Le calcium (Ca) et l’eau
Le calcium est un élément minéral couramment présent sous forme dissoute dans les eaux naturelles. Avec le magnésium, il contribue à la dureté de l’eau et peut former des dépôts minéraux lorsque les caractéristiques chimiques de l’eau favorisent la précipitation. Les équilibres chimiques en jeu dépendent du calcium, de l’alcalinité, du pH, de la température et des autres ions dissous.
Le calcium dans les eaux naturelles
Le calcium se retrouve dans l’eau lorsque les minéraux qui en contiennent s’altèrent ou se dissolvent. Les sources courantes comprennent le calcaire et les autres roches carbonatées, la dolomite et le gypse. Dans la plupart des eaux naturelles, le calcium dissous est principalement présent sous forme d’ion Ca2+, bien qu’il puisse également former des paires d’ions dissoutes avec les carbonates, les bicarbonates, les sulfates et d’autres constituants.
Lorsque de l’eau contenant du dioxyde de carbone dissous entre en contact avec du calcaire, le minéral carbonaté peut se dissoudre. La réaction globale simplifiée est la suivante :
CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O (l) ⇌ Ca2+ (aq) + 2 HCO3− (aq)
Le calcium métallique à l’état élémentaire réagit également avec l’eau liquide, produisant de l’hydroxyde de calcium et de l’hydrogène gazeux :
Ca (s) + 2 H2O (l) → Ca(OH)2 (s) + H2 (g)
L’hydroxyde de calcium n’est que partiellement soluble dans l’eau. Cette réaction concerne le métal ; elle est distincte de la manière dont le calcium dissous est présent dans les rivières, les eaux souterraines et l’eau de mer.
Dureté et dépôts de calcium
La dureté de l’eau est principalement due au calcium et au magnésium dissous. Elle est généralement exprimée en milligrammes par litre d’équivalent carbonate de calcium (mg/L en CaCO3); il s’agit d’une convention d’expression des résultats, qui ne signifie pas que toute la dureté est présente sous forme de carbonate de calcium solide. La dureté constitue généralement un problème d’exploitation, car elle peut contribuer à la formation de dépôts minéraux et réduire l’efficacité du savon, plutôt qu’un problème sanitaire en soi.
Des dépôts de carbonate de calcium peuvent se former lorsque l’eau devient sursaturée vis-à-vis de la calcite. Le pH, l’alcalinité, le dioxyde de carbone dissous, la température et la concentration en calcium influencent tous cette tendance. Les dépôts de sulfate de calcium (gypse/anhydrite) constituent un risque distinct, en particulier lorsque le calcium et les sulfates se concentrent, comme dans certaines saumures et certains procédés membranaires. Une analyse de l’eau et la connaissance des conditions du procédé sont nécessaires pour évaluer chacun de ces risques.
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- Calculateur d’entartrage / de solubilité du carbonate de calcium
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Remarque sur les calculateurs : Les deux outils présentent actuellement des résultats illustratifs à visée pédagogique. Ces résultats ne constituent ni des prévisions d’ingénierie validées ni un substitut à un modèle géochimique validé, à des études de traitabilité ou à la conception d’un procédé.
Le calcium dans l’environnement et la santé humaine
Le calcium est un nutriment essentiel pour les humains, les animaux et les plantes. L’eau potable peut contribuer à l’apport alimentaire en calcium, mais les concentrations varient considérablement selon la source d’eau. Le calcium influe également sur la chimie des eaux douces ; les effets de la dureté sur les organismes aquatiques dépendent de l’espèce et de l’ensemble des caractéristiques chimiques de l’eau.
Élimination du calcium de l’eau
L’adoucissement de l’eau réduit les teneurs en calcium et en magnésium. Les adoucisseurs à échange de cations remplacent ces ions par des ions sodium ; l’adoucissement à la chaux peut éliminer le calcium en modifiant les équilibres chimiques des carbonates et en faisant précipiter le carbonate de calcium. Les procédés membranaires peuvent également éliminer les ions dissous dans le cadre d’une purification plus globale de l’eau. Le choix dépend de l’analyse de l’eau, de l’objectif du traitement et de la manière dont seront gérés la saumure, les boues ou le concentrat produits. En savoir plus sur l’échange d’ions.