une dégradation d’état des surfaces ;
  • des pertes d’échange thermique;
  • des risques de corrosion sous les dépôts formés;
  • une augmentation des besoins de la maintenance des installations.

L’entartrage intervient lors de :

  • l’élévation de la température;
  • l’augmentation de la concentration en sels;
  • la variation du pH ;
  • diminution de la teneur en CO2.

Le phénomène est basé sur la formation de dépôts de sels insolubles à la surface des matériaux le plus souvent par modification de l’équilibre calco-carbonique :

l'entartrage - équilibre calco carbonique

Il peut s’agir également du dépassement du seuil de solubilité d’un sel : dès que l’on atteint dans l’eau une quantité suffisante d’ions, un précipité peut se former. Dans le cas du sulfate de calcium, par exemple, le produit de la concentration des ions est supérieur à la constante de solubilité, il y aura précipitation des sels excédentaires.

l'entartrage - précipitation de sels en excès

D’une manière générale les tartres rencontrés sont listés ci-dessous :

  • carbonate de calcium : faible produit de solubilité / dépôts durs et adhérents ;
  • sulfate de calcium : précipitation à température élevée / dépôts durs et adhérents ;
  • tartres silicatés : en fonction du pH et de la température, on peut former des silicates de calcium ou magnésium qui vont donner des tartres difficilement éliminables ;
  • phosphates de calcium : en présence de sels de dureté, les phosphates forment des boues relativement peu solubles ;
  • hydroxyde de magnésium Mg(OH)2 : dépôts non adhérents.
précipitation du sulfate de calcium
entartrageImage sécurisée
Figure 29. Entartrage

la corrosion

Le phénomène de corrosion se traduit par une interaction physico-chimique entre un métal et son milieu environnant qui se concrétise par un transfert d’électron d’une anode vers une cathode.

La corrosion entraîne :

  • une dégradation d’état des surfaces ;
  • des pertes d’échange thermique;
  • la destruction du métal (M) par libération d’ions métalliques dans l’eau;
  • une augmentation des besoins de maintenance des installations.

Le processus de corrosion peut être résumé par les réactions ci-dessous:

équations d'un processus de corrosion

On aboutit à la destruction de matière et/ou à la formation de produits de corrosion du métal.

Les causes principales de la corrosion sont la diversité des matériaux, la teneur en oxygène de l’eau ou de composés oxydants forts, et la concentration en sels d’acides forts (Chlorures, Sulfates, Nitrates).

Ainsi, la corrosion va dépendre :

  • des métaux ou des alliages utilisés (métallurgie, état de surface, métaux en présence);
  • des conditions d'exploitation (vitesses de passage, états de surface, particularité du circuit, ...);
  • de la qualité de l’eau :
    • teneur en oxygène;
    • salinité de l'eau;
    • température;
    • pH ;

Il existe plusieurs formes de corrosion :

  • corrosion uniforme ou généralisée : perte uniforme d’épaisseur ;
  • corrosion localisée ;
  • corrosion galvanique due à la présence de matériaux de différentes natures ;
  • corrosion caverneuse (sous dépôt) ;
  • corrosion par piqûres.

Il existe également des causes physiques/mécaniques :

  • corrosion érosion/abrasion/cavitation : frottement et usure;
  • corrosion sous contrainte : fissuration.

Certaines bactéries peuvent par leurs activités métaboliques induire des phénomènes de corrosion.

  • bactéries du fer : Fe2+ à Fe3+ ;
  • bactéries sulfato-réductrices : MgSO4 à H2S ;
  • bactéries dites “du soufre” : H2S à S ou H2SO4 ;
  • nitrobacteria : NH4+ à NO3-.
Conséquences de la corrosionImage sécurisée
Figure 30. Conséquences de la corrosion
Processus de corrosionImage sécurisée
Figure 31. Processus de corrosion

l’encrassement biologique : biofilm et légionelles

Les micro-organismes sont impliqués dans les phénomènes d’épuration de l’environnement. Selon son origine, l’eau contiendra plus ou moins de micro-organismes. Ils auront le même type d’activité dans les installations que dans leur milieu d’origine.

Les micro-organismes qui nous intéressent sont ceux qui sont à l’origine des problèmes considérés ou ceux qui sont des indicateurs d’une évolution défavorable du milieu concerné. Il s’agit :

  • des bactéries ;
  • des moisissures ;
  • des algues ;
  • des protozoaires.

La croissance bactérienne en général peut avoir pour conséquences :

  • la formation de biofilm → bouchage, perturbation de procédés de fabrication, non-qualité ;
  • la corrosion des matériaux → percement ;
  • la dégradation de matières premières → perturbation de procédés de fabrication, problème organoleptique ;
  • la contraction de maladies → intoxications, Légionellose.

Les micro-organismes se caractérisent par le fait qu’ils se multiplient plus ou moins rapidement selon les conditions rencontrées dans les circuits. Parmi eux, les micro-organismes le plus souvent en cause sont les bactéries. La présence de micro-organismes dans une installation peut engendrer la formation d’un dépôt très isolant thermiquement, couramment appelé biofilm.

La croissance bactérienne dépendra de plusieurs paramètres qui, s’ils ont tous une valeur optimale permettront une croissance maximale. Ces paramètres sont :

  • la température ;
  • le pH ;
  • la salinité ;
  • le potentiel redox (niveau d’oxygénation d’une eau) ;
  • la présence ou absence d’inhibiteur (biocides) ou de facteur de croissance (« équivalent » des vitamines) ;
  • les nutriments organiques, plus la molécule sera simple, plus elle serait assimilable par le plus grande nombre d’espèces ;
  • la symbiose ou la compétition entre les espèces microbiennes.
Protozoaire biofilm - algues - bactéries - minéraux - moisissureImage sécurisée
Photo 19. Protozoaire et biofilm - algues - bactéries - minéraux - moisissure
Biofilm fongique garnissage tourImage sécurisée
Photo 20. Biofilm fongique dans un garnissage de la tour
biologique biofilm légionellesImage sécurisée
Tableau 8. L’encrassement biologique : biofilm et légionelles

Certaines bactéries peuvent causer des dysfonctionnements de notre organisme, jusqu’à entraîner le décès de la personne. Depuis 1998 les TAR (Tours AéroRéfrigérantes) sont considérées comme pouvant être à l’origine de pathologie car l’eau de la tour peut contenir des organismes pathogènes, en particulier les légionelles (Legionella en latin). Ces bactéries peuvent, si toutes les conditions sont réunies provoquer la contraction d’une maladie: la Légionellose.

Risque Légionelle : les sites les plus risqués sont ceux où il y a des circuits à risques et où évoluent les personnes sensibles. Nous sommes tous exposés aux legionella, mais nous ne contracterons pas tous une Légionellose. Pour cela il faut que toutes les conditions soient réunies. Informer votre médecin traitant de votre exposition au danger et du risque encouru est votre contribution à la prévention.