Influence du cuivre et du zinc sur le pouvoir entartrant de l'eau

Influence of copper and zinc on the scaling properties of water

Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers - LM 3 - URA CNRS 1219 151, boulevard de l'Hôpital, 75013 Paris

Résumé

Les canalisations en acier galvanisé et en cuivre sont largement utilisées dans les réseaux de distributions privés. Or le maintien d'une bonne protection contre la corrosion est lié à une dissolution très lente, mais permanente, de ces matériaux, dissolution nécessaire à la stabilité des produits protecteurs. Les teneurs en cuivre et/ou en zinc qui en résultent peuvent être plus ou moins élevées et atteindre, en extrémité de réseau, les valeurs autorisées par les normes actuellement en vigueur, soit 1 mg. l^-1 pour le cuivre et 5 mg. l^-1 pour le zinc.

Le présent travail met en évidence que l'effet inhibiteur de ces métaux vis-à-vis de l'entartrage est extrêmement important, même à des teneurs inférieures aux valeurs maximales admissibles. L'étude a été conduite en utilisant un essai d'entartrage rapide sur un support en polyéthylène, ceci pour s'affranchir des méthodes électrochimiques d'entartrage accéléré. En effet, ces dernières conduisent à une réduction du cuivre et du zinc, ce qui n 'est pas admissible pour démontrer un effet sur l'entartrage.

Ces résultats ont pu être corroborés par une autre méthode de " Précipitation Contrôlée Rapide " (PCR) où l'eau est portée durant l'essai, à un degré de sursaturation de l'ordre de 30 fois le produit de solubilité de CaCO₃.

On montre, ainsi, que la germination de CaCO₃ est fortement inhibée à partir de 200 µg. l^-1 de Cu²⁺ et 20 µg. l^-1 de Zn²⁺ et qu 'elle est pratiquement bloquée pour des teneurs de cuivre et de zinc supérieures, respectivement, à 600 µg. l^-1 et 50 µg. l^-1.

Abstract

Galvanised steel and copper pipes are extensively used in private distribution system of drinking-water. For the stability of protective corrosion products and effective protection of pipes against corrosion a very slow, and permanent, dissolution is however necessary.

The resultant copper and/or zinc contents can be elevated and reach, at the extremity of the distribution system, the values allowed by the French standard: 1mg. l^-1 for copper and 5 mg. l^-1 for zinc.

This paper shows that the scaling inhibiting effect due to the addition of these metals is extremely important, even with contents less than allowed values. For this study, an accelerated scaling test with a polyethylene sample is used, to be free for electrochemical test. In fact, accelerated scaling electrochemical tests involve a reduction of copper and zinc and that is not admissible in order to demonstrate an effect on the scaling.

The scaling tests of polyethylene are carried out by using tube specimens (75 mm diameter, 1 mm thikness and 50 mm length). Their weight is about 12 g. The test consists to put specimen in the studied water (traited or not traited) and to weigh it after 2 h 30 min if the temperature of the test is 50°C and after 15 h if the test is carried out at the room temperature (20°C). This operation is done after drying and in hygrometric equilibrium with atmosphere. A correction of hygrometry is effectued by using a standard specimen.

These results are confirmed by the "Fast Controlled Precipitation" method, (FCP), which consists to give to water a sursaturation ratio 30 times the solubility ratio of CaCO₃.

The FCP tests are carried out at room temperature with 400 cm³ of traited water and 400 cm³ of not traited water wich are stirred at 800 rpm. The precipitation is studied by recording the pH and the conductivity. The evolution of resistivity during the test is used to calculate an efficiency index when an inhibitor like copper or zinc is added.

Thus, it is shown that the CaCO³ nucleation is greatly inhibited, from 200 µg. l^-1 Cu²⁺ or 20 µg. l^-1 Zn²⁺. This nucleation is completely annihilated by reaching 600 µg. l^-1 Cu²⁺ and 50 µg. l^-1 Zn²⁺.