Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants

Transcription

1 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 1779 Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants par René CAHAY Université de Liège - Didactique de Chimie - Liège (Belgique) rcahay@ulg.ac.be René LINARD Université de Liège - Électrochimie - Liège (Belgique) rlinard@ulg.ac.be Raymonde MOUTON-LEJEUNE Collaboratrice «Jeunes chimistes au travail à l université» Université de Liège et Arnaud DUMONT Chimiste à la Société Vandeputte - Mouscron RÉSUMÉ Cet article propose un certain nombre de manipulations sur les eaux dures, leurs inconvénients et quelques moyens de les pallier. Depuis une vingtaine d années, la section de chimie de l université de Liège, organise, avec l aide de professeurs du secondaire une douzaine de mercredis après-midi consacrés à des séances de travaux pratiques organisés dans les laboratoires universitaires («Jeunes chimistes au travail à l université»). Ainsi, chaque année, plus de 1200 élèves de l enseignement secondaire ont l occasion de manipuler et de s initier à la chimie expérimentale. Ces dernières années, dans la région liégeoise, l approvisionnement en eau de plusieurs communes a été modifié suscitant des réactions vives de nombreux habitants habitués à employer de l eau assez douce. Ces réactions nous ont conduit à proposer une séance de travaux pratiques axée sur le problème des eaux dures. Dans ces travaux pratiques, les élèves ont l occasion de mettre en évidence et de comprendre : La formation des eaux dures (fiche 1). Les inconvénients des eaux dures (fiche 2 : manipulations 1 et 2). Des moyens pour empêcher la formation de dépôts calcaires (fiche 3) : a) zéolite ou anticalcaire (manipulation 1) ; b) adoucisseur ou déminéraliseur (manipulation 2).

2 1780 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Un tableau comparatif des résultats figure dans l annexe 1. Les élèves examinent aussi l action des détartrants pour se débarrasser des dépôts calcaires et font une étude comparative de différents détartrants commerciaux (fiche 4) : a) ils recherchent l agent efficace dans un détartrant (manipulation 1) ; b) ils mesurent l efficacité d un détartrant (manipulation 2). Chaque manipulation figure sur une fiche reprenant l objectif poursuivi, le matériel et les produits mis à disposition, le mode opératoire à suivre, éventuellement des questions et des informations. Les manipulations proposées peuvent faire l objet d une seule séance de travaux pratiques ou être proposées séparément. Dans le premier cas, comme l attaque du marbre par un détartrant nécessite un certain temps, les élèves sont invités à commencer par les manipulations décrites dans la fiche 4. Les expériences proposées ont nécessité une série de mises au point expérimentales évoquées ci-dessous. ATTAQUE DU MARBRE Il serait évidemment préférable de disposer de morceaux de marbre de même forme et de même masse. Toutefois, nos essais (cf. figures 1a et 1b) ont montré que l on obtient des résultats satisfaisants en utilisant des morceaux irréguliers de marbre blanc de masses comprises entre 2 et 4 grammes et une durée d attaque d une heure. On obtient des résultats plus reproductibles lorsqu on réalise la manipulation sans agitation. a) Influence de la durée d attaque. b) Influence de la masse de l échantillon. Figure 1 : Attaque du marbre dans un détartrant commercial dilué cinq fois. Le séchage des morceaux de marbre n a pas une importance primordiale. Les essais effectués (séchage à l eau, séchage au moyen de papier essuie-tout, séchage à l étuve pendant trente minutes à 100 C) ont montré que le séchage à l étuve n était pas nécessaire. En ce qui concerne les détartrants, des détartrants commerciaux dilués cinq fois conviennent bien. Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants BUP n o 839

3 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 1781 CHOIX DE LA CALMAGITE Pour détecter les ions Ca 2+ «libres», le test de précipitation de l oxalate de calcium ne convient pas car il n est pas possible de détecter un précipité de CaC 2 O 4 en présence de zéolite. Comme cette dernière est difficile à filtrer, on a cherché une réaction utilisant un indicateur coloré. Le test à calmagite s est révélé le plus adéquat : la variation de coloration du milieu est bien visible et la solution de calmagite (0,1 % en masse dans l eau) se conserve sans difficulté plusieurs mois. PRÉPARATION DE LA SOLUTION DE SAVON Dans 100 ml d une solution hydroalcoolique (60 % en volume d éthanol dénaturé), ajouter quelques grammes de gros morceaux d une brique de savon de Marseille pur ou de savon Sunlight. Agiter pendant une heure au moyen d un agitateur magnétique et filtrer. Dans la manipulation présentée (manipulation, fiche 2), la solution de savon ainsi préparée permet une différentiation rapide des eaux dures et douces avec le nombre de gouttes de solution savonneuse suggéré. Il est aussi possible d utiliser une solution de savon dite hydrotimétrique pour déterminer semi-quantitativement la dureté d une eau. REMERCIEMENTS Nous remercions David SEMPELS et la Société Lever pour la fourniture d un échantillon de zéolite, Marc GERLACHE (Compagnie Intercommunale Liégeoise des Eaux) pour la documentation fournie et ses suggestions, le Fonds de la Recherche Fondamentale Collective d Initiative Ministérielle (subvention FRSFC-IM ) pour son soutien financier. René CAHAY, chargé de cours à l université de Liège, est responsable de la didactique de la chimie. Ses préoccupations : réconcilier les jeunes avec les sciences et la chimie en particulier ce qui l a amené à organiser des séances de travaux pratiques pour les élèves du secondaire, à mettre au point et animer des séances de démonstrations sur différents thèmes (piles et accumulateurs, énergie chimique, polymères, eaux,...). Ces activités ont débouché sur la mise au point de valises pédagogiques.

4 1782 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Annexe 1 Test comparatif de différentes eaux Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants BUP n o 839

5 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 1783 Fiche 1

6 1784 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants BUP n o 839

7 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 1785

8 1786 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Fiche 2 Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants BUP n o 839

9 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 1787

10 1788 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants BUP n o 839

11 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 1789

12 1790 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Fiche 3 Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants BUP n o 839

13 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 1791

14 1792 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants BUP n o 839

15 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 1793

16 1794 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Fiche 4 Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants BUP n o 839

17 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 1795

18 1796 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Calcaire, eaux dures, anticalcaires et détartrants BUP n o 839

19 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 1797