Appareils de conditionnement (traitement) physique de l’eau

(ACPE)

Joseph F. Harrison

Directeur Technique

Water Quality Association (WQA) – (Association pour la Qualité de l’Eau)

Définitions de la WQADéveloppées par le Groupe de travail de la WQA sur les définitions de l’eau douce/les adoucisseurs d’eau

25 mars 2008

• Eau douce – une eau qui contient moins de 1,0 grain par gallon (gr/gal) (<17.1mg /L) de dureté totale exprimée en CaCO3.

• Adoucisseur d’eau – appareil ou équipement qui produit de l’eau douce.

• Conditionnement de l’eau – le traitement ou procédé appliqué à l’eau par toute technique afin de modifier ou ajuster sa qualité, ses caractéristiques ou son action (= traitement de l’eau).

• Conditionneur d’eau – un appareil qui permet de conditionner (de traiter) l’eau.

Définitions de la WQA (suite)• Conditionneur physique de l’eau – appareil qui modifie l’eau

par des moyens physiques (e. g. technologies magnétiques, électriques, électrostatiques, champs électriques induits, électromagnétiques, catalytiques), par opposition aux moyens chimiques.

• Adoucisseur d’eau physique – un appareil ou système de conditionnement d’eau qui permet l’adoucissement de l’eau jusqu’à moins de 1 gr/gal de dureté totale de l’eau en CaCO3. (e.g. nanofiltration)

• Adoucisseur d’eau “ sans sel ” ou “ sans produit chimique ” – Un appareil de traitement d’eau qui produit de l’eau douce sans l’ajout d’aucune substance chimique ni ions additionnels dans l’eau. (e. g. osmose inversée, distillation, nanofiltration, désionisationet des technologies d’électrodialyse).

Est-ce un canular ou pas un canular?(A Scam or Not A Scram?)

Les tromperies par des représentants commerciaux sont des canulars.

Le traitement physique de l’eau n’est pas nécessairement un canular.

Ce n’est pas un adoucisseur d’eau, mais qu’est-ce que le conditionnement physique de l’eau peut accomplir?

• Il peut permettre une réduction partielle des dépôts calcaires dans certaines circonstances.

• Il ne permet pas d’obtenir les avantages d’une eau complètement douce ni peut-être même l’élimination complète des dépôts calcaires.

• Il peut ne pas résister aux inductions de dépôts calcaires dans des conditions de stress élevé, e. g.– Les températures élevées?– Un pH élevé?– Une dureté d’eau concentrée?– Des fluctuations élevées de chaleur sur des surfaces de

transfert de chaleur?

Pourquoi les exagérations (des vendeurs) dans le traitement de l’eau potable peuvent parfois fonctionner?

•Parce que le bien être est plus important pour plusieurs personnes que la vérité, la logique et la raison.

•Parce que plusieurs personnes sont prédisposées à être superstitieuses et utilisent un raisonnement irrationnel.

•Parce que plusieurs personnes ne sont pas renseignées sur les questions scientifiques et ne connaissent pas la différence entre la science et la pseudoscience.

•Parce que même une éducation scientifique ne fait pas toujours l’équilibre entre la pensée logique et la pensée critique.

•Parce que la documentation sur les produits utilise souvent des explications qui donnent l’impression d’être scientifiques et qui semblent plausibles et même invitantes à moins que vous ayez reçu une formation de haut niveau dans cette discipline particulière.

Explication ou rationalisation?Calcite vs Aragonite

• Plusieurs autres facteurs (spécifiquement la présence de contaminants, la chaleur et la pression) influencent la forme préférée de cristallisation du carbonate de calcium.

• En général, la calcite se forme à des températures inférieures à 300C (860F) et l’aragonite prédomine au-delà de 500C (1220F).

• La structure cristalline de l’argonite est dendrimère*, dense et adhérente.

• Les dépôts d’aragonite sont aussi durs et résistants que la calcite, donc il n’y a pas d’avantage favorisant une structure plutôt que l’autre.*terme utilisé en chimie et en nanotechnologies

Explication ou rationalisation?Le comportement des particules est modifié par l’alignement des

polarités afin de neutraliser l’adhésion requise pour la formation de dépôts calcaires

• Il semble qu’un tel alignement de polarité serait immédiatement détruit selon les lois de l’entropie (désordre) et les mouvements browniens (les zigzags continuels des particules dans une suspension colloïdale).

• Cependant, des champs d’énergie induits (électriques ou magnétiques) peuvent, d’une manière plausible, augmenter la fréquence selon laquelle les cations et anions entrent en collision et se combinent pour former des particules colloïdales de nanocristaux incorporant un noyau et donc un précipité minéral.

• Cela est similaire à l’auguementation de l’énergie cinétique et de la fréquence de collisions entre cations et anions causée par la simple agitation thermique.

Explication ou rationalisation?Les ACPE affectent la nature des liaisons hydrogène et le

regroupement des molécules d’eau

• On estime que le temps caractéristique pour le relâchement des liaisons hydrogènes entre les molécules d’eau est beaucoup trop rapide et que les forces des champs des ACPE appliqués sont trop faibles pour affecter les molécules d’eau.

• Cependant, il est plausible que les réactions catalytiques de type enzyme, comme celles à la surface d’un média de cristallisation selon un gabarit donné, qui encouragent une diminution de l’hydrolyse ou de l’hydratation du calcium, du magnésium et des ions carbonate peuvent induire la croissance de cristaux sur la surface matérielle(?)Les forces de friction de l’eau se manifestent alors pour détacher les cristaux nouvellement formés lorsqu’ils deviennent assez gros pour être suffisament stables et servir de “cristaux de semence” pour une précipitation plus poussée.

Explication ou rationalisation?

Témoignages versus Science

• Il n’y a aucune norme de performance acceptée, ni attestations de performance reconnues.

• Il faut du temps pour se rendre compte des effets des dépôts calcaires de l’eau dure.

• Les chauffe-eau et les pommes de douche, par exemple, peuvent ne pas devenir inopérant à cause des dépôts calcaires de l’eau dure avant des années, en particulier si la dureté de l’eau est relativement faible au départ.

Explication ou rationalisation? La charge électrique est modifiée et donc les particules

flottantes se repoussent l’une l’autre, empêchant ainsi la formation de dépôt calcaires

• La charge sur les ions calcium et carbonate dans l’eau n’est pas modifiée par les ACPE.

• Il pourrait être vrai, cependant, que les particules de dimension nanométriques (0,001 – 0,01 micron) en suspension se dispersent si elles sont stables et donc ni en processus de croissance ni en train de se re-dissoudre dans l’eau.

Les revendications des fournisseurs d’appareils de traitement physique de l’eau, comme celles pour d’autres nouvelles

technologiques, ne sont pas toutes des exagérations.

•Des dépôts calcaires peuvent se former à l’intérieur et sur les très petits nanocristaux formant des noyaux qui deviendront des particules.

•Les ACPE peuvent mettre en présence les dépôts calcaires d’une eau dure et de nombreux petits noyaux nanométriques en suspension dans l’eau et sur lesquels des dépôts peuvent continuer de se former, en lieu et place de la formation de dépôts sur une surface physique comme sur un élément chauffant lequel serait par ailleurs normalement entartré.

Norme numéro W 512 de la German Gas and Water Co-operation (DVGW)

BWT – Banc d’essai pour tester un appareil selon la norme W 512

Norme numéro W 512 de la German Gas and Water Co-opération (DVGW)

• L’Association technique et scientifique allemande pour le gaz et l’eau a mis au point en 1996 une norme et un banc d’essai pour évaluer les performances des ACPE dans la prévention de dépôts calcaires.

• Conditions pour qu’un appareil (ACPE) réussisse l’essai: 2 chauffe-eau de 3 gallons (11,4L); eau chauffée à 1750 F (800

C) et gardée à cette température pendant 30 minutes; puis cycle de vidange; répéter sur 16 heures par jour pendant 21 jours; la diminution des dépôts doit être >80% comparée à une eau non traitée.

• La Section 3.3 “Méthode d’essai” de la norme DVGW W 512 stipule que les éléments chauffants du banc d’essai doivent avoir une densité de puissance superficielle maximale de 6.5 W/cm2 et être opérés à une température d’eau pouvant atteindre un maximum de 800 C” (1760 F).

Le traitement physique de l’eau peut former des semences de nucléation

• Par:

• L’induction de corrosion et de sous-produits de corrosion du zinc pour former des nanocristaux de carbonate de zinc (appareils magnétiques et catalytiques).

• Les sous-produits de la dissolution ou de la corrosion du fer, du zinc ou autre métaux de l’ACPE ou des conduites autour de l’appareil peuvent aussi agir parfois comme des inhibiteurs de la formation de dépôts calcaires.

Des semences de nucléation formées par l’ajout d’énergie ou de champs d’énergie:• Les champs d’énergie induits (e. g. magnétiques,

électriques, électrolytiques et électrostatiques) peuvent provoquer des concentrations localisées et une augmentation de l’énergie cinétique et du mouvement d’ions chargés électriquement, une augmentation de la fréquence de collisions entre cations et anions et une augmentation des conditions favorables à la nucléation et à la formation de précipités de particules colloïdales.

• L’induction électrique de cathodes dans de l’eau dure et les champs électriques créés électroniquement ou par pulsation (champ pulsé) peuvent amener les minéraux de la dureté de l’eau à former des noyaux sous forme de nanocristaux dispersés dans le volume d’une solution d’eau.

Formation de nanocristaux de sels de calcium et de magnésium non-dissous (précipités)

Voir diapositive suivante pour la suite.

Formation de nanocristaux de sels de calcium et de magnésium non-

dissous (précipités) (suite)

Le dépôt calcaire est retenu puis repoussé. Le carbonate de calcium, qui

avait d’abord été précipité au pôle négatif, est soulevé et remis en

suspension suite au renversement de polarité. Cela a pour résultat la

formation de nanocristaux de calcite.

Cristallisation à l’aide d’un gabarit (CAB) – Semences de cristaux de CaCO3

• La cristallisation à l’aide d’un gabarit (CAB) utilise un gabarit catalytique appliqué (traité) sur la surface de gains irriguliers d’un média polymérique. Le catalyseur active la déstabilisation (l’attraction les uns aux autres) des cations de calcium/magnésium ainsi que des carbonate et autre anions en surmontant la résistance de l’enveloppe hydratée entourant les ions, qui normalement prévient la formation de cristaux dans l’eau.

• La nucléation se produit aux imperfections de l’irrégularité sur les surfaces des grains polymériques. Suite à leur croissance, les nanocristaux se détachent des grains et se retrouvent dans le corps de la solution en mouvement.

DVGW W 512

Essai de cristallisation à l’aide d’un gabarit (CAB) selon la norme DVGW W 512 à une intensité de puissance superficielle d’un élément chauffant de 3,55 Watts par centimètre carré (W/cm2) de la surface de l’élément.

ATTENTION:

LORSQUE LES NANOCRISTAUX NE SONT PAS STABLES

ILS PEUVENT RETOURNER EN SOLUTION ET PEUVENT ALORS REFORMER DES

DÉPÔTS CALCAIRES.

Essai Ariston #4 Essai de PS à une densité de puissance de 3.6 Watt/cm2

TémoinPS Média

Essai Ariston #3 effectué à des diverse densités de puissance superficielle

Eau douce Témoin SP Média

Conclusions 1• Les appareils de conditionnement (traitement)

physique de l’eau (ACPE) ne sont pas des adoucisseurs d’eau. Ils ne produisent pas d’eau douce définie comme ayant une dureté inférieure à 1 gr/gl exprimée en CaCO3.

• Les ACPE ne produisent pas d’eau ayant tous les effets de l’eau douce ou l’eau adoucie, incluant l’absence de coagulation avec le savon, aucune précipitation à pH élevé, aucun dépôt calcaire, et pas de précipitation lorsqu’elle est concentrée comme à la surface de membranes d’osmose inverse en opération.

•

Conclusions 2• Certains ACPE peuvent réaliser une certaine réduction ou

une réduction parteille des dépôts calcaires dans certaines conditions particulières.

• L’efficacité semble dépendre des conditions de l’utilisation, conditions qui ne sont pas entièrement comprises à ce jour.

• Une théorie plausible réside dans la formation de “nanocristaux” de précipités calcaires.

Conclusions 3• Il appert que les nanocristaux peuvent être de

nature précaire et instable, et sujets à se re-dissoudre dans certaines conditions.

• Les effets du traitement physique de l’eau peuvent ne pas résister à des situations de stress élevé de création de dépôts calcaires, comme :– Les températures élevées?– Les pH élevés?– Les concentrations élevées de dureté de l’eau?– Les fluctuations élevées de chaleur sur les

surfaces de transfert de chaleur (surfaces chauffantes)?

Le rapport d’un groupe de travail de la WQA sur les appareils de conditionnement physique de l’eau

(ACPE) a conclu après avoir révisé 106 publications de recherches scientifiques sur ce sujet en 2001 que:

• “Il n’y a pas suffisament de connaissances scientifiques pour déterminer l’efficacité des technologies de traitement physique de l’eau dans des applications pratiques de traitement d’eau,

• Sans l’apport de preuves factuelles des performences revendiquées, comme on pourrait le faire par des essais et la démonstration conforme à une norme et sur un banc d’essai sanctionnés par l’ANSI, des appareils de traitement physique d’eau destinée à la comsommation humaine.”

• La Water Quality Association maintient que la performance des produits et les avantages revendiqués doivent être appuyés par des données basées sur des faits à partir de tests selon des procédures d’essai scientifiquement valables. Cela est un principe du Code d’éthique de la WQA.

Activités récentes

La Fondation sur la réutilisation de l’eau (WRF)• A subventionné un projet de recherche sur des

alternatives aux adoucisseurs d’eau par échange d’ions.

• HDR Engineering a été choisi comme récipiendaire de ce programme subventionné.

• Le programme a débuté à l’autonme 2009 et sera complété en 2011. La subvention s’élève à 150 000$ US.

Développement d’une norme IAPMO(IAMPO = International Association of Plumbing and Mechanical Officials =

Association internationale des spécialistes en plomebrie et en mécanique)

• Un groupe de travail s’active présentement à l’élaboration d’une norme et d’un protocole d’essai accrédités par l’ANSI pour les appareils de conditionnement (traitement) physique de l’eau.

• Bien que cette norme soit basée sur la norme DVGW, elle diffère en plusieurs points de cette dernière.

• Plusieurs paramètres ont été finalisés. Le dernier qui doit être finalisé se rapporte à l’intensité d’énergie des éléments chauffants. Le groupe de travail s’attaque sérieusement à cette question.

Avez-vous des questions?