Calcaire et corrosion des réseaux

Calcaire et corrosion : un cocktail dangereux pour les réseaux d’eau !

Les dépôts de tartre (calcaire) dans les tuyauteries d’eau, les échangeurs à plaques, les thermoplongeurs (épingles électriques des chauffe-eau), ... posent des problèmes importants et récurrents. Les dépôts calcaires occasionnent des coûts non négligeables de remise en état des conduites d’eau et des installations de chauffage et sont aussi responsables de pertes énergétiques importantes.

Le calcaire (carbonate de calcium - CaCO₃) est omniprésent dans la nature en tant que calcite, marne, craie et marbre. Il est très difficilement soluble. En revanche, il devient facilement soluble par réaction chimique avec de l'eau (H₂O) et du dioxyde de carbone (CO₂) et se transforme en di-hydrogénocarbonate de calcium Ca(HCO₃)₂. Il parvient ainsi dans le cycle de l'eau, notamment dans l'eau potable. Lorsque cette eau est chauffée, l'équilibre chimique s'inverse et conduit de nouveau à la précipitation et la cristallisation du calcaire (calcification) sous forme de CaCO₃.

Ca²⁺ + 2HCO_3-  ← équilibre chimique →  H₂O + CO₂ + CaCO₃

[ calcium + carbonate ] ← équilibre chimique → [ eau  + gaz carbonique + calcaire ]

De l'eau avec une dureté totale de 10°fH (1 mol/m³) peut former lors de l'échauffement dans les surfaces d'échange un maximum de 100g de pierre par m³ d'eau, dont environ 80-90g de calcaire.

Les dépôts calcaires se retrouvent alors dans les tuyaux d’eau courante, dans les chauffe-eau, les réservoirs d’eau chaude, les machines à laver, les cafetières automatiques, les échangeurs à plaques de chaudières, les échangeurs de chaleur, les bouilloires... Il se produit une réduction de l'échange thermique entre l'eau de chauffage et la source de chaleur : 1mm de calcaire sur la surface d'un serpentin de ballon d'eau chaude entraîne une perte de rendement de 10% (20% pour 3mm, 35% pour 6mm, 50% pour 12mm). En outre, les dépôts de calcaire offrent un support pour la prolifération de bactéries comme la légionelle ou d’algues. 

Plus il y a d'eau contenue dans le système (par exemple un ballon), plus du calcaire pénètre avec l'eau de remplissage. Pour une dureté de 30°f, l'eau apporte 300g de calcaire par m³. Pour une maison d'une seule famille avec un volume d'eau d'installation de 300L, cela représente environ 100g, quantité plus que suffisante pour mettre hors service un échangeur thermique moderne à haute puissance tels les échangeurs à plaques de chaudière, et cela pour autant que l'installation ne soit remplie qu'une seule fois. Lors de chaque remplissage (complément d'eau), une quantité de calcaire s'ajoutera au calcaire déjà présent. Une partie du calcaire produit se fixera sur les surfaces de chauffe et une partie restera sous forme de particules en suspension dans l'eau. Par l'isolant thermique que forme le calcaire sur les surfaces de chauffe, le transfert de chaleur sera amoindri et les températures des surfaces d'échange vont très fortement augmenter. Cela entraîne une surcharge thermique de l'acier pouvant amener une formation de fissures.

La corrosion est due à l’attaque par l’oxygène et d’autres substances corrosives des parois internes des conduites, des émetteurs (ex. radiateurs), des générateurs (ex. chaudière). Une partie métallique qui est soumise à l’attaque de substances corrosives, libère des électrons et en association avec l’eau H₂O et l'oxygène présent O₂, génère des ions hydroxydes OH^-. Parallèlement sont libérés des parois métalliques des ions ferreux fe²⁺. Ces ions ferreux chargés positivement réagissent avec les ions hydroxydes pour former des oxydes ferreux Fe(OH)₂ plus communément appelé "la rouille". Le métal se corrode et l'eau se charge d'oxydes ferreux venant eux aussi obstruer corps de chauffe, canalisations, robinet thermostatique de radiateurs ... ou pire, entraîner le percement ou la rupture des pièces métalliques. La vitesse de ces réactions électrochimiques est influencée directement sur la conductivité de l'électrolyte c'est à dire de l'eau.

Remplissage d'une installation de chauffage

La tendance actuelle des bâtiments avec de faibles besoins thermiques entraîne une augmentation du rapport entre le volume d'eau de l'installation et la puissance de la chaudière (litres/kW). La tendance actuelle pour les appareils muraux à condensation (gaz et mazout) demande des surfaces d'échange compactes avec une charge thermique considérablement plus importante. L'accroissement des dégâts constatés dus à la formation de calcaire sur les chaudières doit être résolu par un traitement d'eau adapté, le plus souvent obtenu dans le résidentiel par l'utilisation d'un adoucisseur.

Le tableau ci-dessous indique la limite maximale en fonction de la puissance et du type de la chaudière (à condensation, basse température/traditionnelle) de la dureté de l'eau pour le remplissage initial et pour les futurs remises en pression de l'installation. La dureté de l'eau est le plus souvent mesurée et indiquée en °fH  (degré de dureté français). 

Autres recommandations :

• Installer suffisamment d'organes d'arrêt afin de permettre, en cas de travaux, que la quantité minimale d'eau puisse être vidangée et ensuite « re-remplie ».
• Pour les installations à plusieurs chaudières, la première mise en service devrait être effectuée en même temps pour toutes les chaudières (afin que le calcaire se répartisse dans toutes les chaudières).
• Pour les installations avec des volumes d'eau plus grand que 20 litres/kW, il est encore plus important d'utiliser de l'eau traitée (pour les installations à plusieurs chaudières, il convient d'utiliser la plus petite des puissances individuelles).
• La valeur pH de l'eau de l'installation doit se situer entre 8,3 et 9,5. En présence d'éléments en aluminium, le pH ne doit pas dépasser 8,5.
• Pour les installations de plus de 50 kW, il est conseillé d'installer dans la conduite de remplissage un compteur d'eau et de noter la quantité d'eau « re-remplie ».

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