"Kalkwasser" - Réacteur à Calcaire : Pour ou Contre

Lars Sebralla
Conférence présentée lors des 3^?mes Journ?es Internationales
d'Aquariophilie Marine de Strasbourg, juin 2003

Les m?canismes fonctionnels et les modes de fonctionnement g?n?raux de la m?thode bas?e sur le Kalkwasser et du celle du r?acteur ? calcaire sont expliqu?es, confront?es et observ?es sous l'angle de la chimie. Ceci permet de faire ressortir les diff?rences et les probl?mes.

Kalkwasser
Pour les aquariophiles marins le Kalkwasser semble tr?s prometteur et son utilisation ?tre si simple et si peu on?reuse. Si on examine de plus pr?s la notion de "Kalkwasser", quelques surprises se d?gagent.
En r?alit?, qu'est-ce que le Kalkwasser? On prend de l'hydroxyde de calcium, on le met dans de l'eau osmos?e, on remue plusieurs fois et on laisse le m?lange reposer. Quelque temps plus tard on ajoute le liquide clair ? l'aquarium d'eau de mer. C'est tout? Est-ce si simple? Que se passe t'il en r?alit? et qu'est-ce que l'hydroxyde de calcium pour le non-chimiste? Question sur question qui n?cessitent une r?ponse.

L'hydroxyde de calcium

Hydroxyde de calcium aquarium systems

De mani?re simplifi?e l'hydroxyde de calcium est une substance compos?e de calcium (Ca), d'oxyg?ne (0) et d'hydrog?ne (H). L'oxyg?ne et l'hydrog?ne sont solidement li?s ensemble et donnent un ion hydroxyde (OH^-). Cet OH^- est fortement basique (alcalin) et a un pH de 14. Deux de ces OH^- sont solidement li?s avec un cation calcium (CA²⁺). Le 2 est ?crit comme indice (₂). L'hydroxyde de calcium donne donc: Ca(OH)₂

En ajoutant de l'hydroxyde de calcium dans l'eau, une partie de la liaison se dissocie, elle est dissoute. L'hydroxyde de calcium devient alors un ion calcium (CA²⁺) et deux ions hydroxyde (2 OH^-) Ce qui donne:

Ca(0H)₂ ? CA²⁺ + 2 OH^-

Quelle est la signification pour l'aquariophile?
La dissolution de l'hydroxyde de calcium est mauvaise dans l'eau. Pour cette raison il reste toujours de l'hydroxyde de calcium dans le r?cipient sous forme de substance solide blanche. Dans la solution claire se trouvant au- dessus il y a des ions calcium, des ions hydroxyde et bien s?r de l'eau. Le pH se situe aux environs de 12,45. Cette solution repr?sente finalement le "Kalkwasser" et contient:

CA²⁺ + OH^- dans l'eau

Qu'est ce que le calcaire et o? se trouve maintenant le calcaire dans le Kalkwasser? Le calcaire est une combinaison de calcium (Ca), de carbone (C) et d'oxyg?ne (0). Un carbone (C) est solidement li? avec trois oxyg?ne (3 0) et donne ainsi CO₃^2-, un anion carbonate. Cet anion carbonate augmente la part de carbonate par exemple dans l'eau. Un cation calcium (CA²⁺) se trouve maintenant li? avec un carbonate (CO₃^2-) et donne le carbonate de calcium ou, comme le dit le langage populaire, le calcaire. Donc le calcaire c'est: CaCO₃

Se pose maintenant la question, qui n'a pas encore eu de r?ponse ou tout de m?me: "O? se trouve le calcaire dans le "Kalkwasser"? La r?ponse est proche, il n 'y a pas de calcaire dans le Kalkwasser! Le calcaire se forme apr?s quelque temps dans le "Kalkwasser". Seulement lorsque du gaz carbonique (CO₂) pr?sent dans l'air, arrive ? la surface du "Kalkwasser" , celui-ci est litt?ralement absorb? et forme ensuite du calcaire. Celui-ci n'est pas soluble dans le "Kalkwasser" et donne ?galement un r?sidu blanc. Pour cette raison le "Kalkwasser" ne doit pas ?tre conserv? ouvert, mais dans un r?cipient qu'il est possible de fermer, par exemple un bidon. Lorsque le "Kalkwasser" (la solution claire) est utilis?e, on rajoute de l'eau osmos?e sur le r?sidu. Apr?s un certain temps le r?sidu est ?chang? et on utilise de l'hydroxyde de calcium neuf, car on se trouve en pr?sence de plus en plus de calcaire indissoluble et toujours de moins en moins d'hydroxyde de calcium. En ajoutant la solution translucide d'hydroxyde de calcium, c'est ? dire les ions calcium (CA²⁺) et les ions hydroxyde (OH^-) ? l'aquarium d'eau de mer, il se produit une r?action avec le gaz carbonique (CO₂) dissous dans l'eau, de mani?re simplifi?e il se produit du carbonate hydrog?n? de calcium (= carbonate de calcium) (Ca(HCO3)2)' donc:

Ca²⁺ + 2 OH^- + 2 CO₂
?
Ca(HCO₃)₂

Le carbonate hydrog?n? de calcium n'est pas stable et se dissocie en un ion calcium (CA²⁺) et un ion carbonate hydrog?n? ou hydrog?nocarbonate (= bicarbonate) , (HCO₃^-), donc:

Ca(HCO₃)₂ ? CA²⁺ + 2 HCO₃^-

?tant en pr?sence d'un pH alcalin, l'ion hydrog?nocar- bonate (HCO₃^-) r?agit avec un ion hydroxyde (OH-). Il se produit maintenant un ion carbonate (CO₃^2-) et de l'eau, donc:

HCO₃^- + OH^- " CO₃^2-+ H₂O

La part de carbonate augmente alors dans l'aquarium. L'augmentation d?pend en priorit? de la valeur du pH et de la quantit? de gaz carbonique pr?sent dans l'eau de l'aquarium. Ce qui est appel? "Kalkwasser" ne se compose donc que d'ions calcium et d'ions hydroxyde et n'a rien ? voir avec du calcaire. Seulement au moment o? la solution translucide d'hydroxyde de calcium est ajout?e ? l'aquarium, il se produit en finalit? du carbonate. Un contr?le exact de la proportion de carbonate est ? peine possible, car il d?pend surtout de la teneur en gaz carbonique pr?sent dans l'eau.

Consid?rons maintenant le r?acteur ? calcaire.

Réacteur à calcaire rc 1000 aquavie

Dans ce cas l'aquariophile pense le plus souvent ? appareils tr?s co?teux, compliqu?s et surtout tr?s chers. Il ne doit pas y avoir ici de comparaison de produits, mais uniquement un expos? des principes de base. En examinant de plus pr?s la notion de "r?acteur ? calcaire", on est ?galement l'objet de quelques surprises. Qu'il soit achet? ou de construction personnelle, on entend souvent des probl?mes comme la duret? carbonat?e n'augmente pas (aujourd'hui: capacit? d'acidification jusqu'? 4,3), pas assez de calcium, le pH chute, etc. Mais en r?alit? le r?acteur ? calcaire est sens? fonctionner sur la base d'un principe si simple. "On ajoute de l'acide carbonique dans un r?cipient (r?acteur) rempli d'un substrat, et au bout ressort une solution contenant... ?"
Ceci n'est pas repr?sent? aussi simplement, mais de plus ?galement faux. Pour cette raison, allons-y pas par pas.
Le but d'un r?acteur ? calcaire est de dissocier en son int?rieur le substrat en ses ?l?ments individuels, donc de le dissoudre. Ceux-ci parviennent ensuite dans l'aquarium d'eau de mer. Le r?acteur ? calcaire est rempli avec un substrat qui doit contenir du calcaire (CaCO₃). Le calcaire se dissout l?g?rement dans des solutions acides, tandis le calcaire se pr?sente sous forme de substance solide blanche dans des solutions alcalines. ?tant donn? qu'un aquarium d'eau de mer pr?sente le plus souvent un pH alcalin compris entre 7,7 et 8,3, le substrat ne se dissout pas. Pour cette raison le pH dans le r?acteur doit ?tre amen? dans une zone acide (inf?rieure ? 7). Ceci ne peut pas ?tre effectu? dans l'aquarium, mais a lieu dans le r?acteur ? calcaire. Afin de diminuer le pH dans le r?acteur, on ajoute du dioxyde de carbone (CO₂) sous forme de gaz (et pas d'acide carbonique !). Le gaz carbonique (CO₂) est dissous dans l'eau (H₂O). Il en r?sulte de l'acide carbonique, donc:

CO₂ + H₂O ? H₂CO₃

Cette r?action ne transforme pas encore le pH. Mais l'acide carbonique est tr?s instable et se dissocie simplement en un acide (H⁺) et en un hydrog?nocarbonate (= bicarbonate) (HCO₃^-), donc:

H₂CO₃ ? H⁺ + HCO₃^-

Maintenant si l'acide est disponible (H⁺), le pH dans le r?acteur est abaiss?. Si le pH est assez faible, le substrat se dissout lentement. Le calcaire insoluble (CaCO₃) est ? pr?sent simplement transform? par l'acide (H⁺) en du bicarbonate de calcium soluble (Ca(HCO₃)₂)

CaCO₃ + H⁺? Ca(HCO₃)₂ (tr?s simplifi?)

Le carbonate de calcium n'est pas stable et se dissocie en : un ion calcium (CA²⁺) et un ion bicarbonate (HCO₃^-) donc:

Ca(HCO₃)₂ ? CA²⁺ + 2 HCO₃-

Ainsi des ions calcium (CA²⁺) et des ions bicarbonates (HCO₃^-) quittent le r?acteur ? calcaire et p?n?trent dans l'aquarium d'eau de mer... 1
Etant donne qu'un pH alcalin est présent dans l'aquarium d'eau de mer, l'ion bicarbonate (HCO₃^-) r?agit avec un ion hydroxyde (OH^-), qui est pr?sent en masse dans l'aquarium. Il en r?sulte alors un ion carbonate (CO₃^2-) et de l'eau (H₂O), donc:

HCO₃- + OH^-? CO₃^2- + H₂O

D?sormais la quantit? de carbonate augmente aussi dans l'aquarium. Des substrats sont dissous dans le r?acteur ? calcaire. Afin d'acc?l?rer la dissolution, une vitesse de circulation importante dans le r?acteur s'av?re n?cessaire. Dans des r?acteurs trop grands (diam?tre sup?rieur ? 12 cm) il faut utiliser des pompes tr?s puissantes (plus de 2500 litres par heure), afin de maintenir une vitesse de circulation tr?s importante. M?me l'utilisation d'un substrat fin (< ? 7 mm) m?ne ? une importante r?duction de la vitesse de circulation dans le r?acteur ? calcaire. Le substrat pr?sente certes une surface plus importante ? l'attaqu? de l'acide, mais si le d?bit est trop faible, de petites bulles s'accumulent dans le substrat et donnent de grosses bulles. En ces endroits le substrat peut ? peine ?tre dissou. Dans certains r?acteurs le substrat se soul?ve m?me et une grosse bulle devient visible.
Il est facile de tester chaque r?acteur ? calcaire de mani?re simple. Secouez l?g?rement votre r?acteur. Des bulles de gaz montent-elles du substrat ? la vitesse de circulation est trop faible et le r?acteur ne fonctionne pas ? 100 %. Dans de tels cas il convient de remplacer le substrat par un mat?riau plus grossier, ?tant donn? que du gaz carbonique ne peut s'y accumuler.
Il n'y aurait pas de petites bulles de gaz qui remonteraient, vous pouvez v?rifier le rendement maximal du r?acteur de la mani?re suivante. Fermez le retour du r?acteur ? calcaire vers l'aquarium. L'apport de CO₂ n'est pas modifi?. D?sormais le pH continue ? chuter dans le r?acteur et de plus en plus de substrat se dissout. L'eau s'enrichit en ions calcium (CA²⁺) et en ions bicarbonates (HCO₃-). L'eau dans le r?acteur est transparente. Subitement ceci se modifie et le r?acteur entier est blanc (pr?sente l'aspect du lait). Si cela ne devait pas se produire, mais si des bulles de gaz se fixent dans le substrat, lesquelles deviennent visibles suite ? un l?ger secouement, il faut agir comme cela a ?t? d?crit plus haut.
Pourquoi le r?acteur se colore-t'il subitement en blanc? Comme de l'eau provenant de l'aquarium ne peut p?n?trer dans le r?acteur, le retour vers l'aquarium est donc ferm?, plus de calcaire qu'il n'est en fait possible se trouve dissous dans l'eau. Cet exc?dent pr?cipite subitement en quelques secondes sous la forme d'une substance solide blanche, le calcaire (CaCO₃) (Sursaturation). Maintenant le r?acteur est utilis? ? 100 %. A ce moment on ouvre le retour vers l'aquarium et d?s que le r?acteur est ?clairci, il est possible de mesurer la quantit? de calcium, le KH (duret? carbonat?e) et le pH. Des quantit? de calcium sup?rieures ? 1.500 mg/L et une duret? carbonat?e sup?rieure ? 80 ne constituent pas une raret?. Par la variation de la quantit? retourn?e vers l'aquarium et celle de gaz carbonique (CO₂) dans le r?acteur ? calcaire il est d?sormais possible de r?gler le KH, la valeur du calcium et du pH favoris.
Exemple: Peu de CO₂ et retour important vers l'aquarium a pour cons?quence une dissolution faible du substrat (peu de CA²⁺ et faible KH), parce que la valeur du pH dans le r?acteur est plus ?lev?e. Beaucoup de CO₂ et un retour faible a pour cons?quence une dissolution importante du substrat (beaucoup de CA²⁺ et de KH) ), parce que la valeur du pH dans le r?acteur ? calcaire est plus faible. Ainsi la valeur du pH dans le r?acteur ? calcaire a t'il une influence tr?s importante sur la vitesse de dissolution du substrat. Si on utilise maintenant un substrat, qui se compose de calcaire pur (qualit? laboratoire), seuls des ions calcium (CA²⁺) et des ions bicarbonates (HCO₃-) sont dirig?s vers l'aquarium. Si on utilise par exemple des d?bris coralliens, des substances nocives comme les phosphates, l'aluminium et de l'acide silicique sont lib?r?s en plus et s'accumulent dans l'eau. Il faut signaler que souvent bien plus de phosphates ne parviennent dans l'aquarium par la dissolution du sable de corail que l'on ne pense. Des analyses ont d?montr? que jusqu'? 1600 mg de phosphates pouvaient ?tre lib?r?s par kilo de sable de corail. Des matériaux alternatifs sont souvent plus propres que le sable de corail.
Le r?acteur ? calcaire enrichit l'eau de l'aquarium avec des ions calcium (CA²⁺) et des ions bicarbonates (HCO₃-). Par l'addition de bicarbonates la valeur du pH se trouve augment?e et stabilis?e. Lors de l'utilisation de d?bris de coquillages des phosphates et des silicates sont en outre introduits. Des mat?riaux alternatifs aident dans ce cas ? r?duire les apports de substances nocives.
Il est possible de mettre en place sans probl?me les valeurs de KH et de calcium souhait?es dans un aquarium d'eau de mer avec un r?acteur ? calcaire. Dans l'eau de mer naturelle le KH se situe aux environs de 8 et la quantit? de calcium aux environs de 420 mg/L. Des valeurs de KH de 14 et des quantit?s de calcium allant jusqu'? 550 mg/L peuvent ?tre atteints sans difficult? avec un r?acteur ? calcium, par exemple dans un bac de scl?ractiniaires.
Probl?mes lors de l'utilisation de Kalkwasser et d'un r?acteur ? calcaire
Apr?s avoir ?voqu? les fonctions et l'efficacit?, nous allons aborder quelques probl?mes g?n?raux.

Probl?me de pH avec un r?acteur ? calcaire
L'eau de retour d'un r?acteur ? calcaire poss?de un pH acide (p. ex. 6,2) et ainsi un exc?dent en acide (H⁺), sinon le pH ne se situerait pas en-dessous de 7. D?sormais on peut conclure que, si une eau avec par exemple un pH de 6.2 goutte dans une eau d'un aquarium d'eau de mer qui a un pH de par exemple 8.1, la valeur du pH dans l'aquarium peut chuter. Conclusion possible: le pH de l'eau provenant du r?acteur doit ?tre augment?, avant qu'elle ne parvienne dans l'aquarium. Parmi les possibilit?s il y a par exemple l'a?ration extra de l'eau, avant qu'elle ne parvienne dans l'aquarium ou faire passer l'eau ? travers un ?cumeur. De cette fa?on le gaz carbonique se trouve expuls?.
Mais est-ce raisonnable? Que se passe t'il lors d'une augmentation du pH de l'eau provenant en retour du r?acteur ? calcaire? Avec sa valeur de pH en sortie, l'eau a acquis la quantit? maximale d'ions calcium (CA²⁺) et d'ions bicarbonate (HCO₃-), lorsque le r?acteur ? calcaire est r?gl? de fa?on optimale. Maintenant le pH est augment?. Comme d?j? signal?, le calcaire se dissout en eau acide et en milieu alcalin, le calcaire pr?cipite comme substance solide blanche. Si la valeur du pH de l'eau de retour est augment?e, moins de calcaire peut ainsi ?tre dissous et ainsi l'exc?dent pr?cipite sous forme de substance solide blanche. Il est possible de le constater soit comme pr?cipipit? blanc dans le r?cipient, l? o? l'eau est a?r?e soit dans le r?cipient ? ?cume de l'?cumeur sous forme d'un r?sidu blanc comme la neige. Une augmentation du pH de l'eau de sortie du r?acteur ? calcaire pourvoit ? une pr?cipitation du cal-caire dissous auparavant. L'efficacit? du r?acteur ? calcaire se trouve ainsi partiellement neutralis?e. Il ne faut pas augmenter la valeur du pH.
Mais que se passe-t'il si l'eau acide de retour goutte (sans couler !) dans l'aquarium d'eau de mer, qui a un pH de par exemple 8.1 ? Dans ce cas se produit-il ?galement une pr?cipitation de calcaire? Le retour doit toujours se faire dans le courant. Par la r?partition imm?diate d'une goutte individuelle dans beaucoup de litres d'eau de l'aquarium la pr?cipitation est largement emp?ch?e, puisque la quantit? en ions calcium (CA²⁺) et en ions bicarbonates (HCO₃-) se r?partit dans l'aquarium entier et n'est plus aussi concentr?e que lors de la sortie du r?acteur ? calcaire.

Utilisation simultan?e du r?acteur ? calcaire et du "Kalkwasser"
Certains aquariums d'eau de mer fonctionnent avec un r?acteur ? calcaire et en m?me temps l'eau de compensation de "Kalkwasser". Et malgr? cela la valeur du KH et/ou celle du calcium dans l'aquarium ne sont pas suffisants. A quoi cela peut-il ?tre d? ? Les appareils sont-ils trop petits ou d'autres facteurs jouent-ils ?galement un r?le? Comme mod?le il faut se repr?senter un aquarium d'eau de mer (pH 8) en tant que r?cipient, dans lequel un r?acteur ? calcaire a donn? un ion calcium (CA²⁺) et un ion bicarbonate (HCO₃-). L'ion bicarbonate va rapidement ?tre transform? en un ion carbonate (CO₃^2-), voir plus haut. Les deux ions sont compl?tement libres et jusqu'? ce qu'ils se rencontrent et forment de nouveau du calcaire (CaCO₃), cela n?cessite beaucoup de temps.
A pr?sent arrivent ? partir du Kalkwasser par exemple 100 ions calcium. Dans le r?cipient se trouvent d?sormais 101 ions calcium (CA²⁺) et un ion carbonate (CO₃^2-). Maintenant il est vraisemblable, qu'un ion calcium trouve l'ion carbonate beaucoup plus grand et ainsi le calcaire pr?cipite beaucoup plus vite. Cet effet peut aussi ?tre observ? lorsque le "Kalkwasser" est ajout? directement, manuellement dans l'aquarium. Alors, l'endroit de l'entr?e se colore pour peu de temps en blanc. Par l'utilisation simultan?e d'un r?acteur ? calcaire et de "Kalkwasser" le carbonate pr?sent dans l'aquarium est pr?cipit? sous forme de calcaire et n'est plus disponible pour les coraux. Le "Kalkwasser" se trouve en contradiction avec le r?acteur ? calcaire.

Ainsi il faut utiliser seulement une m?thode, "Kalkwasser" ou r?acteur ? calcaire, ce dernier permettant une r?gulation exacte du KH et du calcium.

Dipl.-lng. (FH) Lars Sebralla
www.lars-sebralla.de