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Appareils de conditionnement (traitement) physique de leau (ACPE) Joseph F. Harrison Directeur Technique Water Quality Association (WQA) – (Association.

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1 Appareils de conditionnement (traitement) physique de leau (ACPE) Joseph F. Harrison Directeur Technique Water Quality Association (WQA) – (Association pour la Qualité de lEau)

2 Définitions de la WQA Développées par le Groupe de travail de la WQA sur les définitions de leau douce/les adoucisseurs deau 25 mars 2008 Eau douce – une eau qui contient moins de 1,0 grain par gallon (gr/gal) (<17.1mg /L) de dureté totale exprimée en CaCO 3. Adoucisseur deau – appareil ou équipement qui produit de leau douce. Conditionnement de leau – le traitement ou procédé appliqué à leau par toute technique afin de modifier ou ajuster sa qualité, ses caractéristiques ou son action (= traitement de leau). Conditionneur deau – un appareil qui permet de conditionner (de traiter) leau.

3 Définitions de la WQA (suite) Conditionneur physique de leau – appareil qui modifie leau par des moyens physiques (e. g. technologies magnétiques, électriques, électrostatiques, champs électriques induits, électromagnétiques, catalytiques), par opposition aux moyens chimiques. Adoucisseur deau physique – un appareil ou système de conditionnement deau qui permet ladoucissement de leau jusquà moins de 1 gr/gal de dureté totale de leau en CaCO 3. (e.g. nanofiltration) Adoucisseur deau sans sel ou sans produit chimique – Un appareil de traitement deau qui produit de leau douce sans lajout daucune substance chimique ni ions additionnels dans leau. (e. g. osmose inversée, distillation, nanofiltration, désionisationet des technologies délectrodialyse).

4

5 Est-ce un canular ou pas un canular? (A Scam or Not A Scram?)

6 Les tromperies par des représentants commerciaux sont des canulars. Le traitement physique de leau nest pas nécessairement un canular.

7 Ce nest pas un adoucisseur deau, mais quest-ce que le conditionnement physique de leau peut accomplir? Il peut permettre une réduction partielle des dépôts calcaires dans certaines circonstances. Il ne permet pas dobtenir les avantages dune eau complètement douce ni peut-être même lélimination complète des dépôts calcaires. Il peut ne pas résister aux inductions de dépôts calcaires dans des conditions de stress élevé, e. g. –Les températures élevées? –Un pH élevé? –Une dureté deau concentrée? –Des fluctuations élevées de chaleur sur des surfaces de transfert de chaleur?

8 Pourquoi les exagérations (des vendeurs) dans le traitement de leau potable peuvent parfois fonctionner? Parce que le bien être est plus important pour plusieurs personnes que la vérité, la logique et la raison. Parce que plusieurs personnes sont prédisposées à être superstitieuses et utilisent un raisonnement irrationnel. Parce que plusieurs personnes ne sont pas renseignées sur les questions scientifiques et ne connaissent pas la différence entre la science et la pseudoscience. Parce que même une éducation scientifique ne fait pas toujours léquilibre entre la pensée logique et la pensée critique. Parce que la documentation sur les produits utilise souvent des explications qui donnent limpression dêtre scientifiques et qui semblent plausibles et même invitantes à moins que vous ayez reçu une formation de haut niveau dans cette discipline particulière.

9 Explication ou rationalisation ? Calcite vs Aragonite Plusieurs autres facteurs (spécifiquement la présence de contaminants, la chaleur et la pression) influencent la forme préférée de cristallisation du carbonate de calcium. En général, la calcite se forme à des températures inférieures à 30 0 C (86 0 F) et laragonite prédomine au-delà de 50 0 C (122 0 F). La structure cristalline de largonite est dendrimère*, dense et adhérente. Les dépôts daragonite sont aussi durs et résistants que la calcite, donc il ny a pas davantage favorisant une structure plutôt que lautre. *terme utilisé en chimie et en nanotechnologies

10 Explication ou rationalisation? Le comportement des particules est modifié par lalignement des polarités afin de neutraliser ladhésion requise pour la formation de dépôts calcaires Il semble quun tel alignement de polarité serait immédiatement détruit selon les lois de lentropie (désordre) et les mouvements browniens (les zigzags continuels des particules dans une suspension colloïdale). Cependant, des champs dénergie induits (électriques ou magnétiques) peuvent, dune manière plausible, augmenter la fréquence selon laquelle les cations et anions entrent en collision et se combinent pour former des particules colloïdales de nanocristaux incorporant un noyau et donc un précipité minéral. Cela est similaire à lauguementation de lénergie cinétique et de la fréquence de collisions entre cations et anions causée par la simple agitation thermique.

11 Explication ou rationalisation? Les ACPE affectent la nature des liaisons hydrogène et le regroupement des molécules deau On estime que le temps caractéristique pour le relâchement des liaisons hydrogènes entre les molécules deau est beaucoup trop rapide et que les forces des champs des ACPE appliqués sont trop faibles pour affecter les molécules deau. Cependant, il est plausible que les réactions catalytiques de type enzyme, comme celles à la surface dun média de cristallisation selon un gabarit donné, qui encouragent une diminution de lhydrolyse ou de lhydratation du calcium, du magnésium et des ions carbonate peuvent induire la croissance de cristaux sur la surface matérielle(?) Les forces de friction de leau se manifestent alors pour détacher les cristaux nouvellement formés lorsquils deviennent assez gros pour être suffisament stables et servir de cristaux de semence pour une précipitation plus poussée.

12 Explication ou rationalisation? Témoignages versus Science Il ny a aucune norme de performance acceptée, ni attestations de performance reconnues. Il faut du temps pour se rendre compte des effets des dépôts calcaires de leau dure. Les chauffe-eau et les pommes de douche, par exemple, peuvent ne pas devenir inopérant à cause des dépôts calcaires de leau dure avant des années, en particulier si la dureté de leau est relativement faible au départ.

13 Explication ou rationalisation? La charge électrique est modifiée et donc les particules flottantes se repoussent lune lautre, empêchant ainsi la formation de dépôt calcaires La charge sur les ions calcium et carbonate dans leau nest pas modifiée par les ACPE. Il pourrait être vrai, cependant, que les particules de dimension nanométriques (0,001 – 0,01 micron) en suspension se dispersent si elles sont stables et donc ni en processus de croissance ni en train de se re-dissoudre dans leau.

14 Les revendications des fournisseurs dappareils de traitement physique de leau, comme celles pour dautres nouvelles technologiques, ne sont pas toutes des exagérations. Des dépôts calcaires peuvent se former à lintérieur et sur les très petits nanocristaux formant des noyaux qui deviendront des particules. Les ACPE peuvent mettre en présence les dépôts calcaires dune eau dure et de nombreux petits noyaux nanométriques en suspension dans leau et sur lesquels des dépôts peuvent continuer de se former, en lieu et place de la formation de dépôts sur une surface physique comme sur un élément chauffant lequel serait par ailleurs normalement entartré.

15 Norme numéro W 512 de la German Gas and Water Co-operation (DVGW) BWT – Banc dessai pour tester un appareil selon la norme W 512

16 Norme numéro W 512 de la German Gas and Water Co-opération (DVGW) LAssociation technique et scientifique allemande pour le gaz et leau a mis au point en 1996 une norme et un banc dessai pour évaluer les performances des ACPE dans la prévention de dépôts calcaires. Conditions pour quun appareil (ACPE) réussisse lessai: 2 chauffe-eau de 3 gallons (11,4L); eau chauffée à F (80 0 C) et gardée à cette température pendant 30 minutes; puis cycle de vidange; répéter sur 16 heures par jour pendant 21 jours; la diminution des dépôts doit être >80% comparée à une eau non traitée. La Section 3.3 Méthode dessai de la norme DVGW W 512 stipule que les éléments chauffants du banc dessai doivent avoir une densité de puissance superficielle maximale de 6.5 W/cm 2 et être opérés à une température deau pouvant atteindre un maximum de 80 0 C (176 0 F).

17 Le traitement physique de leau peut former des semences de nucléation Par: Linduction de corrosion et de sous-produits de corrosion du zinc pour former des nanocristaux de carbonate de zinc (appareils magnétiques et catalytiques). Les sous-produits de la dissolution ou de la corrosion du fer, du zinc ou autre métaux de lACPE ou des conduites autour de lappareil peuvent aussi agir parfois comme des inhibiteurs de la formation de dépôts calcaires.

18 Des semences de nucléation formées par lajout dénergie ou de champs dénergie: Les champs dénergie induits (e. g. magnétiques, électriques, électrolytiques et électrostatiques) peuvent provoquer des concentrations localisées et une augmentation de lénergie cinétique et du mouvement dions chargés électriquement, une augmentation de la fréquence de collisions entre cations et anions et une augmentation des conditions favorables à la nucléation et à la formation de précipités de particules colloïdales. Linduction électrique de cathodes dans de leau dure et les champs électriques créés électroniquement ou par pulsation (champ pulsé) peuvent amener les minéraux de la dureté de leau à former des noyaux sous forme de nanocristaux dispersés dans le volume dune solution deau.

19 Formation de nanocristaux de sels de calcium et de magnésium non-dissous (précipités) Voir diapositive suivante pour la suite.

20 Formation de nanocristaux de sels de calcium et de magnésium non- dissous (précipités) (suite) Le dépôt calcaire est retenu puis repoussé. Le carbonate de calcium, qui avait dabord été précipité au pôle négatif, est soulevé et remis en suspension suite au renversement de polarité. Cela a pour résultat la formation de nanocristaux de calcite.

21 Cristallisation à laide dun gabarit (CAB) – Semences de cristaux de CaCO 3 La cristallisation à laide dun gabarit (CAB) utilise un gabarit catalytique appliqué (traité) sur la surface de gains irriguliers dun média polymérique. Le catalyseur active la déstabilisation (lattraction les uns aux autres) des cations de calcium/magnésium ainsi que des carbonate et autre anions en surmontant la résistance de lenveloppe hydratée entourant les ions, qui normalement prévient la formation de cristaux dans leau. La nucléation se produit aux imperfections de lirrégularité sur les surfaces des grains polymériques. Suite à leur croissance, les nanocristaux se détachent des grains et se retrouvent dans le corps de la solution en mouvement.

22 DVGW W 512 Essai de cristallisation à laide dun gabarit (CAB) selon la norme DVGW W 512 à une intensité de puissance superficielle dun élément chauffant de 3,55 Watts par centimètre carré (W/cm 2 ) de la surface de lélément.

23 ATTENTION: LORSQUE LES NANOCRISTAUX NE SONT PAS STABLES ILS PEUVENT RETOURNER EN SOLUTION ET PEUVENT ALORS REFORMER DES DÉPÔTS CALCAIRES.

24 Essai Ariston #4 Essai de PS à une densité de puissance de 3.6 Watt/cm 2 Témoin PS Média

25 Essai Ariston #3 effectué à des diverse densités de puissance superficielle

26 Eau douceTémoinSP Média

27 Conclusions 1 Les appareils de conditionnement (traitement) physique de leau (ACPE) ne sont pas des adoucisseurs deau. Ils ne produisent pas deau douce définie comme ayant une dureté inférieure à 1 gr/gl exprimée en CaCO 3. Les ACPE ne produisent pas deau ayant tous les effets de leau douce ou leau adoucie, incluant labsence de coagulation avec le savon, aucune précipitation à pH élevé, aucun dépôt calcaire, et pas de précipitation lorsquelle est concentrée comme à la surface de membranes dosmose inverse en opération.

28 Conclusions 2 Certains ACPE peuvent réaliser une certaine réduction ou une réduction parteille des dépôts calcaires dans certaines conditions particulières. Lefficacité semble dépendre des conditions de lutilisation, conditions qui ne sont pas entièrement comprises à ce jour. Une théorie plausible réside dans la formation de nanocristaux de précipités calcaires.

29 Conclusions 3 Il appert que les nanocristaux peuvent être de nature précaire et instable, et sujets à se re- dissoudre dans certaines conditions. Les effets du traitement physique de leau peuvent ne pas résister à des situations de stress élevé de création de dépôts calcaires, comme : –Les températures élevées? –Les pH élevés? –Les concentrations élevées de dureté de leau? –Les fluctuations élevées de chaleur sur les surfaces de transfert de chaleur (surfaces chauffantes)?

30 Le rapport dun groupe de travail de la WQA sur les appareils de conditionnement physique de leau (ACPE) a conclu après avoir révisé 106 publications de recherches scientifiques sur ce sujet en 2001 que: Il ny a pas suffisament de connaissances scientifiques pour déterminer lefficacité des technologies de traitement physique de leau dans des applications pratiques de traitement deau, Sans lapport de preuves factuelles des performences revendiquées, comme on pourrait le faire par des essais et la démonstration conforme à une norme et sur un banc dessai sanctionnés par lANSI, des appareils de traitement physique deau destinée à la comsommation humaine. La Water Quality Association maintient que la performance des produits et les avantages revendiqués doivent être appuyés par des données basées sur des faits à partir de tests selon des procédures dessai scientifiquement valables. Cela est un principe du Code déthique de la WQA.

31 Activités récentes

32 La Fondation sur la réutilisation de leau (WRF) A subventionné un projet de recherche sur des alternatives aux adoucisseurs deau par échange dions. HDR Engineering a été choisi comme récipiendaire de ce programme subventionné. Le programme a débuté à lautonme 2009 et sera complété en La subvention sélève à $ US.

33 Développement dune norme IAPMO (IAMPO = International Association of Plumbing and Mechanical Officials = Association internationale des spécialistes en plomebrie et en mécanique) Un groupe de travail sactive présentement à lélaboration dune norme et dun protocole dessai accrédités par lANSI pour les appareils de conditionnement (traitement) physique de leau. Bien que cette norme soit basée sur la norme DVGW, elle diffère en plusieurs points de cette dernière. Plusieurs paramètres ont été finalisés. Le dernier qui doit être finalisé se rapporte à lintensité dénergie des éléments chauffants. Le groupe de travail sattaque sérieusement à cette question.

34 Avez-vous des questions?


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