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La chloration

LE TRAITEMENT DES EAUX DE PISCINE

Édition du 20 septembre 1999

1 Caractéristiques générales de l’eau d’une piscine

2 La filtration

3 L’équilibre de l’eau

3.1 La correction du TAC

3.2 La correction du TH

3.3 La correction du pH

4 La désinfection de l’eau

4.1 Les produits agréés

4.2 Les modes d’action de la désinfection au chlore

4.2.1 Que se passe-t-il lorsqu’on met du chlore dans l’eau ?

4.2.1.1 Chlore gazeux

4.2.1.2 Hypochlorite de sodium

4.2.1.3 Hypochlorite de calcium

4.2.1.4 Dichloroisocyanurate de sodium

4.2.1.5 Acide trichloroisocyanurique

4.2.2 Quel est l’influence du pH ?

4.2.3 Que devient ce chlore ?

4.2.4 Chloration au « break-point »

4.2.5 Action sur les matières organiques non azotées

4.2.6 Utilisation de stabilisant

4.3 Comparaison des produits entre eux

4.3.1 Le chlore gazeux

4.3.2 L’hypochlorite de sodium (eau de Javel)

4.3.3 Les hypochlorites de calcium

4.3.4 Les chlorocyanuriques

4.3.5 Les autres différences

4.3.6 Tableau comparatif des caractéristiques des modes de traitements chlorés

5 Le traitement en pratique

5.1 Rappel

5.1.1 Matières organiques

5.1.2 Le Th

5.1.3 Le TAC

5.1.4 Le taux de chlore

5.1.5 Le pH

5.2 Le traitement

5.2.1 La mise en eau

5.2.2 Choix du produit désinfectant

5.2.3 Les analyses

5.2.3.1 Le pH

5.2.3.2 La teneur en chlore

Les matières en suspension : (MES) : l’eau d’une piscine doit en contenir le moins possible.

Le potentiel d’hydrogène : (pH) : il doit être compris entre 6,9 et 8,2, l’idéal étant 7,4 (pH moyen du liquide lacrymal).

Le titre hydrotimétrique : (TH) : la dureté de l’eau se situe idéalement entre 10°F et 20°F.

Le titre alcalimétrique complet : (TAC) : dans une eau de piscine c’est la teneur en bicarbonate. Il représente le pouvoir tampon de l’eau. Une eau avec un TAC faible subira de forte variation de pH. La bonne valeur se situe entre 10°F et 30°F. En général le TAC est légèrement supérieur au TH.

Les substances oxydables : c’est la teneur en matières organiques. Elle doit être la plus faible possible généralement inférieure à 5 mg/l de O₂ et si possible proche de 1 mg/l pour éviter de consommer le produit de désinfection.

Les bactéries : le plus souvent émis par les baigneurs. Le risque d’infection vient essentiellement des staphylocoques pathogènes de la sphère ORL. Ils sont émis dans l’eau enrobés de mucosités qui les protègent des désinfectants. Ils se trouvent concentrés dans la tranche superficielle de l’eau et c’est l’écrémage de la surface par les goulottes qui permet de les éliminer.

Les virus : dans l’eau le risque de transmission de virus est quasi nul (ils ne se reproduisent pas dans l’eau et sont en général rapidement détruits par les désinfectants). Le risque principal est lié au virus des verrues plantaires (papillomavirus) transmis par les sols accessibles aux baigneurs pieds nus (plages, vestiaires et douches).

Les parasites (champignons et amibes) : le risque principal lié aux champignons est une mycose interdigitale dont la transmission se fait par les sols et les bancs en bois. Le risque dû aux amibes est très rare, mais il faut noter la possible transmission d’une variété d’amibes qui donne des méningo-encéphalites amibiennes primitives généralement mortelles. L’eau chaude favorise la croissance des amibes.

Les algues : elles ne présentent aucun danger pour l’homme, elles nuisent seulement à l’esthétique de l’eau. Cependant elles apportent des matières organiques qui absorbent les produits désinfectants. Elle consomme du gaz carbonique, qui est acide, et par réaction le pH augmente. Elles s’accrochent généralement dans les joints de carrelage et une fois qu’elles sont bien développées, elles sont très difficiles à éliminer. Leur apparition démontre une insuffisance de désinfection, mais la réciproque n’est pas vraie.

C’est un élément clef de la piscine. Il est nécessaire d’avoir une bonne filtration pour obtenir une eau claire et scintillante. La technique de filtration est caractérisée par :

La coagulation : les fines particules présentes dans l’eau sont chargées d’électricité négative, elles se repoussent et restent donc séparées. Pour qu’elles puissent se rapprocher il faut les rendre électriquement neutres. On utilise pour cela des réactifs contenant des ions d’aluminium fortement chargés en électricité positive. La réaction étant très rapide il est nécessaire d’injecter le réactif près de la pompe de circulation. Un excès de réactif provoquera le même effet que la charge négative.

La floculation : après la coagulation les particules sont aptes à s’unir. Il faut les agglomérer pour pouvoir être retenues par le filtre. Dans l’eau les ions d’aluminium vont réagir pour former de l’hydroxyde d’aluminium, précipité volumineux appelé « floc ». Ce phénomène fait intervenir des ions bicarbonates, donc le TAC, c’est la raison pour laquelle ce dernier ne doit pas être trop faible (TAC > 10°F). La réaction libère du gaz carbonique ce qui abaissera légèrement le pH. De plus le « floc » se forme dans une zone de pH bien déterminée, au-delà de 7,5 à 7,6 la précipitation n’est plus totale et on gaspille une partie du floculant.

Le filtre : on distingue essentiellement deux familles de filtres : les filtres à diatomite et les filtres à sables. La matière filtrante utilisée détermine la nécessité d’injecter des floculants : l’injection de floculant est proscrite dans le cas des filtres à diatomite. Quels sont les avantages et les inconvénients des différentes techniques :

Il est vrai qu’une eau peu équilibrée n’apportera que de petits soucis :

Si l’eau est franchement déséquilibrée les soucis peuvent être plus importants :

L’équilibre de l’eau résulte de l’équilibre calcocarbonique suivant :

Ca(HCO₃)₂ à CaCO₃ + CO₂ + H₂O

C’est à dire plus simplement :

bicarbonate de calcium à carbonate de calcium (tartre) + gaz carbonique + eau

Rappel : bicarbonate = TAC et Calcium (bicarbonate + carbonate) » TH

Si le gaz carbonique tend à disparaître (trop d’aération, de chauffage etc.), l’eau devient basique et formera plus de carbonate de calcium et entraînera un entartrage.

Si de la même façon l’eau devient acide, la réaction entraînera une libération de gaz carbonique acide qui conduira à la corrosion.

Le pH, le TAC et le TH sont étroitement liés. Il existe plusieurs relations et diagrammes permettant de définir pour un pH d’équilibre donné (pHe) les valeurs optimales du TAC et du TH, que l’on peut simplifier par les relations suivantes :

On admet une marge de ± 0.3 avant que l’eau ne devienne franchement agressive ou entartrante.

Par exemple : si TH = 25°F et TAC = 10°F à pHe ~ 7,5 (voir diagramme d'équilibre de l'eau ci-dessous).

Il n’y aura aucun inconvénient à maintenir le pH entre 7,2 et 7,8.

Si l’on veut obtenir un pH de 7,3 il faudra modifier le TH et le TAC pour que leur produit soit très proche de 300.

Pour le diminuer-il faut détruire le bicarbonate par de l’acide chlorhydrique par exemple, qu’il faudra limiter à cause de la baisse concomitante du pH. Pour l’augmenter il faut ajouter du bicarbonate (16,8 g/m³/°F) ou du carbonate si le pH de l’eau est trop bas.

3.2 La correction du TH

Si le TH est trop haut il faut installer un adoucisseur d’eau. S’il est trop faible on peut amener du calcium soit par adjonction de chlorure de calcium (environ 11 g/m³/°F), soit par passage de l’eau sur un filtre à base de carbonate de calcium.

3.3 La correction du pH

Le pH de l’eau de la piscine peut être différent de celui de l’eau alimentaire. Au cours du fonctionnement de la piscine différents éléments peuvent modifier le pH :

Pour le faire descendre on utilise :

Pour le faire monter on utilise :

Les produits ou procédés de désinfection peuvent être répartis en 3 classes :

Cl₂ + H₂O à HOCl + HCl

chlore gazeux + eau à acide hypochloreux + acide chlorhydrique

4.2.1.2 Hypochlorite de sodium

NaOCl + H₂O à HOCl + NaOH

hypochlorite de sodium + eau à acide hypochloreux + soude

4.2.1.3 Hypochlorite de calcium

Ca(OCl)₂ + 2H₂O à 2HOCl + Ca(OH)₂

hypochlorite de calcium + eau à acide hypochloreux + chaux

4.2.1.4 Dichloroisocyanurate de sodium

DCCNa + eau à acide hypochloreux + cyanurate de sodium

4.2.1.5 Acide trichloroisocyanurique

ATCC + eau à acide hypochloreux + acide isocyanurique

Les différents produits chlorés ne diffèrent que par la nature du dérivé secondaire libéré.

4.2.2 Quel est l’influence du pH ?

Comme tout acide dans l’eau, l’acide hypochloreux se dissocie suivant l’équilibre suivant :

HOCl à ClO^¯ + H⁺

acide hypochloreux à  ion hypochlorite + ion hydrogène

l’ion d’hydrogène, qui est caractéristique du pH, donc de toute modification du pH, influe sur le rapport entre HOCL et ClO^-. Plus le pH est acide (pH bas et H⁺ grand) plus HOCl est grand et inversement.

Comme HOCl est l’élément le plus actif sur les micro-organismes, on aura sensiblement la même puissance bactéricide avec :

Cela montre bien l’importance du pH.

4.2.3 Que devient ce chlore ?

Ce chlore est très réactif chimiquement et va oxyder un certain nombre de matières minérales ou organiques contenues dans l’eau avec des vitesses différentes.

Les substances facilement oxydables : les ions métalliques tels que le fer et la manganèse présent dans l’eau alimentaire ou résultant d’une corrosion.

Action sur les matières azotées : essentiellement l’urée (sueur des baigneurs). L’urée subit une hydrolyse avec formation d’ammoniaque pour donner des composés appelés « chloramines » elles-mêmes détruites par un excès de chlore.

Le schéma réactionnel est le suivant :

NH₃ + HOCl à NH₂Cl + H₂O

ammoniaque + acide hypochloreux à monochloramine + eau

puis :

NH₂Cl + HOCl à NHCl₂ + H₂O

monochloramine + acide hypochloreux à dichloramine + eau

ensuite :

NHCl₂ + HOCl à NCl₃ + H₂O

dichloramine + acide hypochloreux à trichloramine + eau

et ainsi de suite. En final on obtient : du NO₃^¯ (nitrate qui reste dan l’eau), du N₂ (azote) et du NCl₃ (trichlorure d'azote), ces deux derniers éléments sont volatiles et se concentrent dans l’air ambiant.

Les chloramines sont des composés dont l’action bactéricide est très faible et qui sont fortement lacrymogènes. Elles sont responsables de l’odeur de chlore dans les piscines couvertes.

Lorsqu’on ajoute des doses croissantes de chlore, la détermination du chlore résiduel au bout d’un temps révolu montre que dans un premier temps le taux croît en fonction de la dose ajoutée, puis passe par un point d’inflexion, et décroît pour atteindre un minimum appelé « break-point », avant d’augmenter régulièrement (cf. graphique du « break-point » page suivante)

En effet :

1. Le chlore introduit est consommé prioritairement par les matières organiques pour donner du chlore combiné (chloramines) à faible pouvoir germicide ;

2. Dans un deuxième temps le chlore ajouté sert à détruire le chlore combiné ;

3. Dans une troisième phase, le chlore ajouté possède les propriétés désinfectantes recherchées et constitue le chlore libre résiduel (acide hypochloreux, hypochlorite).

Cet exposé sur l’action du chlore sur les matières azotées a pour but de faire comprendre que :

Interprétation de la courbe :

Dosage du chlore pour obtenir le "break-point" :

En théorie le rapport entre le chlore et l'azote présent dans l'eau est d'au moins 7,6. Mais selon les auteurs ce taux est en pratique compris entre 8 et 10.

4.2.5 Action sur les matières organiques non azotées

Le chlore réagit également sur quelques matières organiques non azotées pour donner, en faible quantité, des composés haloformes, le plus courant étant le chloroforme. On a intérêts à minimiser ces composés, surtout en piscine couverte.

Les réactions sont plus complexes que celles du chlore.

Les quantités d’haloformes produits :

Dans les piscines de plein air il est difficile de maintenir un taux de chlore correct : en effet le rayonnement UV entraîne une destruction photochimique du chlore.

CLO^¯ + UV à CL^¯ + O

ion hypochlorite + ultraviolet à chlorure + oxygène

Le seul produit qui réduit la destruction du chlore sous l’effet des UV est « l’acide isocyanurique », couramment appelé « stabilisant ». En effet, cette molécule :

Ces composés se forment au détriment de l’acide hypochloreux (HOCl), il est donc nécessaire de maintenir dans l’eau un taux de chlore élevé.

4.3 Comparaison des produits entre eux

En dehors du chlore, chaque produit donne un produit secondaire, qui va modifier les caractéristiques de l’eau et influencer le traitement.

4.3.1 Le chlore gazeux

Chaque molécule de chlore gazeux va libérer une molécule d’acide chlorhydrique. Cela va acidifier l’eau dont il faudra corriger le pH par adjonction continuelle de carbonate de soude. Cet acide chlorhydrique va également apporter des chlorures et ainsi augmenter la corrosion, surtout celle des aciers inoxydables. En résumé un traitement au chlore gazeux entraîne :

L’eau de Javel va libérer de la soude et entraîner une augmentation du pH qui doit être corrigée :

En résumé, l’eau de Javel entraîne :

Ils libèrent de la chaux et entraînent une augmentation du pH et du TH, donc les mêmes inconvénients que l’eau de Javel, auxquels s’ajoute l’augmentation de la teneur en calcium, donc du pouvoir entartrant.

En résumé, un traitement à l’hypochlorite de calcium entraîne :

Ils vont libérer de l’acide cyanurique soit sous forme de sels, soit sous forme d’acide libre, qui assurera la stabilisation de chlore soumis aux rayons UV et minimisera la consommation.

Dans le cas du DCCNa (le dichloroisocyanurate de sodium), on libère un cyanurate, sel quasi neutre, qui n’aura aucune influence sur le pH.

Dans le cas de l’ATCC (l’acide trichloroisocyanurique), on libère l’acide cyanurique, acide faible, qui fera légèrement baisser le pH. Cette action pourra, dans certains cas exceptionnels si l’eau de remplissage est elle-même acide, nécessiter l’utilisation d’un peu de carbonate.

Avec les chlorocyanuriques, à aucun moment on ne libère d’ions chlorures autres que ceux dus à la désinfection.

En résumé, les chlorocyanuriques permettent :

Il ne se fait par au hasard.

La conduite du traitement découle directement du choix du produit et du procédé de désinfection.

Nous ne sous attarderons que sur les aspects d’analyse.

5.1 Rappel

Pour plus de clarté nous rappellerons l’influence des différents paramètres de fonctionnement :

5.1.1 Matières organiques

Il faut les minimiser car elles entraînent :

D’où la nécessité :

Il doit être situé de préférence entre 10 et 20°F.

Une valeur trop faible entraîne la corrosion, une valeur trop élevée, ce qui est le plus fréquent, entraîne l’entartrage si le pH est trop élevé. Il faudra alors surveiller attentivement la valeur du pH.

5.1.3 Le TAC

Il doit se situer entre 10 et 30°F.

Il est associé au TH pour les phénomènes d’équilibre de l’eau. Il représente le pouvoir tampon de l’eau par rapport au pH.

  TAC trop faible à grandes variations de pH  

  TAC trop élevé à pH stable mais difficile à modifier  

5.1.4 Le taux de chlore

Un taux de chlore trop faible sera générateur de chloramines et provoquera des irritations oculaires, des nausées (odeur de chlore) et de développement des micro-organismes (bactéries, algues).

Un taux de chlore élevé, dans des valeurs autorisées par la législation, minimisera les problèmes de chloramines et procurera une marge de sécurité en cas de surfréquentation ou de température élevée.

5.1.5 Le pH

Les mesures de pH sont très souvent négligées, car les variations sont très lentes. C’est pourtant un facteur primordial d’un eau bien équilibrée.

Un pH maintenu entre 7,2 et 7,5 permet :

L’eau alimentaire est considérée satisfaisante si son pH est compris entre 7,0 et 7,8, dépourvue d’éléments indésirables, principalement du fer ou du manganèse.

Le TH et le TAC doivent être corrigé si besoin pour obtenir une eau équilibrée.

5.2.2 Choix du produit désinfectant

Les produits qui présentent le maximum d’avantages techniques et pratiques sont les chlorocyanuriques (DCCNa ou TACC).

Pour bien contrôler le traitement il faut procéder à plusieurs analyses.

5.2.3 Les analyses

Il existe des trousses plus ou moins complètes qui permettent de procéder aux principales analyses/

Dans la plupart des cas le distributeur d’eau de ville donnera les valeurs du TH et du TAC. Pour une même source d’eau les variations de ces paramètres sont très faibles. Il est donc inutile de se munir des tests correspondants sauf si leur correction s’avère nécessaire.

5.2.3.1 Le pH

La mesure du pH se fait à l’aide d’un réactif coloré, appelé « rouge de phénol » sous forme de pastille ou en solution.

Si on utilise des chlorocyanuriques le pH est assez stable. Le contrôle du pH s’impose lors de l’ajout d’eau neuve. La législation impose au moins deux contrôles quotidiens.

5.2.3.2 La teneur en chlore

Il existe deux réactifs utilisés pour la mesure du taux de chlore :

La différence entre ces teneurs donne la teneur en chloramines, ce qui permet de suivre parfaitement la qualité de la désinfection.

Tableau des différentes formes de chlore et leur détermination

 

(1) au pH de fonctionnement le Cl₂ est négligeable

(2) cette mesure n’a pas de sens dans le cas de l’utilisation des chlorocyanuriques

Bibliographie

C. CARDOT - Les traitements de l'eau - Procédés physico-chimiques et biologiques - Ellipses - 1999

A. Derreumaux - La réglementation française en matière de chloration des eaux de piscine de natation - CIFEC - 1972

H. Dessart - Théorie et pratique de l'hypochloration des eaux - Centre Belge d'étude et de documentation des eaux - Janvier 1974

Circulaire du 16/05/89 relative à la présence de composés organohalogénés volatils dans les eaux destinées à la consommation humaine - JO du 28/06/89

A. T. Palin - Méthode DPD pour le contrôle de la chloration des eaux. Méthodes modernes de chloration et analyse des eaux de piscine - CIFEC

B. Saunier - La cinétique de la chloration au point de rupture : application à l'élimination de l'ammoniaque des eaux potables et des eaux usées - Cebedeau - Becewa - Ndeg.402 - Mai 1977

P. SCOTTE Groupe CdF Chimie - Le traitement des eaux de piscine - Techno-Nathan International - 1987

Liens Internet sur le sujet

http://www.chez.com/publiecho/origi.htm   Étude médicale sur le traitement de l’eau utilisée en hémodialyse par les Docteurs TOUZARD Dominique et FARAH Ibrahim du Service Hémodialyse et Néphrologie - Centre Hospitalier Général de Laval et Madame ALLARD Bénédicte assistée de Mademoiselle AGUESSE Géraldine - Pharmacie interne - ECHO Nantes

http://www.enseeiht.fr  Étude sur le traitement de l’eau par les élèves de l’INP de Toulouse

Directive du Conseil n° 75/440/CEE du 16 juin 1975 concernant la qualité de l'eau Sur ce site de l'INERIS vous trouverez également d'autres textes sur la qualité de l'eau alimentaire....

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