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Piscines : synthèse des informations scientifiques et références Piscine : Questions/Réponses 1-Notions sur les contaminants organiques Qu'est-ce qu'un composé organique ?
Un composé organique est une molécule qui
contient un ou des atomes de carbone. Les composés
formés de carbones sont à la base de tout ce
qui vit sur la planète, c'est pourquoi on les
appelle composés organiques. Par exemple, les
protéines formant le sang, les muscles, etc. du
corps humain, l'ADN et les acides aminés sont des
composés organiques. SOLOMONS, Graham T.W.(1997), Fondamentals of organic chemistry, fifth edition, John Wiley & Sons, Inc., University of South Florida, 1068 pp. Qu'est-ce qu'un composé organochloré ? Un composé organochloré est formé par une association entre une molécule organique et un ou des atomes de chlore (Cl). Les produits organochlorés sont entre autres présents dans plusieurs pesticides tels que le chlordane, le toxaphène et le DDT. Les composés organochlorés ont une grande résistance à la dégradation et sont donc présents très longtemps dans l'environnement. Ils sont, de plus, très dangereux pour la santé, causant cancers, mutations, retards de croissance, etc. http://www.greenpeacecanada.org/f/campaigns/toxics/archives_subs_tox/chlorine.html (archives) 2-Notions sur le chlore Comment le chlore agit-il ? Le chlore est un agent chimique servant à la destruction des micro-organismes : on l'utilise comme désinfectant et germicide depuis 1801. Comme les autres halogènes tels que le brome (Br) et l'iode (I), il est un oxydant puissant, ce qui lui permet d'attaquer la paroi cellulaire des bactéries, la capside et l'acide nucléique des virus, et de réagir avec les molécules organiques afin de les dégrader. Dans l'eau, il détruit les bactéries et tue les mycètes (champignons microscopiques) en une demi-heure environ. Il se lie également à des composés organiques contenant de l'azote (N) comme l'urine ou la sueur pour former des chloramines. Ce sont ces chloramines qui donnent « l'odeur de chlore » à l'eau et qui irritent les yeux et non le chlore lui-même. Comme une partie du chlore réagit avec la matière organique présente dans l'eau, il faut donc ajouter un excès de chlore pour s'assurer de la destruction des micro-organismes.
Le chlore peut être utilisé sous forme
gazeuse, liquide ou solide. Pour l'entretien de piscines
privées, on utilise généralement
l'hypochlorite de sodium (NaOCl) ou l'hypochlorite de
calcium (Ca(OCl)2). L'hypochlorite de sodium,
qui est aussi l'agent actif de l'eau de javel, existe sous
forme liquide alors que l'hypochlorite de calcium se
retrouve sous forme solide (en granule, en bâtonnet
ou en pastille). Lorsque l'un ou l'autre de ces
composés se retrouve dans l'eau, les
réactions que voici ont lieu :
ou
2. Une réaction d'équilibre s'installe ensuite entre le OCl- et le HClO (acide hypochloreux)
Pour les installations de plus grande envergure comme les piscines publiques, le chlore gazeux est préféré aux préparations chlorées vues plus haut. Ce système est très efficace, mais coûteux. Sans compter que le chlore gazeux est un agent corrosif qui détériore les tuyaux de plastique et de métal. De plus, le chlore est un gaz dense qui attaque les muqueuses telles que les yeux, le nez, la gorge et les poumons. Il était d'ailleurs utilisé comme arme chimique durant la première guerre mondiale. Les poumons des gens qui respirent ce gaz se remplissent de liquide et les victimes en meurent. Le brome tue lui aussi les micro-organismes en les oxydant, mais il agit de façon moins efficace et plus lente que le chlore. On doit donc y ajouter des sels de brome pour augmenter son efficacité. Il est également beaucoup plus dispendieux que le chlore. Cependant, il a l'avantage de ne pas former de chloramines, donc il n'y a pas d'odeur caractéristique. L'iode n'est pas utilisé pour l'entretien des piscines parce qu'il n'est pas soluble dans l'eau. Il est tout de même utilisé comme désinfectant lorsqu'il est dissout dans une solution contenant de l'alcool (par exemple, dans la teinture d'iode).
DION, Patrice (2000), Microbiologie
générale, Faculté des sciences de
l'agriculture et de l'alimentation, Département de
phytologie, Université Laval, 375 pp. Que sont les chloramines ?
Les chloramines se forment lorsqu'un composé
organique (contenant du carbone) et un composé
azoté (contenant de l'azote) se lient l'un à
l'autre. Dans une piscine, on voit souvent les
réactions impliquant les chloramines
(NH2Cl) et les dichloramines (NHCl2)
se produire.
La première réaction se fait en environ une
minute alors que la seconde est plus lente. Le chloramine
et le dichloramine réagissent ensuite ensemble.
Lorsqu'on ajoute beaucoup de chlore à l'eau de la
piscine, une réaction impliquant le dichloramine et
l'acide hypochloreux entre en jeu. C'est à cause de cette dernière réaction qu'il se dégage «l'odeur de chlore», car le NCl3 se libère facilement de l'eau lorsqu'on l'agite. PÉPIN, Raynald (Juin 1990), Les produits d'entretien de la piscine, Protégez-vous 56-63, pp 152-162. SELINGER, Ben (1998), Chemistry in the market place, 5th edition, Harcourt Brace, 588 pages. Quelle est la différence entre le chlore total et le chlore libre disponible ?
Le chlore libre dans l'eau, que l'on appelle
également chlore actif, est l'acide hypochloreux
présent. C'est ce chlore actif qui détruit
les substances organiques. Dans l'eau, la quantité
de chlore est représentée comme ceci : Lorsque l'on mesure le niveau de chlore à l'aide de l'orthotolidine, l'indicateur le plus utilisé dans les trousses commerciales, c'est le niveau de chlore total qui est mesuré.
http://web.wanadoo.be/gers/resume.htm À quelle concentration en chlore doit-on garder l'eau ? Pour que l'eau soit aseptisée, il faut que le niveau de chlore libre disponible se situe entre 1 et 3 ppm. Qu'arrive-t-il si le niveau de chlore est trop élevé ou s'il est trop bas ?
Trop élevé : décoloration des maillots
et des cheveux, irritation des yeux. Comment remédier à un manque de chlore ? Rajouter simplement du chlore en pastille ou faire un traitement choc. Un traitement choc signifie l'ajout de chlore mais à un niveau supérieur à la normale, soit de 5 à 10 ppm Arch Chemicals, inc., Guide complet d'entretien de la piscine, 1999, 27 p. 3-Notion de ppm Que signifie l'expression ppm ? Ppm signifie partie par million ou une partie par 106 parties. On peut aussi l'exprimer en mg de produit par litre d'eau (mg/L). On sait que 1g d'eau équivaut à environ 1 ml d'eau. Donc 1000 mg équivalent à 1 ml d'eau. Dans 1 litre d'eau (1000 ml), il y a donc 1 000 000 de mg d'eau (1000 mg X 1000). Alors, s'il y a 1 mg de chlore libre disponible par litre d'eau, on dira qu'il y a 1 ppm de chlore libre disponible ou qu'il y a 1mg de chlore pour 1 000 000 de mg d'eau, ou encore qu'il y a 1 mg de chlore pour 106 mg d'eau. 4-Notion de stabilisateur Qu'est-ce qu'un stabilisateur ? Un stabilisateur est un composé d'acide cyanurique, C3N3O3H3. On l'appelle aussi conditionneur. Comment agit un stabilisateur ? L'acide cyanurique est une molécule non photosensible. Elle stabilise le chlore de la façon suivante, en maintenant un équilibre :
Donc, du chlore à l'abri des rayons du soleil provenant de l'acide dichlorocyanurique sera libéré lorsque le niveau de chlore libre diminuera afin d'assurer l'équilibre. Pourquoi est-il important de mettre le chlore « à l'abri des rayons de soleil » ? Le spectre U.V. des rayons du soleil s'étend de 290 à 350 nm, et toutes les espèces chlorées absorbent dans cette région du spectre, ClO- montrant la plus grosse absorption.
Sous la forme Cl-, le chlore n'est plus efficace, c'est pourquoi il est préférable de s'en garder en réserve, alors qu'il est lié à l'acide cyanurique. SELINGER, Ben (1998), Chemistry in the market place, 5th edition, Harcourt Brace, 588 p. 5-Notions sur l'alcalinité totale À quoi sert l'alcalinité totale ?
L'alcalinité totale, que l'on appelle
également pouvoir tampon, est
représentée par la teneur en carbonate et en
bicarbonate de sodium dissout dans l'eau. Elle sert
à résister aux variations de pH lors de
l'ajout d'une petite quantité d'acide ou de base ou
lors d'une dilution. L'alcalinité totale dans la
piscine sert donc à éviter que le pH joue au
yo-yo, même si on y ajoute un peu d'une solution
acide ou basique pour garder l'eau propre ou lorsqu'on
ajoute un peu d'eau pour combler les pertes dues à
l'évaporation.
http://web.wanadoo.be/gers/resume.htm Que se passe-t-il sur le plan chimique ? Selon la teneur en ions H+ qui confèrent un caractère acide à une solution, les carbonates pourront prendre la forme de bicarbonates (HCO3-) ou d'acide carbonique (H2CO3) selon l'équilibre suivant :
Si la solution tend à s'acidifier, les protons H+ se combineront avec HCO3- pour former H2CO3. Comme les ions H+ seront combinés, l'acidité n'augmentera pas. À l'inverse, si la solution tend à devenir basique, le taux de H+ diminuera, alors H2CO3 aura tendance à se dissocier pour former H+ et HCO3-. À quel niveau doit-on garder l'alcalinité totale ? Entre 60 et 120 ppm. Que se passera-t-il si l'alcalinité est trop élevée ou trop basse ? Une alcalinité totale inférieure à 60 ppm peut causer de la corrosion et ainsi endommager les accessoires de la piscine. Par contre, une alcalinité totale supérieure à 120 ppm peut causer des incrustations ou rendre l'eau trouble. Comment remédier à une alcalinité totale trop élevée ou trop basse ? Si l'alcalinité totale est inférieure à 60 ppm, il faut rajouter du bicarbonate de soude (de la « petite vache » dont la formule chimique est NaHCO3). Ainsi, d'autres ions CO32- seront disponibles. Si l'alcalinité totale est supérieure à 120 ppm, il faut rajouter du réducteur de pH (on peut, par exemple, utiliser du HCl). Ainsi, les ions H+ iront se combiner aux ions HCO3-. Arch Chemicals, inc., Guide complet d'entretien de la piscine, 1999, 27 p. 6-Notion d'incrustations Qu'est-ce que sont les incrustations ? Les incrustations sont des dépôts des sels qui se forment lorsque l'eau est dure. L'eau dure contient une forte quantité de sels, principalement des sels de calcium et de magnésium. Ces sels sont peu solubles dans l'eau et forment donc des dépôts solides. Les incrustations peuvent également se former lorsque le pH de l'eau est élevé, car plus l'eau a un caractère basique, plus les sels sont insolubles et plus les dépôts se forment. PÉPIN, Raynald (Juin 1990), Les produits d'entretien de la piscine, Protégez-vous 56-63, pp 152-162. 7-Notions sur la dureté de l'eau Qu'est-ce que la dureté de l'eau ? La dureté de l'eau est la quantité d'ions métalliques (Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe2+ ou Fe3+, etc.) présents dans l'eau. Les plus abondants sont généralement le calcium, d'où l'expression dureté calcique, et le magnésium. À quel niveau de dureté l'eau doit-elle rester ? La dureté devrait se situer entre 200 et 500 ppm mais elle peut aller jusqu'à 1000 ppm. Que se passera-t-il si la dureté de l'eau est trop haute ou trop basse ? Une eau trop dure sera trouble tandis qu'une dureté inférieure à 200 ppm peut causer la corrosion de l'équipement. Que faire si l'eau n'est pas assez dure ou si elle l'est trop ? Si l'eau n'est pas assez dure, il faut ajouter un augmenteur de calcium. Si elle est trop dure, il faut vider partiellement la piscine et rajouter de l'eau douce jusqu'à obtention d'une dureté appropriée. On peut par exemple ajouter de l'eau de pluie. Arch Chemicals, inc. (1999), Guide complet d'entretien de la piscine, 27 p. 8-Notions sur le pH Qu'est-ce que le pH ? Le pH signifie potentiel hydrogène. Il est donc une mesure de la quantité d'ions H+ présents dans une solution. L'échelle de pH varie de 0 à 14 et une solution à un pH de 7 est considérée comme une solution neutre. Un pH sous la valeur de 7 sera donc considéré comme acide et un pH au-dessus de la valeur de 7 sera considéré comme basique. Le pH se calcule en prenant la formule moins le log de la concentration en ions H+ d'une solution (-log [H+]). Le pH équivaut aussi à 14 - pOH. Quel est le niveau idéal de pH dans l'eau et pourquoi doit-il être conservé à ce niveau ? Le pH doit être maintenu entre 7,2 et 7,8. Si le pH est inférieur à 7,2, il peut faire rouiller l'équipement, irriter la peau et diminuer l'efficacité du chlore. Si le pH est supérieur à 7,8, il peut aussi irriter la peau, rendre l'eau trouble, causer des incrustations et enlever du pouvoir à l'effet d'assainissement du chlore. Comment le pH peut-il influencer le chlore ? Le chlore peut se présenter sous trois formes selon le pH et la température de l'eau. Le HClO étant un acide faible, il se dissocie peu sous un pH de 6. Entre un pH de 6,0 et de 8,5, il passe de HClO presque insoluble à HClO presque entièrement dissocié. À une température de 20°C et à un pH de 7,5, le OCl- prédomine et à pH de 9,5, il n'y a presque exclusivement que du OCl-. Ce sont les ions OCl- et HClO qui réagissent pour tuer les bactéries. La charge négative du OCl- lui rend la tâche plus difficile lorsque vient le temps de traverser la paroi cellulaire de la bactérie, c'est pourquoi il est moins efficace que le HClO, qui, lui, est neutre. C'est pourquoi il est préférable de garder un pH ni trop acide ni trop alcalin pour que le chlore soit efficace. Comment remédier à un pH trop élevé ou trop bas ? Ajouter un augmenteur de pH si le pH est trop bas ou un réducteur de pH si le pH est trop élevé. Arch Chemicals, inc. (1999), Guide complet d'entretien de la piscine, 27 p. Comment un indicateur de pH fonctionne-t-il ? Un indicateur de pH est une substance dont la couleur change au point d'équivalence, c'est-à-dire au point où la réaction acide + base donne sel + eau est complète. Donc, au point d'équivalence, il ne reste que de l'eau et un sel dissout. L'indicateur de pH, aussi appelé indicateur acide/base, est un acide ou une base faible qui change de forme selon qu'il se trouve dans un milieu acide ou basique. Le changement de forme est associé à un changement de couleur, ce qui permet d'identifier le pH approximatif de l'eau de façon visuelle. Par exemple, la phénolphtaléine est un indicateur acide/base qui passe de sa forme acide incolore à sa forme basique rose lorsque le pH se situe entre 8,3 et 10. BRISSON, Josée (2000), Laboratoire de chimie analytique, Département de chimie, Université Laval, 316 pp. Bibliographie http://web.wanadoo.be/gers/resume.htm http://www.greenpeacecanada.org/f/campaigns/toxics/archives_subs_tox/chlorine.html (archives) Arch Chemicals, inc. (1999), Guide complet d'entretien de la piscine, 27 p. BRISSON, Josée (2000), Laboratoire de chimie analytique, Département de chimie, Université Laval, 316 pp. DION, Patrice (2000), Microbiologie générale, Faculté des sciences de l'agriculture et de l'alimentation, Département de phytologie, Université Laval, 375 pp. GREENWOOD, N.N. et EARNSHAW, A. (1998), Chemistry of the elements, second edition, Butterworth Heinemann, School of Chemistry, University of Leeds, U.K., 1341 pp. PÉPIN, Raynald (Juin 1990), Les produits d'entretien de la piscine, Protégez-vous 56-63, pp 152-162. PRESCOTT, HARLEY, KLEIN (1995), Microbiologie, DeBoeck Université, 1014 pages. SOLOMONS, Graham T.W.(1997), Fondamentals of organic chemistry, fifth edition, John Wiley & Sons, Inc., University of South Florida, 1068 pp. Les acides, les bases et les tampons
Il est possible de neutraliser un acide en utilisant une
base et vice versa. L'espèce dont on se sert pour
neutraliser la solution s'appelle le titrant et la
substance à titrer s'appelle… la substance
à titrer. Afin de neutraliser la solution, on
procède à un titrage. Le titrage est une
méthode précise basée sur la mesure
exacte des volumes (volumétrie) et sur la couleur de
la solution formée (colorimétrie). À
la fin du titrage, on peut donc connaître
précisément le volume de l'acide et de la
base.
Pour en savoir plus si les principes de base du titrage
: Certaines substances peuvent agir comme acide ou comme base, car elles possèdent la capacité de céder ou d'accepter des protons (H+), dépendant du milieu dans lequel elles se trouvent. On appelle ces substances des amphotères. Lors du titrage d'un amphotère, on obtient des zones où le pH varie très peu même si on ajoute du titrant et d'autres zones où le pH varie de façon abrupte. Les zones ou le pH est stable sont appelées zones tampons, puisqu'elles «absorbent» les ajouts d'acides, de bases ou d'eau (dilution). Sur un graphique, chacune de ces zones tampons correspond à un plateau, c'est-à-dire à une partie de la courbe pour laquelle la pente tend vers zéro. À cet endroit, un ajout d'acide, de base ou d'eau ne fait presque pas varier le pH de la solution. Parfois, on appelle le pouvoir tampon l'alcalinité totale. Dans l'entretien d'une piscine par exemple, il est important d'équilibrer l'eau en début de saison pour avoir un pouvoir tampon afin d'éviter que le pH ne varie de façon abrupte à chaque fois qu'on ajoutera de l'eau ou qu'on fera des traitements à l'aide de solutions acides ou basiques.
Pour faire des courbes de titrages de tampon : INDICATEURS ACIDO-BASIQUES*
* Tiré de Chimie 534 de Luc Bachand, Guy Petit et Philippe Vanier, LIDEC, 444 pages. L'équation de dissociation de l'acide est :
Exemple :
La constante d'équilibre associée est :
De plus,
Pour les bases, on utilise le même type d'équation de dissociation et la même façon de calculer la constante d'équilibre. Pour des raisons pratiques, on classe les acides et les bases en deux catégories : les acides et bases forts et les acides et bases faibles. Le critère pour classer une substance dans l'une ou l'autre de ces deux catégories est qu'une espèce dont au moins 10% se dissocie, ce qui équivaut à un KA plus grand ou égal à 1 et un pKA négatif, est une espèce forte. Le calcul du pH peut se faire avec l'équation suivante si on est en présence d'un acide fort ou d'une base forte.
Par contre, si on est en présence d'une
espèce faible, donc qui ne se dissocie pas
complètement, il faudra utiliser une méthode
plus longue expliquée ici. Exemple tiré de Laboratoire de chimie analytique, J. Brisson (2000) : Calculez le pH de 1 M de NH4OH 1. La réaction est
2. Ce qui se passe
3. Résolution
Pour les espèces amphotères, à la fois acide et base, il faut déterminer dans quel équilibre on doit calculer le pH et utiliser les pKA correspondants.
Cette valeur de pH correspond à la zone d'une courbe
de tampon où la pente est très abrupte. Il
s'agit en fait de la moyenne des pKA de deux
zones tampons successives.
Cette équation donne le pH de la zone où la pente est presque nulle. À cet endroit, le pH varie peu en fonction de l'ajout de faibles quantités d'acide ou de base ou d'une dilution. Il est possible de calculer le pouvoir d'un tampon, c'est-à-dire la quantité maximale d'acide ou de base (en mole) qu'un litre de tampon peut absorber pour que le pH augmente d'une unité.
Pour un site sur les titrages acido-basiques :
Références
BACHAND, Luc, PETIT, Guy et VANIER, Philippe (1996),
Chimie 534, LIDEC, 444 pp.
Piscines: sites sur le pH, les courbes de titrage et les
tampons
http://www.univ-lemans.fr/enseignements/chimie/01/deug/sem1/pdf/sem1-4.pdf BIBLIOGRAPHIE GLOBALE
DION, Patrice (2000), Microbiologie
générale, Faculté des sciences de
l'agriculture et de l'alimentation, Département de
phytologie, Université Laval, 375 p. COMPOSÉS ORGANIQUES Un composé organique est une molécule qui contient un ou des atomes de carbone (C). Les composés formés de carbones sont à la base de tout ce qui vit sur la planète, c'est pourquoi on les appelle composés organiques. Par exemple, les protéines formant le sang, les muscles, etc. du corps humain, l'ADN et les acides aminés sont des composés organiques. Une hypothèse sur les origines de la vie sur Terre Plusieurs évidences indiquent que, il y a plusieurs milliards d'années, l'atmosphère de la Terre était composée principalement d'azote (N) sous forme d'ammoniac (NH3), de carbone (C) sous forme de méthane (CH4), d'oxygène (O2) et d'hydrogène (H2). Une hypothèse soutient que l'énergie solaire, sous forme d'ondes électromagnétiques, aurait fragmenté les molécules de méthane en petites unités très réactives qui auraient ensuite été transportées par la pluie jusqu'à la mer. L'eau serait alors devenue, en quelque sorte, une grosse soupe pleine de tout ce qu'il faut pour permettre l'origine de la vie. Les unités réactives se seraient alors combinées de différentes façons pour former des acides aminés, des protéines, des sucres, de l'ADN, etc.
Pour en savoir plus sur les nombreuses théories
concernant les origines de la vie, consultez les sites
suivants : SOLOMONS, Graham T.W.(1997), Fondamentals of organic chemistry, fifth edition, John Wiley & Sons, Inc., University of South Florida, 1068 p. COMPOSÉS ORGANOCHLORÉS Un composé organochloré est formé par une association entre une molécule organique (composée de carbone) et un ou des atomes de chlore (Cl). Les produits organochlorés sont entre autres présents dans plusieurs pesticides tels que le chlordane, le toxaphène et le DDT. Les composés organochlorés ont une grande résistance à la dégradation et sont donc présents très longtemps dans l'environnement. Ils sont, de plus, très dangereux pour la santé, pouvant causer cancers, mutations, retards de croissance, etc. Les composés organochlorés sont hydrophobes, c'est-à-dire qu'ils sont insolubles dans l'eau et les solutions aqueuses. Ils se dissolvent donc dans les graisses. À chaque nouvel échelon de la chaîne alimentaire, le composé organochloré devient de plus en plus concentré dans l'organisme de l'individu. Plusieurs espèces vivent un déclin à cause d'organochlorés tels que le DDT. Par exemple, plusieurs espèces d'oiseaux comme le faucon pèlerin ou le goéland argenté voient leurs populations diminuer. Le DDT n'est pourtant par mortel pour l'adulte, mais il rend la coquille des œufs très fragile, ce qui contribue à augmenter le taux de mortalité des jeunes.
http://www.greenpeacecanada.org/f/campaigns/toxics/archives_subs_tox/chlorine.html (archives) |
