Comment comprendre la qualité de l'eau en fonction de la relation entre sa dureté et son alcalinité ?
La dureté et l'alcalinité des eaux naturelles sont des indicateurs importants de leur qualité. La dureté fait principalement référence à la concentration totale d'ions calcium (Ca²⁺) et magnésium (Mg²⁺) dans l'eau, tandis que l'alcalinité est principalement déterminée par les ions bicarbonate (HCO₃⁻). Le rapport entre ces deux paramètres influe directement sur la composition en sels dissous et reflète donc les propriétés chimiques du milieu aquatique. Selon ce rapport, on distingue trois situations :
1. L'alcalinité est supérieure à la dureté (en mol/L)
Lorsque la concentration en HCO₃⁻ dans l'eau dépasse la moitié de la concentration totale en ions calcium et magnésium (c.-à-d. HCO₃⁻ > ½(Ca²⁺ + Mg²⁺)), l'alcalinité est nettement supérieure à la dureté. Dans ce cas, les ions calcium et magnésium se combinent préférentiellement avec les bicarbonates pour former du bicarbonate de calcium (Ca(HCO₃)₂) et du bicarbonate de magnésium (Mg(HCO₃)₂). Les ions HCO₃⁻ restants se combinent avec des cations monovalents tels que le sodium (Na⁺) et le potassium (K⁺) pour former du bicarbonate de sodium (NaHCO₃) et du bicarbonate de potassium (KHCO₃).
Dans ce cas, la dureté de l'eau est entièrement due aux bicarbonates, et il n'y a pas de dureté non carbonatée (comme celle due aux sels de calcium et de magnésium sous forme de sulfates ou de chlorures). De plus, la différence entre l'alcalinité et la dureté correspond à la concentration en bicarbonates de sodium et de potassium. Cet excès d'alcalinité est appelé « dureté négative » ou « excès d'alcalinité », ce qui signifie qu'il y a un surplus de bicarbonates dans l'eau qui n'est pas consommé par le calcium et le magnésium.
2. L'alcalinité est égale à la dureté (en mol/L)
Lorsque la concentration en HCO₃⁻ est exactement égale à la moitié de la concentration totale en ions calcium et magnésium (soit HCO₃⁻ = ½(Ca²⁺ + Mg²⁺)), les ions calcium et magnésium se combinent tous avec le bicarbonate pour former du bicarbonate de calcium et du bicarbonate de magnésium. À ce moment-là, les ions sodium et potassium ne peuvent pas former de bicarbonate, mais se combinent avec les ions sulfate (SO₄²⁻) ou chlorure (Cl⁻) pour former des sels neutres tels que le sulfate de sodium (Na₂SO₄), le sulfate de potassium (K₂SO₄), le chlorure de sodium (NaCl) ou le chlorure de potassium (KCl).
Dans ce cas, l'eau ne présente ni excès d'alcalinité (dureté négative), ni dureté non carbonatée. La dureté et l'alcalinité sont parfaitement équilibrées, ce qui indique que les concentrations de calcium et de magnésium sont juste neutralisées par les bicarbonates, et que les autres anions ne se combinent qu'avec le sodium et le potassium.
3. L'alcalinité est inférieure à la dureté (en mol/L)
Lorsque la concentration en HCO₃⁻ est inférieure à la moitié de la concentration totale en ions calcium et magnésium (c’est-à-dire HCO₃⁻
(1) Eau dure calcique (forte proportion de Ca²⁺)
Si la concentration en ions calcium est élevée (½Ca²⁺ > HCO₃⁻), les bicarbonates se combineront préférentiellement avec le calcium pour former du bicarbonate de calcium, et les ions calcium restants se combineront avec les sulfates pour former du sulfate de calcium (CaSO₄). Parallèlement, les ions magnésium n'étant pas complètement neutralisés, ils seront présents sous forme de sulfate de magnésium (MgSO₄). Dans ce cas, l'eau présente une dureté non carbonatée marquée (due notamment aux sulfates de calcium et de magnésium), mais le bicarbonate de magnésium (Mg(HCO₃)₂) est totalement absent.
(2) Eau dure magnésienne (le Mg²⁺ représente une proportion importante)
Si la concentration en ions magnésium est élevée (½Ca²⁺
Dans les deux cas, tant que l'alcalinité est inférieure à la dureté, une dureté non carbonatée doit exister dans l'eau, et les bicarbonates de sodium et de potassium (tels que NaHCO₃) disparaissent complètement.
Résumé et analyse :
En comparant la relation entre la dureté et l'alcalinité, nous pouvons clarifier la composition et la source des sels présents dans l'eau :
Alcalinité > Dureté : Le calcium et le magnésium présents dans l'eau existent sous forme de bicarbonate, accompagnés de bicarbonate de sodium et de potassium (dureté négative).
Alcalinité = Dureté : Les bicarbonates de calcium et de magnésium sont complètement neutralisés, et d'autres sels sont formés par les ions sodium, potassium et sulfate ou chlorure.
Alcalinité