Évaluation gravimétrique des vitesses d'entartrage sur tubes témoins

Gravimetric évaluation of scaling kinetics on tubes

LM3 - UMR CNRS 8006, Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers, 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 entratrages 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 de milligramme.

Abstract

The progress accomplished the field of scaling research during the past two decades concerns especially the mechanisms of scaling formation and the accelerated tests. The development of electrochemical methods for the scaling study has marked a decisive turning point for characterizing parameters influencing the encrustation of calcium carbonate. Moreover these methods allowed to obtain results very quickly, in about ten minutes or less if we use brushed electrodes and this is true as well with hot water as with cold water. Nevertheless, these methods present some drawbacks. The first one is that they can be only applied to conducting materials or materials transformed into conductors. They are consequently, in practice, reserved to metallic materials. The second drawback is related to the fact that on the interface metal/water the pH is extremely high during the test. Thus, we are no more in the realistic thermodynamic conditions of scaling. Since then, other methods have been developed, especially the method of Rapid Controlled Precipitation (RCP). This method allowed to study the process of nucleation-growth of calcium carbonate. In this way, the RCP permitted to discriminate two waters of same chemical composition but of different scaling capacity. However, this method only allows to characterize the water used. So it was necessary to transpose the RCP in an other test where the influence of the surface of any material, conducting or not, can be considered during scaling process. These different requirements are intergrated in the gravimetric method proposed in this study. Thus, we get a method which is an accelerated one and, in the same time, a realistic one regarding to the thermodynamic conditions in the real world scaling phenomenon. Materials used in this method are tubes of various types with a diameter of about 0.5 inch and a length of 10 cm. Thus these tubes can be weighted easily on an accurate balance. The device of the method has been specially designed so that the test water starts slightly to precipitate in a buffer tank. In this way we can simulate a hot water circuit where scaling conditions are generally fulfilled.