Calculateur d’entartrage / de solubilité du carbonate de calcium
Explorez une courbe illustrative de saturation en calcite en faisant varier la température, le pH, l’alcalinité, le calcium et le NaCl de fond supplémentaire. Consultez la formulation en sels correspondante et les contre-ions associés.
Paramètres de votre eau
Déplacez un curseur ou saisissez une valeur.
La température maximale dépend de la salinité et de la pression de fonctionnement. Le curseur s’arrête à 0,5 °C en dessous du point d’ébullition.
Réglage proposé : ajuster le CO₂ dissous à alcalinité constante. L’ajout ou le retrait de CO₂ nécessaire n’est pas calculé dans cette version de démonstration.
Exprimée en mg/L équivalents de CaCO₃. Dans ce mode à réglages indépendants, l’alcalinité est apportée par le NaHCO₃ ; voir l’explication ci-dessous.
Saisissez une valeur en mg/L exprimés en Ca. Le CaCl₂ apporte un ion Ca²⁺ et deux ions Cl⁻ ; le chlorure correspondant est inclus dans la formulation en sels ci-dessous.
NaCl supplémentaire, en plus du chlorure provenant du CaCl₂ et du sodium provenant du NaHCO₃. Il ne s’agit pas de la totalité des sels dissous.
Paramètres avancés
Valeur atmosphérique par défaut : 1,013 bar(a). Explorez le fonctionnement sous vide ou sous pression (0,2–5 bar(a)).
Température plafond du prototype : 150 °C. Le plafond de la version de production doit être établi à partir de données de modèle validées.
Eau déminéralisée + CaCl₂ + NaHCO₃ + NaCl supplémentaire.
Réglez le pH en ajustant le CO₂ dissous ; le calcium et l’alcalinité finale restent aux valeurs cibles sélectionnées.
Où se situe votre eau ?
Seuil de calcium en fonction de la température · calcite (CaCO₃)
Courbe bleue : calcium à saturation en calcite · Courbe grise en pointillés : sans NaCl supplémentaire · Point foncé : votre eau · Ligne brune : limite d’ébullition
La température plafond varie selon la pression et la salinité, dans la plage du prototype.
Estimation à titre illustratif uniquement · l’évaporation et les variations de concentration ne sont pas simulées.Qu’est-ce qui accompagne votre calcium et votre alcalinité ?
Ajouts stœchiométriques de sels par litre de solution finale, avant toute précipitation. Les masses de sels ci-dessous sont calculées pour du CaCl₂ anhydre et du NaHCO₃ pur.
| Source | Quantité de sel | Ion accompagnateur |
|---|---|---|
| CaCl₂ → Ca²⁺ + 2 Cl⁻ | 221.5 mg/L | 141.5 mg/L Cl⁻ |
| NaHCO₃ → Na⁺ + HCO₃⁻ | 251.8 mg/L | 68.9 mg/L Na⁺ |
| NaCl supplémentaire | 2000.0 mg/L | 786.8 mg/L Na⁺ + 1213.2 mg/L Cl⁻ |
Total issu de cette recette : sodium 855.7 mg/L exprimés en Na · chlorure 1354.7 mg/L exprimés en Cl.
Hypothèse concernant le pH : L’ajout ou le retrait de CO₂ modifie le carbone inorganique et le pH sans modifier directement l’alcalinité dans le système carbonaté idéal. Cet aperçu ne calcule ni le besoin en CO₂ ni la spéciation des carbonates. Un ajustement par un acide fort ou une base forte nécessiterait de tenir compte de la modification de l’alcalinité et des contre-ions associés.
Ce qui est calculé ici : uniquement les masses de sels et leurs apports en sodium et en chlorure. Les ajouts de sels spécifiés respectent l’équilibre des charges, mais un calcul complet de l’équilibre et du bilan des charges en solution aqueuse reste nécessaire. Ces contre-ions ajoutés ne sont pas encore pris en compte dans la courbe illustrative de saturation ni dans l’estimation du point d’ébullition.
« Exprimé en CaCO₃ » désigne une unité d’expression du résultat, pas nécessairement le sel ajouté
L’alcalinité mesure la quantité d’acide que l’eau peut neutraliser. L’exprimer en mg/L exprimés en CaCO₃ permet de rapporter cette capacité de neutralisation des acides à une base d’équivalence commune. Cela n’indique pas la quantité de calcium présente et ne signifie pas que du carbonate de calcium solide a été ajouté.
Ajuster indépendamment le calcium et l’alcalinité
Le calcium est apporté sous forme de CaCl₂ et l’alcalinité par le NaHCO₃. Leurs apports en chlorure et en sodium figurent dans le tableau de la recette. Cela vous permet d’explorer les variations de calcium sans modifier automatiquement l’alcalinité, et inversement.
Le calcium et l’alcalinité doivent varier ensemble
Chaque quantité de 100 mg/L de CaCO₃ effectivement dissoute apporte environ 40 mg/L de calcium exprimés en Ca et 100 mg/L d’alcalinité exprimés en CaCO₃. L’ajout de 100 mg/L de solide ne garantit pas sa dissolution complète.
Ajouter du calcaire / CaCO₃
Un mode distinct pourrait prendre en entrée une dose de calcaire et calculer la quantité qui se dissout, en reliant le calcium et l’alcalinité. Ce calcul nécessite un modèle validé prenant en compte le pH, la disponibilité du CO₂ et l’équilibre minéral ; il n’est pas implémenté dans cet aperçu.
Dans une eau contenant du CO₂, la dissolution du calcaire peut être représentée par CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻. L’ajout ou le retrait de CO₂ seul ne modifie pas directement l’alcalinité dans le système carbonaté idéal ; en revanche, la dissolution ou la précipitation de CaCO₃ la modifie. Le curseur de pH actuel suppose un ajustement du CO₂, mais ne calcule pas la quantité de CO₂ nécessaire.
Informations de référence : USGS · Alcalinité et spéciation des carbonates · USGS · Expression de l’alcalinité et composition de la solution
Trois points à retenir
Relations à explorer · valeurs illustratives, et non prédictions validées.
Un pH plus élevé peut favoriser l’entartrage par les carbonates
À concentration en calcium et alcalinité identiques, une hausse du pH peut augmenter la proportion de carbonates et la tendance à atteindre la saturation en calcite.
Les deux aspects de la chimie comptent
Une augmentation de la concentration en calcium ou de l’alcalinité carbonatée peut rapprocher un échantillon de la saturation. L’alcalinité « exprimée en CaCO₃ » utilise une unité d’expression du résultat ; elle ne représente pas une concentration de carbonate de calcium dissous.
Le chauffage et le dégazage peuvent favoriser l’entartrage
Une eau dure chauffée peut former des dépôts de carbonate de calcium. La perte de CO₂ peut augmenter le pH et favoriser la précipitation. Cet aperçu maintient le pH et l’alcalinité constants lors du balayage en température.
Comparer avec l’indice de saturation de Langelier
Le calculateur de l’indice de saturation de Langelier de Lenntech évalue également la tendance à l’entartrage par le carbonate de calcium. Il indique le pH de saturation (pHs) et LSI = pH − pHs : les valeurs positives indiquent une sursaturation, zéro indique la saturation et les valeurs négatives indiquent une sous-saturation vis-à-vis du carbonate de calcium.
Quelle est la différence ? Cette page trace un seuil illustratif de concentration en calcium et présente la concentration en calcium en pourcentage de ce seuil. Le LSI exprime, quant à lui, l’écart entre le pH de l’eau et son pH de saturation calculé, au-dessus ou au-dessous de celui-ci. Il ne s’agit ni d’un pourcentage, ni d’une masse prédite de précipité, ni d’une vitesse d’entartrage, et ce n’est pas une mesure directe de la corrosion.
Cette page est une démonstration pédagogique, et non un calcul d’équilibre validé. La formule du LSI présente également des limites méthodologiques ; les eaux à forte salinité, à température élevée ou de composition complexe nécessitent un modèle géochimique approprié.
Où se produit l’entartrage par le carbonate de calcium ?
Il est fréquent dans les eaux dures et les concentrats contenant du calcium et présentant une alcalinité carbonatée.
Réchauffeurs et échangeurs de chaleur
Le chauffage de l’eau dure peut produire des dépôts de carbonate de calcium sur les surfaces chaudes, réduisant le transfert de chaleur et limitant l’écoulement.
Tours de refroidissement et purges
L’évaporation concentre les minéraux dissous dans l’eau en recirculation. Le calcium, l’alcalinité, le pH et la température influencent la tendance à l’entartrage par les carbonates.
Concentrat d’osmose inverse (RO) et saumures
Le calcium et l’alcalinité retenus peuvent se concentrer à mesure que l’osmose inverse (RO) récupère de l’eau. La spéciation des carbonates et le pH contribuent à déterminer si le concentrat se rapproche de la saturation vis-à-vis de la calcite.
Un flux d’eau salée ne présente pas nécessairement une teneur élevée en calcium ou une forte alcalinité. Une analyse complète est nécessaire pour une véritable évaluation de l’entartrage ; cette interface ne présente qu’une composition synthétique simplifiée.
Pour en savoir plus : USGS · Dureté et dépôts dus au chauffage de l’eau · US DOE · Gestion des tours de refroidissement · USBR · Traitement membranaire
Les calculs ci-dessus sont illustratifs et peuvent contenir des erreurs ou des omissions. Aucune garantie d’exactitude ou d’exhaustivité n’est donnée ; les résultats doivent être vérifiés de manière indépendante avant toute utilisation pour la conception, le choix d’un traitement ou les décisions d’exploitation.
Méthodologie et limites
Comprenez ce que calcule la démonstration interactive, comment ses résultats sont produits et ce qui serait nécessaire pour une évaluation thermodynamique de l’entartrage.
1. Périmètre et données d’entrée
Les commandes décrivent une eau synthétique hypothétique préparée à partir d’eau déminéralisée, de CaCl₂, de NaHCO₃ et de NaCl supplémentaire. Le calcium et l’alcalinité sont des valeurs cibles indépendantes. Le pH est une valeur saisie à la température de fonctionnement ; il n’est pas calculé à partir de cette recette.
| Donnée d’entrée | Plage de l’interface | Signification |
|---|---|---|
| Température, T | De 0 °C à la limite dynamique ; plafond de 150 °C | Conditions hypothétiques indépendantes le long de la courbe. |
| pH, H | 6–10.5 | Ajustement du CO₂ supposé à alcalinité finale fixe ; le besoin en CO₂ n’est pas calculé. |
| Alcalinité, A | 10–1 000 mg/L exprimés en CaCO₃ | Capacité équivalente de neutralisation des acides, apportée nominalement par le NaHCO₃. |
| Calcium, C | 0–2 000 mg/L exprimés en Ca | Teneur cible en calcium total, apportée nominalement par du CaCl₂ anhydre. |
| NaCl supplémentaire, S | 0–250 g/L | Sel de fond ajouté en plus des sels apportant le calcium et l’alcalinité ; il ne s’agit pas de la salinité totale. |
| Pression, P | 0,2–5 bar absolus | Utilisée uniquement par la fonction illustrative d’ébullition. |
Il s’agit de plages de l’interface, et non de plages de fonctionnement validées. Étendre la plage d’un curseur ne garantit pas l’exactitude chimique dans ces conditions.
2. Fonctions exactes utilisées par cette démonstration
Avec les données d’entrée numériques exprimées dans les unités ci-dessus, le seuil de calcium tracé L (mg/L exprimés en Ca) est :
L = 100 × exp[−0,018 × (T − 25)] × 10^(8 − H)
× (150 / A) × [1 + 0,005 × S / (1 + S / 100)]
Rapport de concentration affiché (%) = 100 × C / L
Le facteur exponentiel et les facteurs liés au pH, à l’alcalinité et au NaCl sont choisis pour illustrer les réponses du modèle. Ils ne calculent ni la spéciation des carbonates, ni la formation de paires d’ions, ni les coefficients d’activité. En particulier, le facteur lié au NaCl n’est pas une corrélation de solubilité en saumure, et le facteur de température n’est pas une constante d’équilibre thermodynamique de la calcite.
Le rapport est arrondi au pourcentage entier le plus proche. Le statut utilise le rapport non arrondi : en dessous de 85 %, il est indiqué « Sous-saturé », de 85 à 100 %, « Proche de la saturation », et au-dessus de 100 %, « Sursaturé ». La limite de 85 % est un choix d’avertissement propre à l’interface. Ces trois libellés se rapportent uniquement au seuil illustratif ; ils n’établissent pas l’état réel de saturation d’un échantillon d’eau.
La courbe de comparaison grise utilise S = 0 tout en conservant le pH et l’alcalinité saisis. Cela signifie qu’il n’y a pas de NaCl supplémentaire ; cela ne retire pas de la recette les sels apportant le calcium et l’alcalinité.
L’estimation du point d’ébullition et la limite de température sont les suivantes :
B (°C) = 100 + 28 × ln(P / 1,01325) + 0,025 × S Tmax (°C) = floor[10 × min(150 ; B − 0,5)] / 10
Ici, ln est le logarithme naturel et floor arrondit à l’entier inférieur. Il s’agit d’une réponse illustrative aux variations de pression et de teneur en sel, et non d’un calcul fondé sur les tables de vapeur ou d’un calcul du point d’ébullition d’une solution électrolytique. Les contributions du CaCl₂, du NaHCO₃ et du CO₂ sont omises, et ni l’évaporation ni les variations de concentration ne sont simulées. La marge de 0,5 °C et le plafond de 150 °C sont des choix propres à l’interface.
3. Recette de sels et ions associés
Le tableau de la recette utilise des conversions stœchiométriques avant toute précipitation. Il suppose l’utilisation de CaCl₂ anhydre pur et de NaHCO₃ pur. Les produits commerciaux hydratés et la pureté des produits nécessiteraient d’autres conversions de dose.
CaCl₂ (mg/L) = C × (40,078 + 2 × 35,45) / 40,078 Cl provenant du CaCl₂ (mg/L) = C × 2 × 35,45 / 40,078 Masse équivalente du CaCO₃ = 100,0869 / 2 = 50,04345 NaHCO₃ (mg/L) = A × 84,00661 / 50,04345 Na provenant du NaHCO₃ (mg/L) = A × 22,98977 / 50,04345 Na provenant du NaCl supplémentaire (mg/L) = 1000 × S × 22,98977 / 58,43977 Cl provenant du NaCl supplémentaire (mg/L) = 1000 × S × 35,45 / 58,43977
Les constantes de masse molaire sont exprimées en g/mol ; 50,04345 g/eq équivalent à 50,04345 mg/meq. Les totaux de sodium et de chlorure sont obtenus en additionnant leurs contributions respectives. Les valeurs sont affichées avec une décimale. Ces conversions définissent des ajouts de sels électriquement équilibrés, mais ne déterminent ni la spéciation finale en solution aqueuse ni le bilan des charges. Leurs contributions en sodium et en chlorure ne sont pas réintroduites dans le calcul de L ou de B.
4. Chimie des carbonates et hypothèses du système
L’« alcalinité exprimée en CaCO₃ » est une unité d’expression en équivalents, et non une concentration en CaCO₃ dissous. L’ajout de CO₂ seul ne modifie pas directement l’alcalinité dans le système carbonaté idéal, tandis que la dissolution ou la précipitation de CaCO₃ modifie à la fois le calcium et l’alcalinité. Chaque quantité de 100 mg/L de CaCO₃ qui se dissout effectivement apporte environ 40 mg/L de calcium et 100 mg/L d’alcalinité exprimée en CaCO₃.
Le balayage en température maintient constants le pH, l’alcalinité et le calcium total saisis. Il compare des conditions hypothétiques distinctes, plutôt que de suivre un même échantillon d’eau au cours de son chauffage, de son dégazage ou d’une précipitation. Le maintien de ces valeurs cibles lors d’une préparation réelle peut nécessiter un ajustement différent du CO₂ à chaque température. La pression de fonctionnement du liquide n’est pas la pression partielle du CO₂.
5. En quoi un calcul thermodynamique serait différent
Un modèle d’équilibre de la calcite évalue le produit des activités ioniques par rapport au produit de solubilité dépendant de la température :
SIcalcite = log₁₀[(aCa²⁺ × aCO₃²⁻) / Ksp,calcite(T)]
Les activités a décrivent les ions libres plutôt que les concentrations analytiques totales. SI = 0 indique l’équilibre, SI > 0 la sursaturation et SI < 0 la sous-saturation. Même un SI thermodynamique positif ne précise ni la masse déposée ni la vitesse de dépôt ; la cinétique, les surfaces et le temps de séjour jouent également un rôle.
Cette page ne calcule pas actuellement ce SI. Une mise en œuvre destinée à l’ingénierie nécessite une base de données thermodynamiques documentée, un calcul de spéciation des carbonates, un modèle d’activité adapté à l’eau et des hypothèses explicites sur les échanges gazeux. La calcite et l’aragonite doivent être présentées comme des phases minérales distinctes. PHREEQC peut fournir une référence indépendante lorsque la composition, la base de données, les unités, la phase minérale et les conditions aux limites relatives au CO₂ concordent.
Le calculateur de l’indice de saturation de Langelier de Lenntech indique quant à lui LSI = pH − pHs. Le LSI n’est pas le pourcentage de concentration présenté sur cette page et ne prédit pas une vitesse d’entartrage.
6. État de validation et vérification reproductible
Aucun jeu de données d’étalonnage en laboratoire, aucune référence thermodynamique ni aucune plage de précision pour l’ingénierie n’ont été établis pour les courbes de démonstration. La reproduction des formules vérifie la cohérence de la mise en œuvre, et non l’exactitude physique.
Avec les paramètres de réinitialisation (25 °C, pH 8,0, alcalinité de 150 mg/L exprimée en CaCO₃, calcium de 80 mg/L, NaCl supplémentaire de 2 g/L et pression absolue de 1,013 bar), les fonctions actuelles donnent L = 100,9804 mg/L (valeur affichée : 101,0), un rapport de 79,2233 % (valeur affichée : 79 %) et une limite de température de 99,5 °C.
Avant toute utilisation en ingénierie, un modèle de remplacement doit être vérifié par comparaison avec des calculs d’équilibre indépendants et des mesures pertinentes sur l’ensemble de sa plage prévue de température et de salinité. Consignez la base de données et sa version, les compositions d’essai, les tolérances et les écarts. Une concordance sur un seul exemple par défaut ne validerait pas l’ensemble de la plage.
7. Limites connues et utilisation appropriée
- Aucun calcul de spéciation des carbonates, aucune correction d’activité, aucune résolution du bilan des charges en solution aqueuse ni aucun calcul de précipitation à l’équilibre.
- Aucune prise en compte du magnésium, des sulfates ou d’autres ions de fond au-delà de la recette synthétique affichée.
- Aucune simulation du besoin en CO₂, du transfert de gaz, des performances des antitartres, de la nucléation, de la croissance des dépôts de tartre, de la masse précipitée, du taux de récupération ou du facteur de concentration.
- Aucune prévision validée pour les eaux à forte salinité, à haute température ou sous pression.
Utilisez l’interface pour explorer ses commandes et ses hypothèses. Les résultats ne remplacent pas une modélisation géochimique complète ou des essais pilotes, en particulier dans les systèmes à taux de récupération élevé ou à haute température. Les calculs peuvent contenir des erreurs ou des omissions et doivent être vérifiés de manière indépendante avant toute décision de conception ou d’exploitation.
8. Références et documentation du modèle
- USGS PHREEQC — Exemple de spéciation et de saturation minérale : éléments de contexte pour un calcul thermodynamique, et non validation de la courbe de démonstration.
- USGS PHREEQC — Bloc d’entrée SOLUTION : composition, unités et expression de l’alcalinité.
- USGS — Alcalinité et spéciation des carbonates.
- Bureau of Reclamation — Manuel de traitement membranaire.
Documentation méthodologique v1.0 · préparée le 24 octobre 2026. Décrit les fonctions de démonstration existantes ; n’introduit pas de nouveau modèle d’équilibre et ne modifie pas le comportement numérique du calculateur.