Formation des boues dans les circuits de chauffage
Les boues ont trois origines bien distinctes :
- La corrosion des matériaux métalliques qui constituent le circuit.
- La prolifération bactérienne.
- L’entartrage.
La corrosion des métaux dans les circuits de chauffage
Corrosion par oxydation
L'oxydation d'un corps correspond à la perte d'un ou plusieurs électrons. Par exemple, l'aluminium, de symbole chimique Al, peut perdre trois électrons pour former l'ion Al3+. En réagissant avec l'oxygène, il forme notamment de l'alumine, de formule Al2O3, un oxyde très courant.
Les éléments métalliques d'une installation de chauffage peuvent subir une corrosion au contact de l'eau et de ses constituants dissous, notamment l'oxygène. Certains métaux forment une couche d'oxyde protectrice qui reste fixée à leur surface et ralentit fortement la corrosion du métal sous-jacent. C'est ce qu'on appelle la passivation.
Le cuivre et l'aluminium, utilisés dans les installations de chauffage, peuvent former des films protecteurs. Le cuivre forme notamment de l'oxyde cuivreux Cu2O, tandis que l'aluminium forme de l'alumine Al2O3.
Le fer, principal constituant des aciers ordinaires, peut former des produits de corrosion peu adhérents qui se détachent et circulent avec l'eau. Ils participent à la formation des boues.
Le fer possède plusieurs états d'oxydation. L'oxyde ferrique Fe2O3 contient du fer à l'état d'oxydation +III. Il est associé à la rouille rouge que l'on observe couramment. Cette rouille, souvent poreuse et friable, ne protège pas durablement le métal sous-jacent.
Le fer peut également former de l'oxyde ferreux FeO, contenant du fer à l'état d'oxydation +II.
Il existe un troisième oxyde, la magnétite Fe3O4, qui contient du fer aux états +II et +III. Dans des conditions chimiques appropriées, elle forme une couche adhérente et protectrice sur les surfaces ferreuses.
La technologie ULF® de Paonia Blu vise à favoriser la formation de cette magnétite protectrice et à limiter la corrosion des circuits de chauffage.
Le pH de l'eau influence également la vitesse de corrosion. Pour les matériaux ferreux, une eau légèrement basique est généralement recherchée. En présence d'un corps de chauffe en alliage d'aluminium, les limites de pH sont différentes. Le réglage doit respecter les prescriptions du fabricant de la chaudière.
Corrosion par pile d'oxydoréduction
Une installation de chauffage utilise plusieurs matériaux métalliques possédant des caractéristiques électrochimiques différentes. Lorsque deux métaux sont électriquement reliés et en contact avec une eau conductrice, ils peuvent former une pile de corrosion. L'eau joue alors le rôle d'électrolyte.
Ce phénomène est appelé corrosion galvanique. Sa vitesse dépend notamment de la nature des métaux, de la conductivité de l'eau, de la température et des surfaces métalliques en présence.
La prévention repose notamment sur le choix des matériaux, leur compatibilité électrochimique, l'isolation galvanique lorsque nécessaire et la maîtrise de la qualité de l'eau. Des anodes sacrificielles peuvent également être utilisées dans certaines installations.
On peut rechercher des indices de corrosion en prélevant un échantillon d'eau du circuit. Une coloration brun-orangé ou noire peut signaler la présence de produits de corrosion.
Le dosage du fer dissous et du fer total constitue un moyen de suivre l'état du circuit. Paonia Blu recherche notamment une teneur en fer faible, de l'ordre de 0,1 mg/L, en complément des autres indicateurs de qualité de l'eau.
Dans les immeubles d'habitation, ces analyses méritent d'être effectuées périodiquement. Les interventions nécessitant des vidanges et des remplissages introduisent de l'eau neuve contenant de l'oxygène dissous, ce qui peut relancer les phénomènes de corrosion.
Corrosion par bactéries sulfato-réductrices (BSR)
L'eau de remplissage du circuit contient des sulfates, de formule SO42−. Certaines bactéries anaérobies, appelées bactéries sulfato-réductrices (BSR), utilisent ces sulfates comme accepteurs d'électrons dans leur métabolisme.
Dans des conditions favorables, elles peuvent produire des sulfures, notamment de l'hydrogène sulfuré H2S, reconnaissable à son odeur d'œuf pourri et toxique à certaines concentrations.
Les sulfures peuvent réagir avec le fer et former des dépôts de sulfure de fer FeS, qui contribuent à la coloration noire de certaines boues.
Ces bactéries peuvent également participer à des phénomènes de corrosion microbiologiquement influencée, notamment sous les dépôts et dans les biofilms.
Prolifération bactérienne et biofilms dans le chauffage
Tout un monde microscopique peut vivre dans les tuyaux des installations de chauffage et de réfrigération. Les bactéries présentes dans l'eau se multiplient par division cellulaire lorsque les conditions leur sont favorables.
Leur développement dépend notamment de la température, de la disponibilité des nutriments, de l'oxygène dissous et des composés chimiques présents dans l'eau.
Deux grandes catégories de bactéries peuvent participer à la formation de boues biologiques et aux phénomènes de corrosion :
- Les bactéries aérobies, qui utilisent l'oxygène pour leur respiration.
- Les bactéries anaérobies, dont certaines bactéries sulfato-réductrices (BSR), capables de se développer en absence d'oxygène dissous.
Bactéries aérobies
L'oxygène est introduit dans le circuit lors du remplissage initial et à chaque ajout d'eau neuve. Ces appoints sont fréquents dans certains immeubles d'habitation, notamment lorsque les interventions de maintenance nécessitent des vidanges partielles pour remplacer des radiateurs ou modifier le réseau.
Les circuits de chauffage au sol utilisent souvent des tuyaux en PER, polyéthylène réticulé. Le PER ordinaire présente une certaine perméabilité à l'oxygène. Les tuyaux équipés d'une barrière anti-oxygène (BAO) réduisent fortement cette diffusion, sans nécessairement la supprimer totalement.
La présence d'oxygène dans un circuit dépend également des appoints d'eau, des défauts d'étanchéité et des conditions de fonctionnement de l'installation.
Pour approfondir cette question, consultez notre article sur le chauffage au sol et l'embouage des circuits.
La chape de ciment ou d'anhydrite qui recouvre les tuyaux ne constitue pas nécessairement une barrière parfaitement étanche aux gaz. Toutefois, la quantité d'oxygène qui atteint effectivement l'eau dépend principalement des caractéristiques du tuyau, de sa barrière anti-oxygène et des conditions de pose.
Les tuyaux métalliques présentent une très faible perméabilité à l'oxygène. Le cuivre possède également des propriétés antimicrobiennes, mais son utilisation ne garantit pas l'absence de biofilms ou de corrosion. Il peut notamment subir une corrosion par piqûres dans certaines conditions.
Les bactéries produisent des substances extracellulaires qui favorisent leur adhésion aux surfaces. Elles constituent alors des biofilms, communautés microbiennes fixées aux parois des tuyaux et protégées par une matrice organique.
Les cellules mortes, les matières organiques et les particules minérales peuvent s'accumuler dans ces biofilms et contribuer à la formation des boues biologiques.
Une partie des boues circule avec l'eau et peut être récupérée dans un pot à boues. Une autre partie reste fixée aux parois, ce qui rend son identification difficile à partir d'un simple prélèvement d'eau.
Ces dépôts peuvent diminuer les échanges thermiques, augmenter les pertes de charge et perturber le fonctionnement des circulateurs et des chaudières, avec des conséquences sur la consommation énergétique.
Comment éliminer durablement les boues des circuits de chauffage ?
La corrosion et la prolifération bactérienne favorisent l'accumulation de dépôts qui perturbent la circulation de l'eau et les échanges thermiques. Découvrez notre solution de désembouage permanent ULF, sans injection de produits chimiques ni entretien périodique.
Bactéries anaérobies
Nous avons vu dans la partie consacrée à la corrosion que certaines bactéries sulfato-réductrices utilisent les sulfates présents dans l'eau et peuvent produire des sulfures.
Ces bactéries se développent dans des milieux pauvres en oxygène, notamment à l'intérieur des biofilms et sous les dépôts présents dans les circuits de chauffage.
Leur activité peut contribuer à la corrosion microbiologiquement influencée et à la formation de dépôts noirs contenant des sulfures de fer.
Comme les bactéries aérobies, elles participent à la constitution de boues biologiques qui peuvent adhérer aux surfaces, gêner la circulation de l'eau et diminuer les performances thermiques de l'installation.
Entartrage et dépôts de calcaire dans le chauffage
L'eau de remplissage d'une installation de chauffage contient des sels minéraux dissous. Certains de ces constituants peuvent précipiter et former des dépôts minéraux, notamment du carbonate de calcium CaCO3. C'est le calcaire, ou tartre, que l'on retrouve dans les cuisines, les salles de bains et les équipements de production d'eau chaude sanitaire.
La formation de tartre dépend notamment de la dureté de l'eau, de sa température, de son pH et de son équilibre calco-carbonique.
Circuit ouvert et circuit fermé : deux situations différentes
Un circuit de chauffage est normalement un circuit fermé. L'eau qui y circule reste sensiblement la même, sauf lors des appoints nécessaires pour compenser des pertes d'eau ou après des interventions de maintenance.
À l'inverse, les réseaux d'eau froide et d'eau chaude sanitaire sont des circuits ouverts : de l'eau neuve entre continuellement dans l'installation au rythme des consommations.
Cette différence est essentielle pour comprendre les quantités de calcaire susceptibles de se déposer.
Quelle quantité de calcaire dans un circuit ouvert ?
Prenons une habitation consommant 150 000 litres d'eau par an, soit environ 410 litres par jour pour l'ensemble du foyer.
Avec une eau d'une dureté de 30 °f, correspondant à 300 mg/L exprimés en équivalent CaCO3, la quantité annuelle de carbonate de calcium équivalent apportée par l'eau est :
150 000 × 300 mg = 45 000 000 mg
Soit 45 kg de CaCO3 équivalent par an.
Une habitation alimentée par cette eau reçoit donc l'équivalent de 45 kg de carbonate de calcium chaque année.
Cette quantité représente le potentiel minéral apporté par l'eau, et non la masse de tartre effectivement déposée. Une partie des minéraux reste dissoute et repart avec les eaux usées.
Quelle quantité de calcaire dans un circuit fermé ?
Prenons maintenant une maison de 150 m2 équipée de 12 radiateurs en fonte de 1 500 W chacun.
En retenant les volumes de notre exemple :
- 12 radiateurs contenant chacun 30 litres d'eau : 360 litres.
- Environ 100 mètres de tuyauterie : 20 litres.
- Chaudière et équipements annexes : 10 litres.
Le volume total du circuit est donc estimé à 390 litres d'eau.
Avec une dureté de 30 °f, correspondant à 300 mg/L en équivalent CaCO3, la quantité de calcaire équivalent introduite lors du remplissage est :
390 × 300 mg = 117 000 mg
Soit 117 g de CaCO3 équivalent.
Comparons les deux situations :
- Circuit sanitaire ouvert : 45 kg de CaCO3 équivalent apportés par an.
- Circuit de chauffage fermé : 117 g de CaCO3 équivalent au remplissage initial.
Le circuit sanitaire reçoit donc, dans cet exemple, environ 385 fois plus de carbonate de calcium équivalent en une année que le circuit de chauffage lors de son remplissage initial.
Sans appoints d'eau significatifs, la quantité de calcaire disponible dans le circuit fermé reste limitée. Les dépôts minéraux peuvent néanmoins se concentrer sur certaines surfaces chaudes et perturber localement les échanges thermiques.
Entartrage des circuits de chauffage et technologie ULF
Dans les installations collectives, certains chauffagistes utilisent de l'eau adoucie pour limiter les apports de calcium et de magnésium. Cependant, dans un circuit fermé correctement entretenu, les quantités de calcaire introduites restent généralement faibles par rapport à celles des réseaux sanitaires ouverts.
La technologie ULF® proposée par Paonia Blu vise à modifier les conditions de cristallisation du carbonate de calcium afin de favoriser la formation de particules moins incrustantes, notamment sous forme d'aragonite.
Ces particules peuvent circuler avec l'eau et être récupérées dans les dispositifs de filtration adaptés, plutôt que de former des dépôts adhérents sur les surfaces de l'installation.
Le traitement ULF ne retire pas les ions calcium et magnésium de l'eau : il ne constitue donc pas un adoucissement au sens chimique du terme.
Dans un circuit fermé, l'objectif est de limiter les dépôts incrustants tout en préservant les échanges thermiques et le fonctionnement des équipements.
Des boues aux résultats : une étude de cas en usine
Une difficulté majeure du désembouage est que les analyses ponctuelles de l'eau ne révèlent pas nécessairement les dépôts accumulés dans les chaudières et les tuyauteries. Les boues peuvent rester incrustées dans les corps de chauffe, sans circuler avec l'eau.
Dans une usine en Isère, l'installation d'un appareil ULF® a permis de mobiliser les anciennes boues et de les récupérer dans un pot à boues. Les dépôts, devenus peu adhérents, étaient beaucoup plus faciles à éliminer.
Le suivi analytique montre ensuite un effondrement du fer total, jusqu'à environ 0,1 mg/L, et une forte diminution des matières en suspension. Ces résultats illustrent l'action du traitement ULF sur la corrosion et la formation des boues.
