Le magnésium (Mg) et l’eau

Le magnésium (Mg) et l’eau : présence, dureté et traitement

Le magnésium est un minéral naturellement présent sous forme dissoute dans l’eau douce et l’eau de mer. Avec le calcium, les ions magnésium (Mg²⁺) contribuent à la dureté de l’eau. Cette page distingue le magnésium dissous dans l’eau du magnésium métallique, dont le comportement est très différent.

Un bécher contenant un ruban de magnésium réagissant dans l’eau, à côté d’équipements de traitement de l’eau et d’une tablette affichant l’équation de la réaction du magnésium avec l’eau. — Illustration du magnésium métallique réagissant avec l’eau et d’équipements de traitement de l’eau.

Comment le magnésium réagit-il avec l’eau ?

Le magnésium métallique réagit très lentement avec l’eau liquide froide, car une couche superficielle limite la poursuite de la réaction. La réaction est plus rapide avec l’eau chaude. Le magnésium réagit avec l’eau liquide pour former de l’hydroxyde de magnésium et de l’hydrogène gazeux :

Mg(s) + 2 H₂O(l) → Mg(OH)₂(s) + H₂(g)

Avec la vapeur d’eau, le magnésium forme de l’oxyde de magnésium et de l’hydrogène :

Mg(s) + H₂O(g) → MgO(s) + H₂(g)

Ces réactions décrivent le magnésium élémentaire, et non les ions Mg²⁺ dissous habituellement mesurés dans les eaux naturelles. Les feux de magnésium métallique présentent un danger distinct : l’eau, la mousse et le dioxyde de carbone sont des agents extincteurs inadaptés. La lutte contre ces incendies doit être confiée à des intervenants formés utilisant des agents appropriés.

Pourquoi le magnésium est-il présent dans l’eau ?

L’altération et la dissolution des roches et des minéraux contenant du magnésium, notamment la dolomite et la magnésite, libèrent du magnésium dans les eaux souterraines et les eaux de surface. Les concentrations varient selon la géologie locale, la chimie de l’eau et le temps de contact. Les eaux salines et certains rejets industriels peuvent également contenir des concentrations élevées de magnésium.

Dans l’eau, le magnésium est principalement présent sous forme d’ions dissous Mg²⁺. Sa concentration et sa forme chimique dépendent du pH, de l’alcalinité et des autres ions dissous présents.

Carbonate de magnésium, sulfate de magnésium et eau de mer

Le magnésium est présent dans les roches et les minéraux sous plusieurs formes. La magnésite est du carbonate de magnésium (MgCO₃), et la dolomite contient à la fois du carbonate de calcium et du carbonate de magnésium. Ces minéraux peuvent libérer du magnésium lors de leur altération, bien que la magnésite soit peu soluble et que sa dissolution dépende de la chimie de l’eau.

Le sulfate de magnésium (MgSO₄) est naturellement présent dans l’eau de mer et les sources minérales, ainsi que dans des minéraux hydratés tels que l’epsomite. Les minéraux de sulfate de magnésium sont solubles ; leur dissolution peut donc apporter à l’eau à la fois du magnésium et du sulfate. Dans l’eau de mer, toutefois, ces substances sont principalement décrites comme des ions Mg²⁺ et SO₄²⁻ dissous ; une partie des ions forme des paires d’ions dissoutes, de sorte qu’ils ne sont pas tous présents sous forme de molécules de MgSO₄ intactes.

À titre de composition de référence, l’eau de mer à une salinité d’environ 35 contient approximativement 1,294 g de magnésium par kilogramme d’eau (soit environ 1 294 mg/kg). La concentration réelle varie selon la salinité et le lieu. Le magnésium est l’un des principaux ions dissous de l’eau de mer.

Magnésium, dureté de l’eau et tartre

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). L’eau dure peut réduire la formation de mousse du savon et contribuer à la formation de dépôts minéraux dans les canalisations, les appareils de chauffage et d’autres équipements. La quantité et le type de tartre dépendent de l’ensemble des caractéristiques chimiques de l’eau et des conditions de fonctionnement ; le magnésium seul ne détermine pas si un entartrage se produira.

Considérations environnementales et sanitaires

Le magnésium est un nutriment essentiel pour les plantes et les animaux ; chez les plantes, il entre dans la composition de la molécule de chlorophylle. Ses effets sur l’environnement dépendent de sa concentration, de l’exposition et de la chimie des eaux réceptrices. La présence de magnésium ne suffit pas, à elle seule, à indiquer que l’eau est nocive ou bénéfique.

Le magnésium est également un nutriment essentiel pour l’être humain, et l’eau potable peut contribuer aux apports alimentaires. L’Organisation mondiale de la Santé a examiné les données scientifiques sur le magnésium et le calcium dans l’eau potable, notamment leur contribution aux apports et leurs liens possibles avec la santé. Des concentrations très élevées de magnésium, en particulier lorsqu’elles s’accompagnent de concentrations élevées de sulfate, peuvent avoir un effet laxatif. Les affections médicales et les médicaments ou compléments contenant du magnésium peuvent également influer sur la manière dont l’organisme gère le magnésium ; cette page ne constitue pas un avis médical.

Comment réduire la teneur en magnésium de l’eau ?

La teneur en magnésium est réduite lorsque l’objectif du traitement est de diminuer la dureté de l’eau ou sa teneur en minéraux dissous. Le procédé approprié dépend de l’eau brute, de la qualité requise pour l’eau produite et des conditions de fonctionnement.

Adoucissement par échange cationique : remplace les ions calcium et magnésium dissous par d’autres ions, généralement des ions sodium, afin de réduire la dureté.
Adoucissement à la chaux : à un pH et dans des conditions de procédé appropriés, le magnésium peut être précipité sous forme d’hydroxyde de magnésium et éliminé avec les solides issus du traitement.
Osmose inverse : peut réduire la teneur en sels dissous, dont le magnésium, tout en produisant un flux de concentrat qui doit être géré de manière appropriée.

En savoir plus sur l’adoucissement de l’eau, l’échange d’ions et l’osmose inverse.