Corrosivité des eaux, critères de protection des ouvrages par le carbonate de calcium

Corrosivity of water, criteria for ferrous metal protection by calcium carbonate.

58 rue de la République, 89150, Saint Valérien, France

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Reçu : 26 Novembre 2012
Accepté : 5 Février 2013

Résumé

Parmi les divers indices d’agressivité, de stabilité ou de corrosivité des eaux vis-à-vis des métaux ferreux, seul l’indice de Larson est censé évaluer la corrosivité des eaux vis-à-vis des métaux ferreux. Nous montrons que cet indice est clairement expliqué par les réactions de complexation du fer divalent émis par le métal. Mais l’effet des ions hydrogénocarbonate ne peut totalement s’expliquer que par leur rôle dans les réactions d’oxydation du fer divalent. Cet effet ne peut exister sans la présence de cations alcalino-terreux (calcium et magnésium notamment). En effet, seul les complexes CaHCO₃⁺ et MgHCO₃⁺ ont un effet inhibiteur d’oxydation de Fe²⁺. On est donc amené à prendre en compte la présence des cations calcium et magnésium dans l’évaluation de la corrosivité. On propose donc d’ajouter un indice complémentaire (IC = TAC/TH). Une eau présentant une faible corrosivité doit présenter une valeur de IC proche de l’unité (0,7 < IC <1,3). On sait par ailleurs que la protection des ouvrages en matériau ferreux nécessite que l’eau soit calcifiante. Le caractère calcifiant est généralement évalué par le Saturatio : Saturatio = [ca²⁺][CO^2-₃/K'_s]. Toutefois la valeur cible du Saturatio doit être choisie de manière à protéger les ouvrages sans conduire à un entartrage anormal. Elle doit aussi être suffisante pour que le dépôt protecteur puisse se mettre en place quelle que soit la corrosivité de l’eau. Le présent article rappelle brièvement les réactions chimiques liées à la corrosivité des eaux et en particulier l’effet des ions hydrogénocarbonate qui conduit à la définition de l’indice complémentaire, IC. Puis à partir d’un exemple, on montre les relations entre la valeur de Saturatio permettant de protéger les ouvrages, et la corrosivité des eaux.

Abstract

Among the various indices of aggressivity, stability or corrosivity of water, only the Larson index can be of interest for corrosivity evaluation of water to ferrous metals. We show that this index can be clearly explained by complexation reactions of divalent iron emitted by the metal. But the effect of bicarbonate ions can only be completely explained by their role in the oxidation reactions of divalent iron. This effect cannot exist without the presence of alkaline earth metal cations (including calcium and magnesium). Indeed, only complexes CaHCO₃⁺ and MgHCO₃⁺ have an inhibitory effect on oxidation of Fe²⁺. It is therefore necessary to take into account the presence of calcium and magnesium cations in the evaluation of corrosivity. It is therefore proposed to add an additional index (IC = Tot.Alk./Tot.Hard.). Water with a low corrosivity must have a value of IC close to unity (0.7 <CI <1.3). We also know that the protection installations made of ferrous material requires being in contact with a calcifying water. Calcifying character is usually evaluated by Saturatio: [ca²⁺][CO^2-₃/K'_s]. However, the target value Saturatio should be chosen so as to protect the pipe walls without leading to anomalous scaling. It must also be sufficient for the protective deposit can be put in place whatever the corrosivity of the water. We briefly recall the chemical reactions related to the corrosivity of water and in particular the effect of bicarbonate ions, which leads to the definition of additional index, IC. Then, from an example, we show the relationship between the value of Saturatio necessary to protect the pipes walls, and the corrosivity of the water.