Le chlore est l’agent désinfectant le plus utilisé en piscine, où ce biocide est commercialisé sous différentes formes : gaz Cl₂, solutions d’hypochlorite de sodium, tablettes solides de di- et trichloroisocyanurates ou granulés de Ca(OCl)₂.
Il n’existe actuellement aucune législation européenne concernant l’utilisation des biocides en piscines : chaque pays suit donc sa propre législation et, presque partout, le chlore est admis comme agent désinfectant. Si l’on considère les inconvénients que présente son emploi, cette approbation générale peut sembler surprenante.
Récemment sont apparus de nombreux traitements alternatifs sur le marché de la piscine tels que :
- traitement à l’ozone,
- électrolyse du NaCl,
- électrolyse de l’argent, du cuivre,
- traitement chimique à base de biocides non oxydants (exemple PHMB),
- radiations UV.
Jusqu’à présent, aucune de ces alternatives ne s’est avérée comme étant le substitut idéal d’un traitement au chlore, en raison soit de ses performances limitées, soit de son coût.
Nous présentons ci-après une autre solution, fondée sur l’utilisation du brome. Au cours des différents thèmes abordés, on constatera que le brome est aussi efficace que le chlore, pour un prix à peu près identique mais sans présenter les mêmes inconvénients.
Principe d’action
La réaction, bien connue, qui se produit lors de l’injection de chlore dans l’eau est la suivante :
Cl₂ + 2 H₂O ⇌ HClO + Cl⁻ + H₃O⁺ K = 1,5 × 10⁻⁴ mol²·L⁻² < k < 4 × 10⁻⁴ (0-25 °C)
L’acide hypochloreux produit est donc un acide faible, qui va se dissocier dans l’eau comme suit :
HClO + H₂O ⇌ ClO⁻ + H₃O⁺
[Photo : Pseudomonas.]
[Photo : Streptococcus faecalis.]
D'où
H3O+ ClO−
ka = HClO
1,6 × 10-8 < ka (mol/l) < 3,2 × 10-8 (0-25 °C)
Le brome suivra dans l'eau la même réaction :
Br2 + 2 H2O → HBrO + Br− + H3O+
mais k = 5,88 × 10-9
Ensuite, HOBr se dissocie également dans l'eau :
HOBr + H2O ⇌ BrO− + H3O+
avec ka = 2,06 × 10-9 (25 °C)
Comme avec le chlore, l'entité dominante présente dans l'eau dépendra du pH. Mais l'avantage essentiel est dû au fait que le potentiel d'oxydoréduction des deux espèces est différent.
E° HClO/Cl− = 1,49 V
E° HBrO/Br− = 1,33 V
E° ClO−/Cl− = 0,90 V
E° BrO−/Br2 = 0,70 V
Par conséquent, si les deux espèces sont présentes dans le milieu, l'hypochlorite oxydera le bromure (loi de Nernst) alors que l'hypochlorite n'oxydera pas le chlorure.
HClO + Br− → HBrO + Cl−
Le concept des piscines traitées au brome est issu de cette propriété.
Nous examinerons ci-après les inconvénients que présente l'emploi du chlore dans le traitement des eaux de piscines.
Premier inconvénient : son influence sur le pH
Comme nous l'avons décrit précédemment, la concentration d'espèces différentes présentes dans l'eau dépendra du pH de celle-ci. Lorsque du chlore est utilisé, le pH de la piscine doit se situer dans une marge réduite (7,2 – 7,5 en général).
La plupart des piscines qui utilisent le chlore, qu'elles soient privées ou publiques, petites ou grandes, doivent donc utiliser un agent de contrôle de pH afin de respecter la marge adéquate.
Les rectificateurs de pH utilisés sont : acide chlorhydrique (HCl), hydrogénobisulfite de sodium (NaHSO3), dioxyde de carbone (CO2)... Ils présentent l'inconvénient d'accroître : la salinité totale de l'eau, la corrosion, la nécessité d'un contrôle de l'eau et les coûts.
Le premier avantage du brome est qu'il permet de ne pas utiliser d'agents de contrôle du pH ; en effet, la proportion entre Br2/HBrO/BrO− et Cl2/HClO/Cl− est totalement différente en fonction du pH (tableau 1).
Tableau 1
| pH | % HClO | % HBrO |
|---|
| 6,0 | 97 | 100 |
| 7,0 | 76 | 98 |
| 7,5 | 50 | 94 |
| 8,0 | 24 | 83 |
| 8,5 | 9 | 60 |
| 9,0 | 3 | 33 |
Deuxième inconvénient : la formation de chloramines
Lorsque l'acide hypochloreux réagit avec des corps contenant de l'ammoniaque ou de l'azote, il y a formation de chloramines.
monochloramines
NH4+ + HClO → NH2Cl + H3O+
dichloramines
NH2Cl + HClO → NHCl2 + H2O
trichloramines
NHCl2 + HClO → NCl3 + H2O
Ces chloramines présentent plusieurs inconvénients, elles sont en effet :
- sans efficacité en tant que biocides,
- source de mauvaise odeur,
- toxiques pour l'environnement,
- irritantes pour les yeux.
Bien que la réaction de l'acide hypobromeux avec des espèces contenant de l'ammoniaque ou de l'azote soit identique, il est désormais démontré que cette réaction est réversible, les bromamines n'étant pas des espèces persistantes.
NH3 + HOBr → NH2Br → NHBr2 → Br− + NH3
Il faut dix minutes pour détruire 99 % d'Escherichia coli avec 0,01 ppm d'acide hypobromeux. 900 minutes sont nécessaires pour obtenir le même résultat avec la même dose d'un hypochlorite et 7000 minutes pour le même résultat avec la même dose de monochloramines (figures 1 et 2).
Troisième inconvénient : son taux de corrosion
Le chlore lui-même ou les espèces chlorées sont très corrosifs, qu'il s'agisse d'acier ou même d'acier
[Photo : Fig. 3 : Taux de corrosion.]
[Photo : Fig. 4 : Efficacité des différents biocides sur les virus de la poliomyélite.]
[Photo : Fig. 5 : Le bromochlorodiméthylhydantoïne (BCDMH).]
[Photo : Fig. 6 : Schéma du brominateur.]
inoxydable. Dans le traitement pour le conditionnement de l’eau, des teneurs en chlorure élevées provoquent une corrosion considérable au niveau des équipements. En effet :
- le chlore augmente la salinité de l’eau,
- le chlore est un oxydant,
- les atomes chlorures sont assez petits pour s’infiltrer dans les structures métalliques carbone/fer, d’où un niveau de corrosion par fragilisation important,
- les ions chlorures sont assez petits pour s’infiltrer sous les boues de dépôt et provoquent une corrosion par piqûres. Cette forme de corrosion fait partie des plus dangereuses pour les équipements, étant donné qu’elle peut entraîner une perforation rapide des tuyaux.
Les composants bromés vont permettre d’éliminer la majorité de ces problèmes :
- l’eau présentera un pH supérieur et sera donc moins corrosive,
- le potentiel d’oxydo-réduction du brome est inférieur à celui du chlore : (E°Volt Br₂/Br⁻ = 1,49 volts E°V HOBr/B₂° + 1,33 V),
- le rayon ionique du brome est supérieur à celui du chlore : r Br⁻ : 1,96 Å et r Cl⁻ : 1,81 Å,
- HBr n’est pas aussi volatil que le HCl étant donné qu’il est beaucoup plus lourd (ce qui affecte considérablement la corrosion des équipements extérieurs des piscines).
Ce dernier point représente un avantage énorme pour les piscines couvertes et les centres de loisirs, puisque les coûts d’entretien s’en trouvent considérablement réduits et que l’air peut recirculer sans traitement supplémentaire ; ainsi les économies de calories nécessaires pour chauffer l’atmosphère au-dessus de la piscine sont considérables (figure 3).
Quatrième inconvénient : sa faible activité virulicide
Le chlore n’est pas un excellent virulicide et les chloramines n’ont aucun effet sur les virus : les composants bromés sont plus efficaces, et l’activité des bromamines équivaut à celle de l’acide hypobromeux (figure 4).
Cinquième inconvénient : la toxicologie des effluents
Les traitements au brome sont même acceptés par l’environnement, comme on le voit dans le tableau II, où l’on peut comparer les niveaux des oxydants résiduels contenus dans les rejets d’une station d’épuration traitée soit avec du brome soit avec du chlore. On y remarque que les premiers sont pratiquement nuls, alors que les seconds dépassent presque systématiquement le niveau de 0,2 mg/l fixé par les réglementations américaine et allemande (TRO = Total Residual Oxidant).
Sixième inconvénient : sa persistance dans l’environnement
Les bromamines et composés orga-
Les oxydants bromés se dissipent beaucoup plus rapidement dans l'environnement que les oxydants chlorés. En outre, les effluents des systèmes traités à base de brome et de chlore sont moins toxiques pour les espèces aquatiques.
Comment traiter une piscine au brome ?
Deux alternatives sont possibles, toutes deux fondées sur la réaction :
HClO + Br⁻ → HBrO + Cl⁻
Cette réaction est immédiate et complète (à 100 %) au pH de l'eau d'une piscine.
- • Première alternative : utilisation de tablettes solides de BCDMH (bromochlorodiméthylhydantoïne) (figure 5) dosé dans un brominateur (figure 6).Applications : piscines privées et petites piscines publiques, spas. Un équipement spécial doit être utilisé.
- • Deuxième alternative : utilisation simultanée d'une solution de NaBr + un donneur de HClO (Cl₂, NaOCl, Ca(OCl)₂).Applications : centres de loisirs, grandes piscines publiques.
Conclusion
Les avantages des désinfectants bromés peuvent se résumer comme suit :
Confort pour les baigneurs
- Aucune irritation des yeux (absence de chloramines)
- Aucune décoloration des maillots de bain (potentiel d'oxydo-réduction inférieur)
Tableau II
| Critères — |
BCDMH / NaBr |
| Sécurité de maniement — |
+++ / ++ |
| Facilité de dosage — |
+++ / + |
| Coût — |
+ / +++ |
| Faculté d'adaptation — |
+ / +++ |
| Besoin d'investissement — |
+ / ++ |
| Contrôle — |
+++ / ++ |
| Niveau de Br₂ libre conseillé pour les piscines — |
1,5-3,0 ppm / 3-5 ppm |
| Niveau de Br₂ libre conseillé pour les spas — |
2-4 ppm / 2-4 ppm |
- Aucune irritation de la peau (HBr/HBrO moins volatil que HCl/HOBr)
- Aucune odeur de chlore
- Aucun problème au niveau des voies respiratoires
Avantages techniques pour les exploitants
- Non-rectification du pH (fonctionne avec un pH supérieur)
- Amélioration des conditions de travail (absence de chloramines)
- Absence de corrosion (HBr/Br⁻ moins corrosif que HClO/Cl⁻)
- Facilités de dosage et de contrôle (plus grande rapidité de destruction, plus efficace contre les virus)
- Meilleure efficacité du traitement
- Agents chimiques de contrôle du pH inutiles (pH supérieur)
- Consommation moindre des halogènes (meilleure efficacité)
- Maintenance améliorée (HBr/Br⁻ moins corrosif)
- Recirculation de l'air optimisable
- Satisfaction des utilisateurs de la piscine et augmentation de la fréquentation
- Utilisation plus aisée des désinfectants (TOR nécessaire)
- Absence de déchets toxiques (bromamines non persistantes).
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