Un procédé à anode active d'ion de zinc pour lutter contre le calcaire et la corrosion

Les dépôts incrustants de calcaire et la corrosion dans les réseaux d'eau ont de tous temps été la cause de dysfonctionnements graves et parfois de pertes d'exploitation importantes. 

 A domicile, chacun d'entre nous a pu constater, à un moment ou à un autre, les ravages que causent à long terme les dépôts incrustants de calcaire dans les tuyaux d'eau courante, dans les chauffe-eaux, les réservoirs d'eau chaude, les machines à laver, les cafetières automatiques et les bouilloires. 

 Les dégâts sont tout aussi importants mais plus coûteux encore dans l'industrie puisque ces dépôts se retrouvent dans les échangeurs de chaleur, les réservoirs d'eau chaude, les circuits de refroidissement et parfois même au cœur des procédés de fabrication, entraînant dysfonctionnements, pannes et dans certains cas, des pertes d'exploitation qui peuvent s'avérer considérables.

Lorsqu'ils ne sont pas à l'origine de pannes ou de dysfonctionnements détectables, ces dépôts calcaires provoquent une réduction des échanges thermiques entre l'eau de chauffage ou l'eau industrielle et la source de chaleur causant de substantielles hausses de consommation d'énergie avec une nette diminution des rendements de l'installation. 

Ainsi, 1 mm de calcaire sur la surface de serpentins de chauffage équivaut à une perte énergétique de 10 % et 3 mm de 35 %... La corrosion, due à l'attaque par l'oxygène et d'autres substances corrosives des parois internes des conduites, constitue une autre menace à ne pas négliger puisqu'elle peut aller jusqu'à des ruptures de circuits ou de canalisations. Bien souvent, le processus de calcification et de corrosion est tellement avancé quand il est détecté qu'un changement des canalisations est inévitable. Des solutions existent qui permettent de se prémunir contre ces phénomènes.

L’adoucissement de l'eau à l'aide de résines chimiques régénérées avec du sel est la plus connues. Efficace, elle nécessite cependant une maintenance suivie et une alimentation régulière en consommables qui peut être ressentie comme fastidieuse. 

Il existe également d'autres procédés physiques plus ou moins efficaces basés sur des antitartres électriques, électroniques ou magnétiques, qui consistent à transformer le calcaire incrustant en calcaire non incrustant. Mais outre qu'ils consomment de l'énergie, leur taux de conversion est souvent inférieur à 50% et leur efficacité limitée à une eau de 30°f de dureté. Une autre solution basée sur une expérience de 20 années au niveau international et promue par des sociétés telles qu'Aquabion France est basée sur une réaction micro-électrolytique à anode active de zinc.

Une réaction micro-électrolytique à anode active de zinc

Fondée en 2005 et basée à Colmar, Aquabion commercialise en France et dans les pays de Maghreb le procédé développé par la société Ion® Deutschland GmbH, dont le siège est situé à Düsseldorf.

 Ce procédé repose sur un traitement galvanique à anode active de zinc qui permet de minimiser les dépenses d'entretien des installations classiques. « Simple à mettre en œuvre, ne nécessitant ni réglage, ni entretien, ni produit chimique, ni consommable, ni alimentation électrique, ni aimant, il présente l'avantage de rester actif quelle que soit la dureté de l'eau dont il conserve la minéralité» souligne Martine Heinrich, d'Aquabion France.

 Ce procédé, baptisé Aquabion®, a été développé pour détartrer les installations anciennes en douceur, éviter les nouveaux dépôts de tartre, neutraliser la corrosion dans les canalisations tout en préservant les qualités essentielles de l'eau. Son fonctionnement repose sur le principe galvanique d'une anode sacrificielle en zinc qui se consomme lorsque se déclenche une micro-électrolyse suite au passage de l'eau dans l'appareil associée au fait que l'AB est constitué par deux métaux différents (zinc et laiton).

Cet appareil abrite une anode active en zinc d'une grande pureté et plusieurs corps de tourbillonnements en « Nirosta », un acier inoxydable spécial, qui comportent un certain nombre de passages aménagés de façon à créer un effet de turbulences qui induisent un effet autonettoyant sur l'anode active.

La réaction électrolytique entre l'anode de zinc et le corps en laiton de l'AB crée une différence de potentiel qui varie de 0,7 à 1 volt au niveau des surfaces. Cette énergie entraîne une libération d'ions de zinc et la modification cristalline des carbonates de calcium et de magnésium ce qui constitue la base du traitement. Ceci provoque une agglomération du calcaire et du magnésium contenus dans l'eau autour de l'ion de zinc libéré qui constitue un noyau de cristallisation. Cette agglomération permet la transformation de plus de 98% du calcaire sous forme dure et incrustante (calcite) en une forme molle et amorphe (aragonite). Le calcaire reste présent dans l'eau, mais a une taille bien supérieure et est insoluble. Le volume plus important de ces particules facilite leur évacuation par l'eau.

Dans le réseau de conduites, la tendance du calcaire à adhérer aux parois est alors considérablement réduite. De plus, combinées au courant de l'eau, ces particules ont un effet abrasif permanent sur les incrustations existantes, qui sont alors à leur tour emportées par l'eau. Le Zinc étant plus réducteur que les métaux constituant habituellement les conduites' (Fer, cuivre, plomb), il va se « corroder » à la place de ces métaux. Les conduites seront donc préservées'

C’est l'effet anticorrosion de l'Aquabion. L’intérieur des canalisations va également être protégé grâce au dépôt d'une fine pellicule protectrice de calcaire (patina). Au delà de son action sur le tartre et la corrosion, d'autres effets ont pu être observés. Certains sont liés aux effets anticorrosion et antitartre et permettent de lutter contre la formation de biofilms par exemple. Le fait d'utiliser moins de stabilisateurs de dureté permet également de supprimer les substances nutritives des algues, une problématique constante dans les piscines ou fontaines. Du coup, le procédé trouve un large spectre d'applications.  

Un large spectre d'applications

Simple à mettre en œuvre, le procédé Aquabion® trouve de nombreuses applications aussi bien en domestique, qu'en collectivités et dans l'industrie. « En collectivités, ou il est apprécié pour son absence d'entretien, on le trouve ainsi aussi bien dans les hôtels que dans les établissements de santé ou les maisons de retraite » précise Martine Heinrich. Dans le tertiaire, le procédé équipe également une grande diversité d'applications comme par exemple certaines chaines de pressings ou il traite l'ensemble des eaux, des stations services ou encore des aéroports. Dans l'industrie, les applications de l'Aquabion® sont également nombreuses puisqu'on le trouve au sein des circuits, d'échangeurs de chaleur ou de tours aéroréfrigérées.

Le fonctionnement normal d'une tour de refroidissement entraine en effet une concentration des sels minéraux dans l'eau de la boucle de circulation suite à l'évaporation d'une partie de l'eau, avec pour conséquence la précipitation du calcaire dans les échangeurs du circuit, sur les cloisons de la tour, dans le packing, le dévésiculeur et en fond de tour.

En général, des produits antitartres sont ajoutés en continu avec pour effet de retarder la précipitation du calcaire en déplaçant le seuil de solubilité des carbonates de calcium et de magnésium, ainsi que des sulfates de calcium et de magnésium.

Mais ces inhibiteurs de calcaires contiennent des phosphates qui, à leur tour, favorisent la prolifération d'algues' Des injections périodiques de chlore ou de brome sont également effectuées pour lutter contre le développement bactérien et en particulier des légionelles. L'eau d'appoint dans la tour doit compenser les pertes par évaporation et par les purges de déconcentration.

L'eau de circulation se concentre ainsi en sels minéraux malgré la déconcentration automatique en fond de la tour. Si l'on ne souhaite pas obtenir un taux de concentration trop important avec les effets que l'on connaît, il est fondamental, d'adoucir initialement l'eau d'appoint. Mais dans ce cas, il faudra alors rajouter également des produits chimiques anticorrosion. Le coût annuel devient dès lors vite prohibitif d'autant qu'il n'évite pas un entretien annuel de la tour et des échangeurs.

L’alternative consiste alors à traiter l'eau de la boucle de circulation et l'eau d'appoint par un procédé galvanique tel qu'Aquabion®. En plus de son rôle antitartre et anticorrosion, il permettra de lutter indirectement contre la prolifération des légionelles en éliminant le biofilm, substrat avéré de développement et évitera également la prolifération d'algues. L’aragonite, résultante de la transformation de la calcite dure et entartrante se concentrera au fond de la tour et sera éliminée par les purges de déconcentration. « Actuellement, en France, une quarantaine de tours aéroréfrigérantes sont équipées du procédé » estime Martine Heinrich, d'Aquabion France.

Pour faire face à ces vastes palettes d'applications, l'entreprise a développé une large gamme d'appareils bénéficiant tous d'une attestation de conformité sanitaire allant du DN 10 au DN 1000 et qui permet de traiter de 0,15 m3/h à plus de 10.000 m3/h. Elle est distribuée par large réseau de concessionnaires et de distributeurs qui en assurent l'installation conformément aux préconisations du constructeur.