Evaluation gravimétrique des vitesses d'entartrage sur tubes témoins

Gravimetric evaluation of scaling kinetics on tubes

Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers LM3 - UMR CNRS 8006 151, boulevard de l'Hôpital, 75013 Paris

Résumé

Les progrès accomplis en matière d'études des phénomènes d'entartrage depuis une vingtaine d'années ont porté sur les mécanismes de formation du tartre et sur les essais accélérés.

La mise au point de méthodes électrochimiques pour l'étude de l'entartrage a marqué un tournant décisif dans l'étude des paramètres influençant l'incrustation du carbonate de calcium. Par ailleurs, ces techniques permettaient d'obtenir des résultats très rapides, en quelques dizaines de minutes, voire en quelques minutes si l'on travaillait avec des électrodes brossées, et ce, aussi bien en eau chaude qu'en eau froide.

Cependant, ces méthodes présentent quelques inconvénients. Le premier est qu'elles ne s'appliquent qu'à des matériaux conducteurs ou rendus conducteurs. Elles sont donc, en pratique, réservées aux métaux. Le second inconvénient est lié au fait que l'interface métal/eau est portée à un pH extrêmement élevé lors de l'essai. De ce fait, on ne se trouve plus dans des conditions thermodynamiques réalistes d'entartrage.

Depuis cette époque d'autres méthodes ont vu le jour, notamment la méthode de Précipitation Contrôlée Rapide, ce qui a permis d'étudier très finement le processus de germination-croissance du carbonate de calcium et, ainsi, de discriminer deux eaux de compositions identiques mais de pouvoirs entartrants différents.

Or cette technique ne permet de caractériser que l'eau employée. Il était donc nécessaire de la transposer dans un essai où l'on puisse introduire une surface d'un matériau quelconque, conducteur ou non conducteur.

La méthode gravimétrique qui est proposée dans cette étude intègre ces différents impératifs, de manière à être à la fois une méthode accélérée et une technique réaliste vis-à-vis des conditions thermodynamiques que l'on rencontre dans les entartrages réels.

Les matériaux utilisés pour ces essais sont des tubes de divers type, dont le diamètre est de l'ordre d'un demi pouce et dont la longueur est de 10 cm. Ces tubes peuvent ainsi être pesés aisément sur une balance de précision.

Ce dispositif est conçu de telle façon que les eaux utilisées amorcent légèrement leur précipitation dans un bac tampon. De cette manière on peut simuler un circuit d'eau chaude qui présente des conditions entartrantes. L'entartrage est évalué par pesée à l'aide d'une balance au 1/10^e de mg.

Abstract

During the past two decades, progress regarding scaling research concerned especially mechanisms of scaling formation along with laboratory accelerated tests.

The development of electrochemical methods for the scaling syudy has marked a decisive turnig point for characterize parameters affecting the calcium carbonate encrustation. Moreover these methods allowed to obtain quick results and this is true as well with hot water as with cold water.

Nevertheless, these methods present some drawbacks. First, they can only be applied on conducting materials or materials transformed into conductors. Secondly, as the pH on the interface metal/water is extremely high during the test, thermodinamic conditions of scaling are not realistic anymore.

Since then, other methods have been developped, especially the Rapid Controlled Precipitation (RCP) method. This method allowed to study the CaCO₃ nucleation-growth process. Thus, the RCP permit to discriminate two waters which have the same chemical composition but different scaling capacity.

However, this method only allows to characterize the used water. It was then necessery to transpose the RCP in an other test where the influence of any materials surface can be considered during scaling process.

These different requirements are intergrated in the gravimetric method proposed in this study. Thus, this is an accelerated method as well as a realistic one regarding the thermodynamic conditions in the real-world scaling phenomon.

In this method, tubes of various types are used. Their diameter is about 0.5 inch and the length is 10 cm. Thus these tubes can be weighed easily on a accurate balance.

The device of the method is specially designed so that the test water slightly starts to precipitate in a buffer tank. In this way, we can simulate a hot water circuit where scaling conditions are generally fulfilled.