Le zinc (Zn) et l’eau

Le zinc (Zn) et l’eau : présence, chimie et traitement

Le zinc est naturellement présent dans les roches et l’eau et peut également se retrouver dans l’eau potable en raison de la corrosion des canalisations et des raccords galvanisés. Le zinc est un oligoélément essentiel, mais la chimie de l’eau détermine sa mobilité et ses éventuels effets sur le goût, la vie aquatique ou les performances du traitement.

Lame de zinc dans un bécher, à côté d’équipements de traitement de l’eau et d’une tablette affichant un schéma sur le zinc et l’eau. — Illustration du zinc et du traitement de l’eau. L’équation affichée dans le schéma est schématique ; le zinc ne réagit normalement pas avec l’eau liquide froide.

Le zinc métallique réagit-il avec l’eau ?

Le zinc métallique ne réagit normalement pas avec l’eau liquide froide. Une fine pellicule superficielle contribue à le protéger contre toute réaction ultérieure. À haute température, le zinc réagit avec la vapeur d’eau pour former de l’oxyde de zinc et de l’hydrogène gazeux :

Zn(s) + H₂O(g) → ZnO(s) + H₂(g)

Cette réaction du métal diffère du comportement du zinc dissous dans les eaux naturelles, où le zinc est présent sous forme de zinc(II) et d’espèces associées, dissoutes ou particulaires.

Comment le zinc pénètre-t-il dans l’eau ?

Le zinc est présent dans de nombreuses roches et de nombreux minerais, souvent dans des minéraux sulfurés tels que la sphalérite (ZnS). L’altération et la lixiviation peuvent libérer du zinc dans les eaux de surface et les eaux souterraines. Les activités minières et de transformation des métaux, les rejets industriels ainsi que la corrosion des canalisations et des raccords galvanisés peuvent également augmenter les concentrations.

L’Organisation mondiale de la Santé indique que les concentrations de zinc dans les eaux de surface et les eaux souterraines ne dépassent normalement pas environ 0,01 mg/L et 0,05 mg/L, respectivement. Les concentrations dans l’eau du robinet peuvent être plus élevées lorsque le zinc se dissout à partir des matériaux de plomberie. Il s’agit d’observations courantes, et non de limites universelles ; la géologie locale, la chimie de l’eau et les infrastructures jouent toutes un rôle.

Composés du zinc et solubilité dans l’eau

Le zinc se trouve généralement à l’état d’oxydation +2. Dans l’eau, il peut être présent sous forme d’ions Zn²⁺ hydratés, de complexes dissous, ou être associé aux particules en suspension et aux sédiments. Sa répartition dépend du pH, de l’alcalinité, de la matière organique dissoute et des autres constituants de l’eau.

Le chlorure de zinc et le sulfate de zinc sont facilement solubles. Le carbonate de zinc, l’oxyde de zinc et le sulfure de zinc sont beaucoup moins solubles. Les variations du pH et de la chimie des carbonates peuvent donc influer sur le maintien du zinc en solution, sa fixation sur des particules ou la formation d’un solide. À un pH très élevé, les complexes hydroxo du zinc dissous peuvent également jouer un rôle important.

Considérations environnementales et sanitaires

Le zinc est un oligoélément essentiel pour les êtres humains, les plantes et les animaux. Toutefois, des concentrations trop élevées peuvent affecter les organismes aquatiques ; les effets dépendent de la concentration en zinc dissous et de la chimie des eaux réceptrices. La seule mesure du zinc total ne permet pas nécessairement de caractériser sa biodisponibilité.

L’OMS n’a pas établi de valeur guide fondée sur des critères sanitaires pour le zinc dans l’eau potable aux concentrations habituellement rencontrées. À des concentrations plus élevées, le zinc peut modifier le goût et l’aspect de l’eau ; l’OMS indique que des teneurs supérieures à environ 3 mg/L peuvent être inacceptables pour les consommateurs. Une teneur élevée en zinc dans l’eau du robinet peut indiquer une corrosion des canalisations galvanisées ; il convient donc d’en rechercher l’origine plutôt que de supposer que l’usine de traitement en est la cause.

Comment maîtriser la présence de zinc ou l’éliminer ?

La réponse appropriée dépend de l’origine du zinc : eau brute, procédé de traitement ou canalisations de distribution. Lorsque la corrosion libère du zinc à partir des canalisations, la maîtrise de la corrosion peut réduire la libération du métal ; elle n’élimine pas le zinc déjà présent dans l’eau brute.

Pour le zinc présent dans l’eau brute, les options de traitement peuvent comprendre l’ajustement du pH et la précipitation suivis d’une décantation ou d’une filtration, la coagulation et la filtration, l’échange d’ions ou l’osmose inverse. Les performances dépendent de la spéciation du zinc et des autres caractéristiques chimiques de l’eau ; le choix du procédé doit donc reposer sur une analyse de l’eau et sur la qualité requise pour l’eau traitée. La filtration classique sur sable ne permet pas, à elle seule, d’éliminer de manière fiable les ions zinc dissous.

En savoir plus sur la coagulation et la floculation, l’échange d’ions et l’osmose inverse.