| |
"Kalkwasser"
- Réacteur à Calcaire : Pour ou Contre
par Lars Sebralla
Conférence
présentée lors des 3èmes Journées Internationales
d'Aquariophilie Marine de Strasbourg, juin 2003
Les
mécanismes fonctionnels et les modes de fonctionnement généraux
de la méthode basée sur le Kalkwasser et du celle du réacteur à
calcaire sont expliquées, confrontées et observées sous l'angle
de la chimie. Ceci permet de faire ressortir les différences et
les problèmes.
Kalkwasser
Pour les aquariophiles marins le Kalkwasser semble très prometteur
et son utilisation être si simple et si peu onéreuse. Si on examine
de plus près la notion de "Kalkwasser", quelques surprises se dégagent.
En réalité, qu'est-ce que le Kalkwasser? On prend de l'hydroxyde
de calcium, on le met dans de l'eau osmosée, on remue plusieurs
fois et on laisse le mélange reposer. Quelque temps plus tard on
ajoute le liquide clair à l'aquarium d'eau de mer. C'est tout? Est-ce
si simple? Que se passe t'il en réalité et qu'est-ce que l'hydroxyde
de calcium pour le non-chimiste? Question sur question qui nécessitent
une réponse.
L'hydroxyde de calcium
 |
|
Hydroxyde
de calcium
aquarium systems
|
De
manière simplifiée l'hydroxyde de calcium est une substance composée
de calcium (Ca), d'oxygène (0) et d'hydrogène (H). L'oxygène et
l'hydrogène sont solidement liés ensemble et donnent un ion hydroxyde
(OH-). Cet OH- est fortement basique (alcalin)
et a un pH de 14. Deux de ces OH- sont solidement liés
avec un cation calcium (CA2+). Le 2 est écrit comme indice
(2). L'hydroxyde de calcium donne donc: Ca(OH)2
En ajoutant de l'hydroxyde de calcium dans l'eau, une partie de
la liaison se dissocie, elle est dissoute. L'hydroxyde de calcium
devient alors un ion calcium (CA2+) et deux ions hydroxyde
(2 OH-) Ce qui donne:
Ca(0H)2
®
CA2+ + 2 OH-
Quelle
est la signification pour l'aquariophile?
La dissolution de l'hydroxyde de calcium est mauvaise dans l'eau.
Pour cette raison il reste toujours de l'hydroxyde de calcium dans
le récipient sous forme de substance solide blanche. Dans la solution
claire se trouvant au- dessus il y a des ions calcium, des ions
hydroxyde et bien sûr de l'eau. Le pH se situe aux environs de 12,45.
Cette solution représente finalement le "Kalkwasser" et contient:
CA2+
+ OH- dans l'eau
Qu'est
ce que le calcaire et où se trouve maintenant le calcaire dans le
Kalkwasser? Le calcaire est une combinaison de calcium (Ca), de
carbone (C) et d'oxygène (0). Un carbone (C) est solidement lié
avec trois oxygène (3 0) et donne ainsi CO32-,
un anion carbonate. Cet anion carbonate augmente la part de carbonate
par exemple dans l'eau. Un cation calcium (CA2+) se trouve
maintenant lié avec un carbonate (CO32-) et
donne le carbonate de calcium ou, comme le dit le langage
populaire, le calcaire. Donc le calcaire c'est: CaCO3
Se pose maintenant la question, qui n'a pas encore eu de réponse
ou tout de même: "Où se trouve le calcaire dans le "Kalkwasser"?
La réponse est proche, il n 'y a pas de calcaire dans le Kalkwasser!
Le calcaire se forme après quelque temps dans le "Kalkwasser". Seulement
lorsque du gaz carbonique (CO2) présent dans l'air, arrive
à la surface du "Kalkwasser" , celui-ci est littéralement absorbé
et forme ensuite du calcaire. Celui-ci n'est pas soluble dans le
"Kalkwasser" et donne également un résidu blanc. Pour cette raison
le "Kalkwasser" ne doit pas être conservé ouvert, mais dans un récipient
qu'il est possible de fermer, par exemple un bidon. Lorsque le "Kalkwasser"
(la solution claire) est utilisée, on rajoute de l'eau osmosée sur
le résidu. Après un certain temps le résidu est échangé et on utilise
de l'hydroxyde de calcium neuf, car on se trouve en présence de
plus en plus de calcaire indissoluble et toujours de moins en moins
d'hydroxyde de calcium. En ajoutant la solution translucide d'hydroxyde
de calcium, c'est à dire les ions calcium (CA2+) et les
ions hydroxyde (OH-) à l'aquarium d'eau de mer, il se
produit une réaction avec le gaz carbonique (CO2) dissous
dans l'eau, de manière simplifiée il se produit du carbonate hydrogéné
de calcium (= carbonate de calcium) (Ca(HCO3)2)' donc:
Ca2+
+ 2 OH- + 2 CO2
¯
Ca(HCO3)2
Le
carbonate hydrogéné de calcium n'est pas stable et se dissocie en
un ion calcium (CA2+) et un ion carbonate hydrogéné ou
hydrogénocarbonate (= bicarbonate) , (HCO3-),
donc:
Ca(HCO3)2
®
CA2+ + 2 HCO3-
Étant
en présence d'un pH alcalin, l'ion hydrogénocar- bonate (HCO3-)
réagit avec un ion hydroxyde (OH-). Il se produit maintenant un
ion carbonate (CO32-) et de l'eau, donc:
HCO3- + OH- " CO32-+
H2O
La
part de carbonate augmente alors dans l'aquarium. L'augmentation
dépend en priorité de la valeur du pH et de la quantité de gaz carbonique
présent dans l'eau de l'aquarium. Ce qui est appelé "Kalkwasser"
ne se compose donc que d'ions calcium et d'ions hydroxyde et n'a
rien à voir avec du calcaire. Seulement au moment où la solution
translucide d'hydroxyde de calcium est ajoutée à l'aquarium, il
se produit en finalité du carbonate. Un contrôle exact de la proportion
de carbonate est à peine possible, car il dépend surtout de la teneur
en gaz carbonique présent dans l'eau.
Considérons
maintenant le réacteur à calcaire.
 |
Réacteur
à calcaire rc 1000
aquavie
|
Dans
ce cas l'aquariophile pense le plus souvent à appareils très coûteux,
compliqués et surtout très chers. Il ne doit pas y avoir ici de
comparaison de produits, mais uniquement un exposé des principes
de base. En examinant de plus près la notion de "réacteur à calcaire",
on est également l'objet de quelques surprises. Qu'il soit acheté
ou de construction personnelle, on entend souvent des problèmes
comme la dureté carbonatée n'augmente pas (aujourd'hui: capacité
d'acidification jusqu'à 4,3), pas assez de calcium, le pH chute,
etc. Mais en réalité le réacteur à calcaire est sensé fonctionner
sur la base d'un principe si simple. "On ajoute de l'acide carbonique
dans un récipient (réacteur) rempli d'un substrat, et au bout ressort
une solution contenant... ?"
Ceci n'est pas représenté aussi simplement, mais de plus également
faux. Pour cette raison, allons-y pas par pas.
Le but d'un réacteur à calcaire est de dissocier en son intérieur
le substrat en ses éléments individuels, donc de le dissoudre. Ceux-ci
parviennent ensuite dans l'aquarium d'eau de mer. Le réacteur à
calcaire est rempli avec un substrat qui doit contenir du calcaire
(CaCO3). Le calcaire se dissout légèrement dans des solutions
acides, tandis le calcaire se présente sous forme de substance solide
blanche dans des solutions alcalines. Étant donné qu'un aquarium
d'eau de mer présente le plus souvent un pH alcalin compris entre
7,7 et 8,3, le substrat ne se dissout pas. Pour cette raison le
pH dans le réacteur doit être amené dans une zone acide (inférieure
à 7). Ceci ne peut pas être effectué dans l'aquarium, mais a lieu
dans le réacteur à calcaire. Afin de diminuer le pH dans le réacteur,
on ajoute du dioxyde de carbone (CO2) sous forme de gaz
(et pas d'acide carbonique !). Le gaz carbonique (CO2)
est dissous dans l'eau (H2O). Il en résulte de l'acide
carbonique, donc:
CO2
+ H2O ®
H2CO3
Cette
réaction ne transforme pas encore le pH. Mais l'acide carbonique
est très instable et se dissocie simplement en un acide (H+)
et en un hydrogénocarbonate (= bicarbonate) (HCO3-),
donc:
H2CO3
®
H+ + HCO3-
Maintenant
si l'acide est disponible (H+), le pH dans le réacteur
est abaissé. Si le pH est assez faible, le substrat se dissout lentement.
Le calcaire insoluble (CaCO3) est à présent simplement
transformé par l'acide (H+) en du bicarbonate de calcium
soluble (Ca(HCO3)2)
CaCO3 + H+ ®
Ca(HCO3)2 (très simplifié)
Le
carbonate de calcium n'est pas stable et se dissocie en : un ion
calcium (CA2+) et un ion bicarbonate (HCO3-)
donc:
Ca(HCO3)2
®
CA2+ + 2 HCO3-
Ainsi
des ions calcium (CA2+) et des ions bicarbonates (HCO3-)
quittent le réacteur à calcaire et pénètrent dans l'aquarium d'eau
de mer... 1
Etant donne qu'un pH alcalin est présent dans l'aquarium
d'eau de mer, l'ion bicarbonate (HCO3-) réagit
avec un ion hydroxyde (OH-), qui est présent en masse
dans l'aquarium. Il en résulte alors un ion carbonate (CO32-)
et de l'eau (H2O), donc:
HCO3-
+ OH- ®
CO32- + H2O
Désormais
la quantité de carbonate augmente aussi dans l'aquarium. Des substrats
sont dissous dans le réacteur à calcaire. Afin d'accélérer la dissolution,
une vitesse de circulation importante dans le réacteur
s'avère nécessaire. Dans des réacteurs trop grands (diamètre supérieur
à 12 cm) il faut utiliser des pompes très puissantes (plus de 2500
litres par heure), afin de maintenir une vitesse de circulation
très importante. Même l'utilisation d'un substrat fin (< à 7
mm) mène à une importante réduction de la vitesse de circulation
dans le réacteur à calcaire. Le substrat présente certes une surface
plus importante à l'attaquë de l'acide, mais si le débit est trop
faible, de petites bulles s'accumulent dans le substrat et donnent
de grosses bulles. En ces endroits le substrat peut à peine être
dissou. Dans certains réacteurs le substrat se soulève même et une
grosse bulle devient visible.
Il est facile de tester chaque réacteur à calcaire de manière simple.
Secouez légèrement votre réacteur. Des bulles de gaz montent-elles
du substrat ? la vitesse de circulation est trop faible et le réacteur
ne fonctionne pas à 100 %. Dans de tels cas il convient de remplacer
le substrat par un matériau plus grossier, étant donné que du gaz
carbonique ne peut s'y accumuler.
Il n'y aurait pas de petites bulles de gaz qui remonteraient, vous
pouvez vérifier le rendement maximal du réacteur de la manière suivante.
Fermez le retour du réacteur à calcaire vers l'aquarium. L'apport
de CO2 n'est pas modifié. Désormais le pH continue à
chuter dans le réacteur et de plus en plus de substrat se dissout.
L'eau s'enrichit en ions calcium (CA2+) et en ions bicarbonates
(HCO3-). L'eau dans le réacteur est transparente. Subitement
ceci se modifie et le réacteur entier est blanc (présente l'aspect
du lait). Si cela ne devait pas se produire, mais si des bulles
de gaz se fixent dans le substrat, lesquelles deviennent visibles
suite à un léger secouement, il faut agir comme cela a été décrit
plus haut.
Pourquoi le réacteur se colore-t'il subitement en blanc? Comme de
l'eau provenant de l'aquarium ne peut pénétrer dans le réacteur,
le retour vers l'aquarium est donc fermé, plus de calcaire qu'il
n'est en fait possible se trouve dissous dans l'eau. Cet excédent
précipite subitement en quelques secondes sous la forme d'une substance
solide blanche, le calcaire (CaCO3) (Sursaturation).
Maintenant le réacteur est utilisé à 100 %. A ce moment on ouvre
le retour vers l'aquarium et dès que le réacteur est éclairci, il
est possible de mesurer la quantité de calcium, le KH (dureté carbonatée)
et le pH. Des quantité de calcium supérieures à 1.500 mg/L et une
dureté carbonatée supérieure à 80 ne constituent pas une rareté.
Par la variation de la quantité retournée vers l'aquarium et celle
de gaz carbonique (CO2) dans le réacteur à calcaire il
est désormais possible de régler le KH, la valeur du calcium et
du pH favoris.
Exemple: Peu de CO2 et retour important vers l'aquarium
a pour conséquence une dissolution faible du substrat (peu de CA2+
et faible KH), parce que la valeur du pH dans le réacteur est plus
élevée. Beaucoup de CO2 et un retour faible a pour conséquence
une dissolution importante du substrat (beaucoup de CA2+
et de KH) ), parce que la valeur du pH dans le réacteur à calcaire
est plus faible. Ainsi la valeur du pH dans le réacteur à calcaire
a t'il une influence très importante sur la vitesse de dissolution
du substrat. Si on utilise maintenant un substrat, qui se compose
de calcaire pur (qualité laboratoire), seuls des ions calcium (CA2+)
et des ions bicarbonates (HCO3-) sont dirigés vers l'aquarium.
Si on utilise par exemple des débris coralliens, des substances
nocives comme les phosphates, l'aluminium et de l'acide silicique
sont libérés en plus et s'accumulent dans l'eau. Il faut signaler
que souvent bien plus de phosphates ne parviennent dans l'aquarium
par la dissolution du sable de corail que l'on ne pense. Des analyses
ont démontré que jusqu'à 1600 mg de phosphates pouvaient être libérés
par kilo de sable de corail. Des matériaux alternatifs sont
souvent plus propres que le sable de corail.
Le réacteur à calcaire enrichit l'eau de l'aquarium avec des ions
calcium (CA2+) et des ions bicarbonates (HCO3-).
Par l'addition de bicarbonates la valeur du pH se trouve augmentée
et stabilisée. Lors de l'utilisation de débris de coquillages des
phosphates et des silicates sont en outre introduits. Des matériaux
alternatifs aident dans ce cas à réduire les apports de substances
nocives.
Il est possible de mettre en place sans problème les valeurs de
KH et de calcium souhaitées dans un aquarium d'eau de mer avec un
réacteur à calcaire. Dans l'eau de mer naturelle le KH se situe
aux environs de 8 et la quantité de calcium aux environs de 420
mg/L. Des valeurs de KH de 14 et des quantités de calcium allant
jusqu'à 550 mg/L peuvent être atteints sans difficulté avec un réacteur
à calcium, par exemple dans un bac de scléractiniaires.
Problèmes lors de l'utilisation de Kalkwasser et d'un réacteur
à calcaire
Après avoir évoqué les fonctions et l'efficacité, nous allons aborder
quelques problèmes généraux.
Problème de pH avec un réacteur à calcaire
L'eau de retour d'un réacteur à calcaire possède un pH acide (p.
ex. 6,2) et ainsi un excédent en acide (H+), sinon le
pH ne se situerait pas en-dessous de 7. Désormais on peut conclure
que, si une eau avec par exemple un pH de 6.2 goutte dans une eau
d'un aquarium d'eau de mer qui a un pH de par exemple 8.1, la valeur
du pH dans l'aquarium peut chuter. Conclusion possible: le
pH de l'eau provenant du réacteur doit être augmenté, avant qu'elle
ne parvienne dans l'aquarium. Parmi les possibilités il y a par
exemple l'aération extra de l'eau, avant qu'elle ne parvienne dans
l'aquarium ou faire passer l'eau à travers un écumeur. De cette
façon le gaz carbonique se trouve expulsé.
Mais est-ce raisonnable? Que se passe t'il lors d'une augmentation
du pH de l'eau provenant en retour du réacteur à calcaire? Avec
sa valeur de pH en sortie, l'eau a acquis la quantité maximale d'ions
calcium (CA2+) et d'ions bicarbonate (HCO3-),
lorsque le réacteur à calcaire est réglé de façon optimale. Maintenant
le pH est augmenté. Comme déjà signalé, le calcaire se dissout en
eau acide et en milieu alcalin, le calcaire précipite comme substance
solide blanche. Si la valeur du pH de l'eau de retour est augmentée,
moins de calcaire peut ainsi être dissous et ainsi l'excédent précipite
sous forme de substance solide blanche. Il est possible de le constater
soit comme précipipité blanc dans le récipient, là où l'eau est
aérée soit dans le récipient à écume de l'écumeur sous forme d'un
résidu blanc comme la neige. Une augmentation du pH de l'eau de
sortie du réacteur à calcaire pourvoit à une précipitation du cal-caire
dissous auparavant. L'efficacité du réacteur à calcaire se trouve
ainsi partiellement neutralisée. Il ne faut pas augmenter la valeur
du pH.
Mais que se passe-t'il si l'eau acide de retour goutte (sans couler
!) dans l'aquarium d'eau de mer, qui a un pH de par exemple 8.1
? Dans ce cas se produit-il également une précipitation de calcaire?
Le retour doit toujours se faire dans le courant. Par la répartition
immédiate d'une goutte individuelle dans beaucoup de litres d'eau
de l'aquarium la précipitation est largement empêchée, puisque la
quantité en ions calcium (CA2+) et en ions bicarbonates
(HCO3-) se répartit dans l'aquarium entier et n'est plus
aussi concentrée que lors de la sortie du réacteur à calcaire.
Utilisation simultanée du réacteur à calcaire et du "Kalkwasser"
Certains aquariums d'eau de mer fonctionnent avec un réacteur à
calcaire et en même temps l'eau de compensation de "Kalkwasser".
Et malgré cela la valeur du KH et/ou celle du calcium dans l'aquarium
ne sont pas suffisants. A quoi cela peut-il être dû ? Les appareils
sont-ils trop petits ou d'autres facteurs jouent-ils également un
rôle? Comme modèle il faut se représenter un aquarium d'eau de mer
(pH 8) en tant que récipient, dans lequel un réacteur à calcaire
a donné un ion calcium (CA2+) et un ion bicarbonate (HCO3-).
L'ion bicarbonate va rapidement être transformé en un ion carbonate
(CO32-), voir plus haut. Les deux ions sont
complètement libres et jusqu'à ce qu'ils se rencontrent et forment
de nouveau du calcaire (CaCO3), cela nécessite beaucoup
de temps.
A présent arrivent à partir du Kalkwasser par exemple 100 ions calcium.
Dans le récipient se trouvent désormais 101 ions calcium (CA2+)
et un ion carbonate (CO32-). Maintenant il
est vraisemblable, qu'un ion calcium trouve l'ion carbonate beaucoup
plus grand et ainsi le calcaire précipite beaucoup plus vite. Cet
effet peut aussi être observé lorsque le "Kalkwasser" est ajouté
directement, manuellement dans l'aquarium. Alors, l'endroit de l'entrée
se colore pour peu de temps en blanc. Par l'utilisation simultanée
d'un réacteur à calcaire et de "Kalkwasser" le carbonate présent
dans l'aquarium est précipité sous forme de calcaire et n'est plus
disponible pour les coraux. Le "Kalkwasser" se trouve en contradiction
avec le réacteur à calcaire.
Ainsi
il faut utiliser seulement une méthode, "Kalkwasser"
ou réacteur à calcaire, ce dernier permettant une régulation exacte
du KH et du calcium.
Dipl.-lng.
(FH) Lars Sebralla
www.lars-sebralla.de
|
| | |
|
|
|
|
|
© RECIF FRANCE - Tous
droits réservés. Récif onLine V3.0
Association Française des Amateurs d'Aquariophilie Marine et Récifale.
Editeur
des Lettres
Récifales, seule publication bimestrielle
de langue française consacrée exclusivement à l'aquariophilie marine
et récifale.
Mentions légales
|
