M. POURREZ,SYPRODEAU.
M. de CHABANNES, seigneur de LA PALISSE aurait pu dire : « Pour que soit distribuée une eau chaude sanitaire, il faut d’abord que cette eau ait été chauffée. » Nous ajouterons : « Il faut également qu'elle n’ait pas perdu les qualités qui en faisaient une eau potable. »
Chauffer de l’eau est une opération techniquement simple. Nos ancêtres ont résolu ce problème depuis des milliers d’années ; un chaudron posé sur un feu de branchages, une bouillotte sur le coin de la cuisinière, et le tour est joué... Le problème se complique lorsque nous souhaitons véhiculer cette eau chaude. Les Romains s'y étaient attaqués avec un certain succès. Leur technique, trop avancée peut-être, ne fut pas accessible aux conquérants qui leur succédèrent. Pendant des siècles nous ne sûmes plus distribuer de l'eau chaude.
Aujourd’hui le robinet d'eau chaude nous apparaît comme l'un des éléments indispensables à notre vie. Il faut que l'eau coule instantanément chaude, très chaude, encore plus chaude. C’est si facile d’y mélanger de l’eau froide... C’est si pratique lorsqu’elle est presque bouillante, pour la cuisson des légumes ou la préparation du café... Tant pis si bébé, jouant avec la douche, s’ébouillante, ou plutôt non, l'installateur criminel aurait dû refuser de satisfaire à la demande d'une eau aussi chaude ; il a eu tort ; qu'il paie au moins puisque les dommages sont irrémédiables.
Puisqu’il nous faut cette eau chaude, très chaude, il nous faut bien étudier les problèmes posés.
LE CHAUFFAGE DE L’EAU ET SES CONSÉQUENCES
L’élévation de la température de l'eau s’accompagne de deux phénomènes essentiels :
— la solubilité de tous les gaz dissous diminue ; c’est le cas essentiellement pour le gaz carbonique et l’oxygène,
— les bicarbonates dissous sont dissociés en carbonates et gaz carbonique libre.
Les réactions de dissociation sont connues de tous :
Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O bicarbonate de calcium → carbonate de calcium + gaz carbonique + eau 2 NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O bicarbonate de sodium → carbonate de sodium + gaz carbonique + eau
Dans la nature, le bicarbonate de sodium est très peu représenté dans l'eau. C’est peut-être dommage car sa présence arrangerait bien des digestions difficiles, mais c’est ainsi. Par contre le bicarbonate de calcium peut être très abondant. Il représente à lui seul la majeure partie de la dureté de l'eau et constitue la quasi-totalité de la dureté temporaire.
Rappelons à cette occasion que la dureté est habituellement exprimée en degré français.
1 degré français correspond à 10 mg/l de solides dissous, exprimés en CaCO₃.
Le bicarbonate de calcium donne donc naissance, lorsque l'eau est chauffée, au carbonate de calcium.
Le carbonate de calcium va provoquer des perturbations dans le système de production d’eau chaude. En effet, ce composé peut être considéré comme presque insoluble. La totalité du carbonate de calcium, généré par le chauffage, va donc sortir de solution et précipiter. Cette précipitation se fera sur les parties les plus chaudes de l’unité de production.
L’ENTARTRAGE ET LA CORROSION
Le tartre formé se présente sous la forme d’une pierre jaunâtre dure, de compacité variable. On note un grand nombre de petites cavernes dans cette pierre qui rappellent l’aspect de certaines pierres meulières. Ces petites cavités, lorsqu’elles sont au contact du métal, provoqueront le phénomène dit « d’aération différentielle » qui est une cause de corrosion.
L'effet le plus immédiat de l’entartrage est une baisse de rendement de l’unité de production d’eau chaude.
Le tartre agit comme un isolant. Le coefficient de transmission calorifique dans un corps s’exprime dans une unité spécifique. Dans cette unité, la conductibilité du cuivre est de 330, celle du fer de 40, mais celle d’un tartre carbonaté n'est que de 6,3.
Le tartre freine l’échange calorifique. L'unité de production d’eau chaude demande de plus en plus de temps pour amener l’eau du ballon à la température désirée. La quantité de calories utilisées pour obtenir le réchauffage de l’eau augmente régulièrement. Lors de puisages abondants, l'eau est délivrée à une température de plus en plus basse.
Nous savons tous qu’en France, nous n’avons pas de pétrole ; en conséquence, nous ne devons pas avoir de tartre dans nos unités de production d’eau chaude.
Il nous faut maintenant revenir sur le premier phénomène qui accompagne l'élévation de la température de l’eau : la diminution de la solubilité des gaz dissous.
Ce phénomène est aggravé par la réaction de dissociation que nous venons de voir. Il est évident que, si l'eau ne peut plus contenir le gaz qu’elle contenait à froid, elle ne peut pas se charger, en supplément, du gaz carbonique provenant de la décomposition des bicarbonates.
Le gaz carbonique libre est dangereux. En effet, dans l’eau, le gaz carbonique donne l’acide carbonique.
CO₂ + H₂O → CO₃H₂
Comme tout acide, l'acide carbonique attaque les surfaces métalliques, les corrode et transforme le fer en oxyde ferreux ou ferrique.
Ces phénomènes de corrosion sont en général plus lents que ceux d’entartrage à avoir des conséquences dramatiques. Le plus fréquemment, la manifestation apparente de la corrosion est le phénomène de « l'eau rouge ».
Lorsqu’au matin, après le repos de la nuit, l’usager puise une quantité importante d’eau chaude (pour un bain par exemple), l’eau apporte une petite quantité de matière rougeâtre qui se dépose au fond de la baignoire. Ces particules solides, rouges, pesantes, ne présentent aucun danger dans l'utilisation habituellement faite de l'eau sanitaire. Le phénomène s’arrête d’ailleurs très vite. Après quelques dizaines de litres, l’eau n’apporte plus de dépôts et coule limpide.
Sans doute il est peu agréable de prendre un bain dans une baignoire dont le fond est tapissé d’une mince pellicule de boue rouge. Cet inconvénient pourrait apparaître comme mineur, s'il n’était l'indication indiscutable de la corrosion de l’installation. Cette corrosion mettra un temps plus ou moins long à atteindre son terme qui est le percement de la conduite.
C’est à ce moment que les conséquences de la corrosion peuvent être catastrophiques. Selon la localisation de la fuite, celle-ci peut rester plus ou moins longtemps sans être décelée. Certaines fuites, en caves, ne sont identifiées que plusieurs jours, voire plusieurs semaines après leur apparition. Par contre, lorsque la canalisation se perce à l’intérieur d’un appartement, la réaction de l’occupant est immédiate et souvent très vive.
Les frais engagés pour le remplacement des parties de canalisation par trop corrodées peuvent être très importants. Il est également souvent difficile de déterminer qui doit supporter les charges de ces réfections.
La corrosion des installations de distribution d’eau chaude sanitaire est la cause de très nombreux procès. Les instances judiciaires ont souvent beaucoup de difficultés à déterminer les responsables dans de telles affaires. Il n’est pas rare que les usagers soient privés d’eau chaude, faute de pouvoir imputer aisément la réfection à celui qui est responsable du dommage.
UNE RÉGLEMENTATION DES EAUX CHAUDES SANITAIRES
Que faire pour éviter de tomber dans ces problèmes ?
Le premier impératif, bien qu'il n’apparaisse pas comme tel à de nombreuses personnes, est un respect rigoureux des règles de l’art dans l’exécution de l’installation.
Les représentants de tous les professionnels concernés par la distribution des eaux chaudes sanitaires ont, sous l'impulsion et la responsabilité du C.S.T.B. (Centre scientifique et technique du bâtiment), rédigé une compilation des règles à respecter pour l’exécution d’une installation d’eau chaude sanitaire.
Ce travail fut publié par le C.S.T.B., sous le titre de « D.T.U. » (Document technique unifié), n° 60-1, « TRAVAUX DE PLOMBERIE SANITAIRE ».
Ce document est complété par :
- — l'additif n° 4 au cahier des charges D.T.U. n° 60-1,
- — le cahier des clauses spéciales, relatif à l’additif n° 4 au cahier des charges D.T.U. n° 60-1,
- — le mémento relatif à l’additif n° 4 au cahier des charges D.T.U. n° 60-1.
L’ensemble donne une vue très complète des règles à suivre dans l’installation de distribution d’eau, en tubes d’acier, à l'intérieur des bâtiments.
DES RECOMMANDATIONS COMPLÉMENTAIRES
Nous voudrions relever quelques règles simples dont le respect aide, grandement, au maintien d’une installation en bon état de fonctionnement :
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1) Éviter de distribuer l'eau à une température élevée.
Le D.T.U. recommande de ne pas dépasser 60 °C. Il nous apparaît que cette limite est encore trop élevée. En pratique, au-dessus de 50 °C, l'eau n’est plus utilisable en l'état, il est nécessaire de la mitiger par ajout d’eau froide. Dès lors, quelle nécessité y a-t-il à puiser de l'eau à 60 °C, voire à une température plus élevée ? Très souvent, cette eau mitigée est utilisée courante (cas de douche par exemple). L’eau très chaude qui est perdue pour le réglage du mitigeage constitue une dépense parfaitement inutile. D’autre part, les problèmes que pose l'eau lorsqu'elle est réchauffée, au-delà de 60 °C, sont plus importants que ceux qui surviennent en dessous de cette limite.
En pratique, l'eau devrait donc être distribuée entre 50 et 55 °C. Nous pourrions suggérer de la distribuer entre 45 et 50 °C. L'utilisation ne serait pas modifiée, les problèmes posés seraient bien moindres, des économies substantielles seraient dégagées, mais les utilisateurs tempêteraient qu’ils paient pour avoir de l'eau chaude et non tiède... Gardons-nous donc d'une telle suggestion ; éviter de produire de l'eau chaude à haute température (85 à 90 °C) puis de la mitiger avec de l'eau froide, afin de la distribuer à une température plus basse.
Les effets d'une telle pratique sont mauvais. Nous n'allons pas les analyser maintenant, car le développement serait trop long, mais nous vous assurons que ce procédé n’est pas bon. D’autre part, les économies d’énergie qu'il procure sont loin d’être prouvées.
2) Réaliser des réseaux homogènes du point de vue des matériaux qui les constituent.
L’hétérogénéité des réseaux est une cause importante de désordres graves. Il est fréquent de rencontrer des réseaux hétérogènes lorsque l'installation ne fut pas réalisée en une seule fois. Ce mélange de matériaux, le plus souvent fer et cuivre, donne lieu à des corrosions électrolytiques, par transfert de cuivre sur le fer. Il est très difficile de lutter contre ce type de problème. Il est beaucoup plus facile d’éviter le mal que d’essayer de le guérir.
3) Équiper les points bas et les pieds de colonne, de robinets de purge convenablement dimensionnés.
Il est à peu près inévitable que des boues se répartissent dans l'installation. Ces boues peuvent provenir de la précipitation, sous forme pulvérulente, des sels dissous dans l'eau, ou peuvent être générées par le traitement même de l’eau (traitement électrolytique ou traitement filmogène). Elles auront tendance à se déposer aux points bas. À cet endroit, elles créeront des zones d’aération différentielle qui seront génératrices de corrosion. Il est donc nécessaire de prévoir que l'installation puisse être régulièrement purgée. Tous les points bas et les pieds de colonnes montantes doivent donc être équipés à cet effet.
4) Enfin : prévoir des dégazeurs partout où pourraient se former des poches de gaz.
LE DÉGAZAGE
Étant donné que le gaz qui sera libéré en plus grande quantité lors du chauffage de l'eau est le gaz carbonique, comme ce gaz carbonique dans l'eau est source de corrosion, il est souhaitable de lui permettre de quitter l’installation sitôt qu'il s’est formé, ou sitôt qu'il s’est accumulé en un point donné.
L'installation devra donc être pourvue de dégazeurs efficaces, au moins aux points ci-dessous :
- — sur le réchauffeur, lorsqu’il s’agit d'un ballon d’accumulation ou d’un réchauffeur semi-instantané ;
- — immédiatement en aval du réchauffeur, s’il s’agit d’un réchauffeur instantané ;
- — en tête de chaque colonne montante ;
- — sur le pot de mélange de l’eau chaude et de l'eau froide, en amont du réchauffeur ;
- — immédiatement en aval du point de mélange de l'eau chaude et de l'eau froide, si le mélange ne se fait pas dans un pot ;
- — à tout endroit où la pression subit une baisse importante (supérieure à 2 bars). Une telle baisse de pression ne se produit, en règle générale, que dans les immeubles de grande hauteur.
Toutes ces précautions sont extrêmement importantes pour éviter des sinistres, mais dans la grande majorité des cas, elles ne peuvent suffire pour résoudre les problèmes que pose l'élévation de la température de l'eau.
L'ADOUCISSEMENT AVEC RÉSINE ÉCHANGEUSE D’IONS
Le problème qui apparaît comme le plus immédiat étant celui de l’entartrage, voyons quels sont les moyens d’y remédier.
L’entartrage étant essentiellement produit par la précipitation des carbonates de calcium, leur élimination, par adoucissement complet de l'eau d’appoint, apparaît comme la solution du problème.
L’adoucissement par permutation sur résine échangeuse d’ion cationique, transforme tous les sels de calcium et de magnésium contenus dans l’eau, en sels de sodium. Le carbonate de soude étant parfaitement soluble, aussi bien à froid qu’à chaud, ne précipitera pas.
Lors du passage sur la résine, le bicarbonate de calcium Ca(HCO₃)₂ se transforme en bicarbonate de sodium NaHCO₃.
Lors de l’élévation de température, le bicarbonate de sodium donne du carbonate de sodium avec libération de gaz carbonique :
2 NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + 2 CO₂
En ce qui concerne l’entartrage, il y a là une solution qui paraît une panacée.
En réalité, l'adoucissement de l’eau est loin d’être toujours nécessaire et lorsqu’il est pratiqué, il ne doit jamais être total.
L'adoucissement ne doit jamais être total, car nous devons toujours penser à protéger l'installation contre la corrosion. Pour cela, nous allons voir que nous utiliserons des réactifs à base de phosphates ou de silicates qui auront pour mission de former un film protecteur sur le métal. La formation de ce film requiert la présence d’ions calcium. Il est donc indispensable de conserver à l'eau une dureté résiduelle.
Cette dureté résiduelle s’obtient par mélange de l'eau adoucie et de l'eau brute. Nous recommandons de maintenir une dureté résiduelle comprise entre 10 et 15 °F.
L'ADOUCISSEMENT
AVEC LES POLYPHOSPHATES.
L’adoucissement n'est donc pas toujours nécessaire. Il est fortement déconseillé pour une eau d’une dureté inférieure à 15 °F. Il n’est pas non plus toujours nécessaire pour des eaux de dureté plus élevée. Il est, en effet, une autre méthode de lutte contre l’entartrage, c'est l'utilisation des polyphosphates.
Les polyphosphates ont la propriété de s’adsorber aux germes de carbonate de calcium en formation et d’en perturber ainsi la cristallisation. Les polyphosphates permettent ainsi de maintenir à l’état de sursaturation le carbonate de calcium ; ils empêchent sa précipitation, donc l’entartrage.
Étant donné que les polyphosphates agissent à dose extrêmement faible, ils présentent une solution fiable aux problèmes de tartre. En pratique, une dose de 2 g par mètre cube est suffisante pour une eau dont le TH et le TAC sont de l’ordre de 20 °F.
Étant donné que les règles éditées par le Conseil supérieur de l’Hygiène en France limitent à 5 g de P₂O₅ par mètre cube le taux maximum de traitement par les polyphosphates, il est clair qu’ils permettent de traiter les eaux chaudes sanitaires, dans une très large plage de dureté. L’adoucissement partiel, sur résines échangeuses d'ions, des eaux chaudes sanitaires n’offre donc d’intérêt que pour des eaux très dures (TH) dont la dureté temporaire (TAC) est particulièrement importante.
Il nous est souvent objecté que les polyphosphates présentent l’inconvénient de se décomposer progressivement à la chaleur, qu’ils s’hydrolysent et donnent naissance à des composés de moins en moins condensés, l'étape ultime étant la formation de phosphate trisodique. Cette vitesse d’hydrolyse augmente avec la température. Elle est lente au-dessous de 80 °C, elle devient rapide vers 100 °C et est presque instantanée vers 130-140 °C.
Il est bon de noter que le taux d’hydrolyse, qui n’est que de 2 % par heure à 50 °C, atteint 4 % par heure à 70 °C et 20 % par heure à 90 °C.
L'utilisation des polyphosphates sera donc d’autant plus efficace que la température de l'eau sera basse. Une température de distribution de 50 à 55 °C sera alors idéale.
Il est évident que l’hydrolyse n’est pas un empêchement à l'utilisation des polyphosphates. En effet, même si l’on admet que l’arrêt nocturne du puisage de l'eau chaude est de 10 heures, ce délai n’entraînera l’hydrolyse que d'une fraction des polyphosphates contenus dans l'eau ; selon la température, 20, ou au maximum 30 % seront transformés en phosphate trisodique. En raison de la modicité du seuil d’activité des polyphosphates, cette modification n’affectera pas l'efficacité du traitement.
La lutte contre l’entartrage est donc aisée et les moyens à notre disposition particulièrement efficaces.
CONTRE LA CORROSION
LES INHIBITEURS
En ce qui concerne la lutte contre la corrosion, trois gammes de produits sont à notre disposition :
- — les silicates,
- — les polyphosphates,
- — les polyphosphates bimétalliques.
L'utilisation de ces produits a pour but de former, sur le métal, un dépôt continu et imperméable qui empêchera toute corrosion.
La corrosion est un phénomène électrochimique. Le métal se dissout à l’anode et libère des électrons qui se dirigent vers la cathode. L’acidité de la solution dépolarise la cathode et le phénomène de dissolution anodique peut se continuer.
La réaction de dépolarisation de la cathode est bien connue :
2 H⁺ + 2 e⁻ → H₂
La présence de gaz carbonique dans l'eau, qui crée l'acide carbonique, est donc source de dépolarisation de la cathode, donc de corrosion.
Les produits utilisés contre la corrosion, pour l’inhiber, seront donc soit des inhibiteurs anodiques, soit des inhibiteurs cathodiques.
LES SILICATES
LES SILICATES sont des inhibiteurs anodiques. Ils se déposent sur les anodes. Une controverse existe toujours quant à la dose minimum efficace des silicates utilisés seuls comme inhibiteurs de corrosion. Certains auteurs prétendent que la dose maximum légale d'utilisation de 10 g par mètre cube est insuffisante pour assurer une protection. D’autres auteurs assurent que le traitement n’est efficace que s'il est précédé d’un « traitement de choc ». Ce traitement consiste à faire circuler dans l’installation une solution dosée à 250 g par mètre cube ou davantage, pendant un temps pouvant atteindre quinze jours. Par expérience, on obtient des résultats satisfaisants en jumelant l'action des silicates et des polyphosphates. Il nous apparaît qu’il existe une réaction de synergie entre les silicates et les polyphosphates.
Les POLYPHOSPHATES
Les POLYPHOSPHATES sont des inhibiteurs cathodiques. Ils se déposent sous une forme homogène et parfaitement adhérente. Pour que le film formé soit de bonne qualité, il faut que l'eau présente une teneur minimum en ions calcium. Ce dépôt est alors un composé complexe de phosphate, de calcium et de fer.
Les POLYPHOSPHATES BIMETALLIQUES
Les POLYPHOSPHATES BIMETALLIQUES sont des polyphosphates mixtes de sodium et d’un autre métal. Ce métal est toujours du zinc en ce qui concerne les eaux sanitaires. Tout polyphosphate-zinc mis sur le marché doit avoir, au préalable, obtenu une autorisation d'utilisation des services de l’Hygiène publique.
Le dépôt formé est très compact et très fin. Très adhérent, le film obtenu est de bonne qualité. Comme pour les polyphosphates simples, la présence d'ions calcium dans l'eau est indispensable. La quantité de calcium requise est plus faible que pour les polyphosphates simples. Les polyphosphates bimétalliques peuvent donc s’utiliser dans des eaux relativement corrosives.
Nous voyons toute l'importance des polyphosphates pour le traitement des eaux chaudes sanitaires. Tous les traiteurs d'eaux ont étudié ces problèmes et proposent des solutions qui mettent en œuvre, à la fois les polyphosphates et les silicates, dans des proportions qui tendent à rechercher un effet de synergie maximum. Par contre, les fabricants qui proposent des polyphosphates bimétalliques, les utilisent, la plupart du temps, sans y adjoindre de silicates.
AUTRES TRAITEMENTS PAR DES PROCÉDÉS DIVERS
Il existe encore d'autres procédés pour traiter les eaux chaudes sanitaires :
— La technique des anodes solubles. Il s'agit d'une application de la théorie de la corrosion, à la protection du ballon d'eau chaude. La corrosion provoquée d'une anode en aluminium ou en magnésium protège le métal du ballon. La dissolution de l'aluminium provoque un certain nombre de réactions secondaires qui occasionnent la précipitation d'alumine et de carbonate de calcium dans le ballon. Ces dépôts se présentent sous forme de boues qu'il faut éliminer. Les industriels qui mettent ces procédés en œuvre, assurent qu'ils confèrent une protection anti-corrosion au circuit de distribution. Le processus, selon lequel cette protection est conférée, ne nous apparaît pas clairement. Il est vrai, cependant, que les sociétés qui utilisent ces procédés, donnent leur garantie, quant à la tenue de l'installation.
— Les procédés électriques « catalytiques » ou magnétiques. Étant donné que les promoteurs de ces procédés gardent, le plus souvent très jalousement, secrets les processus d'action physico-chimiques de leurs appareils, nous ne pouvons que nous borner à les décrire sommairement. Les procédés électriques mettent en jeu soit des décharges, soit une circulation de courant entre 3 électrodes. Les procédés « catalytiques » immergent des « catalyseurs » ou des « cellules catalytiques » dans l'eau à traiter. Les procédés magnétiques utilisent des aimants permanents.
M. POURREZ.
