Le traitement des dépôts calcaires dans l'eau par le procédé CEPI

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Si dans de nombreux domaines les applications techniques découlent de principes établis par la recherche scientifique, il arrive parfois que l’inverse se produise et c’est notamment le cas pour le traitement antitartre magnétique de l’eau : celui-ci a été en effet développé par voie empirique… Cette évolution, apparemment peu logique, s’explique par la complexité même des facteurs mis en jeu : le magnétisme en soi est une science très jeune comparativement à la chimie par exemple, et d’autre part l’eau elle-même possède une structure assez complexe dont plusieurs modèles ont été avancés, notamment par G. Bernal et R. Fowler, Samoylov, Ageno.

Il n’est dès lors pas tellement étonnant que l’effet d’un facteur relativement peu connu (magnétisme) sur un autre (eau) sur lequel on a encore des doutes ne puisse à l’heure actuelle être mis en équation et expliqué scientifiquement, ni même que cet effet ne puisse être mesuré par les méthodes conventionnelles de laboratoire.

De nombreux auteurs se sont contentés de procéder à des « essais » comparatifs entre les procédés de traitement magnétique et les adoucisseurs (échangeurs d’ions) ou antitartres à base de phosphates, en choisissant comme moyen de mesure les méthodes chimiques quantitatives, mais le traitement magnétique semble échapper à ce genre de critères car son effet se révèle en fait purement qualitatif et non quantitatif.

Le principe des appareils magnétiques remonte en fait aux travaux de Faraday qui vers 1833, montra qu’un champ peut décomposer ou séparer les éléments de certaines solutions, et mit au point le premier système de mesure de la susceptibilité magnétique des éléments, qui repose sur un principe de base suivant lequel les sels dissous dans l’eau confèrent à cette dernière une conductivité électrique, permettant d’assimiler ainsi l’eau à un conducteur électrique. Lorsqu’un conducteur se déplace dans un champ magnétique, un courant induit prend naissance (suivant le principe de la dynamo) et si l’on considère un courant d’eau circulant entre les pôles d’un aimant (figure 1), on peut prétendre qu’en traversant l’entrefer du champ magnétique, perpendiculairement aux lignes de force du champ, un courant se trouve induit dans l’eau, lequel modifie alors l’équilibre des charges des ions calcium. L’intensité est directement proportionnelle à la vitesse de déplacement de l’eau et à la puissance du champ magnétique.

Ce traitement a pour effet :

1. 1) d’augmenter fortement le nombre de germes de cristallisation du carbonate de calcium,
2. 2) de diminuer la taille de ces cristaux,
3. 3) d’obtenir une cristallisation plus homogène,
4. 4) de provoquer la précipitation de ces carbonates au sein de l’eau au détriment de l’incrustation existant sur les parois des tuyauteries, échangeurs, réfrigérants, ballons d’eau chaude, etc.

Cette modification (figure 2) peut s’accompagner d’un changement de la forme géométrique des cristaux (aragonite, calcite, vatérite) mais pas nécessairement dans le même sens. Les sels calcaires contenus dans cette solution cristalliseront sous une forme modifiée, pulvérulente, non adhérente, évacuable par entraînement dans la solution ou par purge aux points bas de l’installation dans laquelle elle circule.

Jusqu'à présent les chercheurs n’ont pu découvrir la nature ni le pourquoi de ce changement. Le seul fait que l'on sache, c’est que ce changement se produit dans la cristallisation, ce qui a été prouvé scientifiquement : l'augmentation du nombre de germes de cristallisation par traitement magnétique de l'eau a été établie en 1980 par la méthode de comptage des germes par ultramicroscopie à écoulement, mise au point en URSS par M. M. L. Mikhel’son (1).

(1) Kolloidnyj jhurnal (Revue des Colloïdes), n° 2, 1982, p. 352-355.

D’autre part il résulte d'une étude cristallographique effectuée par Ladislaus Rybach à l'Université technique confédérale de Zurich (Institut E.T.H.) sur de l'eau traitée par un de nos appareils magnétiques que :

— sur une eau dont le résidu sec donne 80 % de calcite et 20 % d’aragonite, notre traitement laisse un résidu composé de 30 % de calcite et 70 % d’aragonite, ce qui démontre bien qu'il y a eu modification de la structure cristalline ;

— quelques auteurs prétendant qu'une telle modification peut se produire sous l’effet d'une certaine température, Rybach a effectué trois séries d’essais à 60 °C, 70 °C et 80 °C. Dans les trois cas la même modification se produisit, démontrant que cette modification était due au traitement appliqué.

Ne pouvant expliquer le phénomène, les milieux scientifiques se sont scindés en deux groupes. Un premier groupe déclare que puisque le phénomène ne peut être expliqué il n’y a plus qu'à le nier ou essayer de prouver qu'il ne peut exister, et l'on avance dans ce but les arguments suivants :

1) selon ces calculs, l'effet du champ utilisé doit être tellement faible qu'il n'est pas observable, ce qui ne tient pas, face aux nombreuses observations effectuées dans la pratique quotidienne : comment expliquer alors que dans plusieurs dizaines de milliers d'installations à travers les cinq continents on constate que, par la simple adjonction d'un appareil CEPI, le problème d’entartrage disparaît ?

2) toujours selon ces calculs, pour obtenir un effet, il faudrait utiliser un champ magnétique d'une puissance irréalisable dans un encombrement réduit, argument qui n'est pas plus justifiable que le précédent, car il est bien connu qu'une petite cause peut souvent produire de grands effets. L’exploitation de faibles forces comme agent de contrôle a été décrite notamment par Vonsovsky.

Un deuxième groupe déclare que puisque l’on constate un changement, il faut nécessairement qu'il existe un mécanisme pouvant expliquer la raison de ce changement, mais ils avouent qu’en l'état actuel des connaissances, la science ne l'a pas encore découvert.

Dans ces conditions le traitement magnétique s'avère une alternative valable, et plusieurs facteurs assurent un bel avenir à cette technique :

— les frais croissants d’entretien et de produits chimiques entraînés par l’application des méthodes classiques de traitement (adoucisseurs, doseurs, etc.) ;

— les prix sans cesse plus élevés de l’énergie : une couche de calcaire de 1 mm dans un générateur d’eau chaude ou un échangeur nécessite 8 % de combustible supplémentaire (voir graphique) ;

— la législation récente concernant les eaux destinées à la consommation, notamment la directive du 15 juillet 1980 du Conseil de la Communauté européenne, limitant l'utilisation des adoucisseurs à échange d’ions en stipulant que les eaux de consom

mation doivent conserver une dureté minimum de 15° français et ne peuvent dépasser un taux de sodium de 175 mg/l à partir de 1984 et de 150 mg/l à partir de 1987. Cette mesure n'affecte en rien le traitement magnétique, lequel ne diminue pas la teneur en calcium de l'eau et n’y ajoute pas de sodium.

Les appareils magnétiques antitartre et leur emploi

Les appareils CEPI (Conditionnement électromagnétique par induction) comportent essentiellement, pour le modèle de base utilisé à des débits de 0,6 à 200 l/mn, un aimant permanent de forme circulaire (figure 3) dont l'entrefer comporte un rétrécissement (du genre Venturi) assurant une accélération de la vitesse de l'eau lors de son passage (figure 4). Leur diamètre intérieur à l'admission varie suivant les modèles de 12 mm à 300 mm.

Les modèles plus importants (figure 5) comportent des aimants disposés en couronne, de telle façon que leurs flux respectifs ne peuvent se contrarier et ne s'altèrent pas dans le temps. Leur taille atteint un diamètre intérieur de 60 cm et les débits acceptables vont de 800 à 2 000 m³/h. Ils sont en général assortis d'un filtre qui sert à éliminer les particules de rouille ou métalliques qui nuiraient à la propagation du flux magnétique.

Certaines précautions sont à observer dans l'emploi des appareils :

• — une eau contenant plus de 0,5 mg/l de fer (ce n'est jamais le cas des eaux de distribution) doit au préalable être déferrisée ;
• — la présence d’air, mauvais conducteur électrique, nuit à la bonne dispersion des charges dans l'eau ; dans le cas où celle-ci est stockée à l'air libre, ou utilisée dans des aéro-réfrigérants, elle doit être traitée en aval et non en amont des appareils ;
• — la valeur des charges induites varie proportionnellement à la vitesse de déplacement de l'eau dans le champ magnétique ; une vitesse trop réduite engendre des charges trop faibles pour modifier les sels calcaires. D’autre part, à des vitesses trop élevées le champ magnétique (constant) devient trop faible pour communiquer des charges suffisantes ; c'est pourquoi chaque appareil doit être utilisé dans une fourchette de débits bien définie ;

- l'échange calorifique dans une installation ne peut être trop élevé ; il en résulterait un choc thermique neutralisant l'effet des charges. On ne peut ainsi dépasser 25 000 Kcal/h par m² de surface d’échange ; de même la puissance des chauffe-eau électriques ne peut excéder une charge de 3,5 W par cm² de surface. Le procédé est donc inutilisable dans certaines installations dont l'eau est chauffée à la vapeur. En général les chaudières modernes, possédant un pouvoir d’échange calorifique supérieur à 25 000 Kcal/h/m², ne conviennent pas au traitement (à l'exception de quelques modèles anciens et des chaudières marines de secours) ;

- la pression favorisant la bonne dispersion des charges dans l'eau, il est impératif d’utiliser l'appareil au refoulement de la pompe et non à l'aspiration.

Applications

Parmi les multiples installations dans lesquelles notre procédé est utilisé, nous citerons quelques exemples typiques :

- circuit de refroidissement d'une tour de refroidissement de la société Velut ;

- protection du circuit de refroidissement des machines à souder de la société des Hauts-Fourneaux de la Chiers ;

- circuits de refroidissement de machines de la Fabrique de Lampes ;

- incorporation dans les matériels de laboratoire produits par la société Osi ;

- circuit de refroidissement de machines de trempe par induction de l'usine de Mulhouse de la SA Peugeot et sur des bancs d’essais de moteurs à Courbevoie ;

- la Régie Renault équipe depuis 30 ans de nombreuses installations dans ses usines ;

- agrément de Seri-Renault Engineering ;

- circuits de refroidissement d'eau industrielle des usines de Pierre-Bénite, St-Fons, etc., de la Société Atochem où certains appareils sont en service depuis 30 ans.

De son côté la société Deville a réalisé des essais probants sur des sondes placées dans un circuit d’eau de dureté 28 DHT au débit de 700 l/h et à la température de 80 °C.

Le traitement magnétique nous paraît donc promu à un avenir certain sans toutefois remplacer dans tous les cas les adoucisseurs : les deux formes de traitement possèdent chacune leur marché spécifique et peuvent donc coexister tant qu’elles resteront dans les mains des professionnels du traitement des eaux.