Qualité de l'eau, corrosion et désembouage

L'eau d'un réseau de chauffage est enfermée pour des années. Ce qu'elle apporte au remplissage, du calcaire et de l'oxygène, se dépose ou réagit une fois pour toutes ; ce qui use l'installation, ce sont les apports répétés. Ce chapitre chiffre les deux mécanismes sur les installations du cours, la maison et la chaufferie de bureaux, puis décrit le traitement et le suivi qui les tiennent en respect.

64.1 L'eau d'un circuit fermé

Quatre grandeurs suffisent à décrire une eau de remplissage. La dureté totale (TH, titre hydrotimétrique) compte le calcium et le magnésium dissous ; on l'exprime en degrés français, 1 °f valant 10 mg/L de carbonate de calcium équivalent. Le titre alcalimétrique complet (TAC) compte les bicarbonates et les carbonates, dans la même unité. Le pH dit si l'eau est acide ou basique, et la conductivité, en µS/cm, donne une mesure globale des sels dissous. S'y ajoute l'oxygène dissous : une eau du robinet est saturée d'air.

La chaufferie du socle est remplie avec une eau d'exemple de TH 25 °f, TAC 20 °f, pH 7,60 et 550 µS/cm. Le tableau la compare à la même eau adoucie et à une eau déminéralisée.

TH et TAC en °f. CaCO₃ : calcaire précipitable en mg/L, min(TH, TAC) × 10 mg/L. Démin. : déminéralisée. Adoucie : dureté résiduelle de 0,5 °f (exemple), calcium échangé contre du sodium, conductivité recalculée avec les conductivités ioniques publiées. Déminéralisée : eau pure en équilibre avec le CO₂ de l'air. Oxygène dissous : 11,38 mg/L pour les trois eaux à 10 °C.

L'adoucisseur échange le calcium contre du sodium : la dureté disparaît, mais les sels restent, d'où une conductivité presque inchangée. La déminéralisation retire presque tous les ions. Laissée à l'air, l'eau pure dissout un peu de dioxyde de carbone et son pH descend à 5,60 ; le calcul du modèle du cours retrouve la valeur de 5,6 que donnent les manuels pour l'eau de pluie. Aucun de ces traitements ne retire l'oxygène : les trois eaux arrivent avec 11,38 mg/L.

64.2 Le tartre

Le calcium dissous est en équilibre avec les bicarbonates et le dioxyde de carbone :

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O

La chaleur déplace l'équilibre vers la droite : le CO₂ devient moins soluble et le carbonate de calcium, moins soluble à chaud, précipite. L'indice de saturation de Langelier mesure cette tendance. On calcule le pH auquel l'eau serait juste à l'équilibre, pH_s, et on le compare au pH réel :

pH_s = 9,3 + A + B − C − D LSI = pH − pH_s

A tient compte des sels dissous, B de la température, C du calcium (ici tout le TH, compté comme calcium) et D de l'alcalinité, tous deux en mg/L de CaCO₃. Pour l'eau brute (sels dissous estimés à 358 mg/L), l'indice vaut +0,06 à 10 °C, presque l'équilibre ; +0,73 à 45 °C, +0,99 à 60 °C, +1,32 à 80 °C, à pH supposé inchangé à chaud. Une eau à indice positif dépose. Adoucie, la même eau reste sous-saturée même à 80 °C (−0,37).

Dans un circuit fermé, la masse de tartre est bornée : seule la dureté carbonatée, le plus petit de TH et TAC, peut précipiter en carbonate, soit 200 mg/L pour l'eau brute. Les 5 °f restants, liés à des sulfates ou des chlorures, restent dissous. Le dépôt ne se répartit pas sur tout le réseau. Il se forme là où l'eau est la plus chaude, sur la paroi de l'échangeur de la chaudière, et d'abord sur la zone la plus chargée, à l'entrée des fumées.

Exemple 1. Remplir la maison à l'eau brute.

1. La maison du chapitre 17 contient 30,55 L d'eau. Au remplissage, 200 mg/L de calcaire précipitable donnent 30,55 × 0,200 = 6,11 g de CaCO₃ (7,64 g si tout le calcium précipitait).
2. Avec une masse volumique de 2,71 g/cm³, ce dépôt occupe 2,25 cm³, une demi-cuillère à café.
3. Sur une surface d'échange d'exemple de 0,36 m² côté eau (0,03 m² par kW de la chaudière de 12 kW), l'épaisseur moyenne est de 6,3 µm.
4. Ajoutons un appoint d'exemple de 5 L par an pendant dix ans : l'installation reçoit 2,64 fois son volume. Le tartre monte à 16,11 g, 16,5 µm en moyenne.

C'est négligeable. Une maison bien tenue peut être remplie à l'eau du réseau si sa dureté reste modérée ; c'est l'appoint répété qui fait le dégât.

64.3 Ce que coûte une couche de tartre

Le tartre est un isolant. Sa conductivité thermique dépend de sa porosité ; l'ordre de grandeur publié va de 0,5 à 3 W/(m·K), et ce chapitre prend 1 W/(m·K). Une couche d'épaisseur e ajoute une résistance e/λ (chapitre 5). Avec les ordres de grandeur usuels des métaux, 1 mm de tartre résiste comme 50 mm d'acier, 15 mm d'inox ou 160 mm d'aluminium.

La chaleur à transmettre change peu, puisque c'est la flamme qui la fournit. Pour faire passer un flux q à travers la couche, la paroi doit chauffer davantage :

Δθ_métal = q · e / λ

Pour chiffrer l'effet, le modèle du cours découpe la partie convective de l'échangeur en tranches à contre-courant (chapitre 8). Les fumées y entrent à 700 °C, hypothèse d'exemple du chapitre 28, et l'échangeur propre est calé pour que les fumées sortent comme dans le socle, au retour plus 3 K plus 7 K fois la charge. Le flux est très inégal : au point le plus chaud, il vaut près de cinq fois la moyenne. Le modèle y loge le tartre en proportion.

Pour une chaudière de la chaufferie, à −7 °C, bureaux occupés (retour 35,0 °C, charge 56,6 %), le flux moyen vaut 6,56 kW/m² et le flux au point chaud 31,89 kW/m², 4,86 fois plus.

Épaisseurs e en mm (max : au point le plus chaud), écarts en K, rendement en points. Une chaudière de 35 kW de la chaufferie, 1,05 m² côté eau, partie convective seule ; λ du tartre 1 W/(m·K) ; rendement de combustion du socle à la température de fumées obtenue.

Le résultat surprend : le rendement perd peu. L'échangeur propre a une marge de surface, et la partie encore propre, du côté du retour, reprend presque tout ce que la partie entartrée ne transmet plus ; les fumées ne sortent qu'un peu plus chaudes (le lien entre fumées et rendement est au chapitre 61). La paroi chaude, elle, en souffre. Plus de cent kelvins sur un métal mince, c'est la dilatation inégale, les fissures et l'ébullition locale qui fait chanter l'échangeur. Le tartre d'une chaudière se paie en durée de vie plus qu'en gaz. Ce modèle ignore la zone de rayonnement autour du brûleur, plus chargée encore.

64.4 Pourquoi les grandes installations sont plus sensibles

Le tartre total est proportionnel au volume d'eau ; la surface qui le reçoit, à la puissance des générateurs. Le bon indicateur est donc le volume par kilowatt. La maison compte 30,55 L pour 11,63 kW utiles en 80/60 °C : 2,63 L/kW, ou 381 W par litre. La chaufferie en a 620,9 L pour 67,85 kW : 9,15 L/kW et 109 W par litre, ou 18,30 L par kW d'une seule chaudière. Par kilowatt utile, le remplissage apporte 0,53 g de tartre dans la maison et 1,83 g dans la chaufferie, 17,0 et 59,1 g par m² d'échange.

La règle technique allemande VDI 2035 Blatt 1:2021-03 repose sur ce principe : elle fixe la dureté admissible de l'eau de remplissage et d'appoint selon la puissance totale et le volume spécifique de l'installation, plus sévèrement quand la puissance ou le volume par kilowatt augmentent. Ce chapitre n'en reprend pas les seuils ; ils figurent dans le texte et, souvent plus stricts, dans les notices des fabricants de chaudières.

Exemple 2. La chaufferie de bureaux remplie à l'eau brute.

1. Volume d'eau : 620,9 L. Tartre du remplissage : 620,9 × 0,200 = 124,2 g, soit 45,8 cm³.
2. Surface d'exemple : 1,05 m² par chaudière de 35 kW, 2,1 m² pour les deux. Épaisseur moyenne : 21,8 µm.
3. Si la première chauffe se fait sur une seule chaudière, tout le dépôt s'y concentre : 43,6 µm. Il vaut mieux faire la première montée en température avec les deux chaudières ensemble.
4. Supposons maintenant une fuite non réparée compensée par l'appoint automatique, un volume par an, soit 621 L/an pendant dix ans. Le tartre atteint 1,37 kg : 0,240 mm en moyenne, 1,17 mm au point chaud, où le métal chauffe de 35,2 K de plus. Les fumées ne sortent que 0,29 K plus chaudes, pour 0,09 point de rendement sur PCS.

Sur la figure, le sélecteur choisit l'eau de remplissage et d'appoint, et l'inhibiteur ; le curseur règle l'appoint annuel. La lecture donne, pour la chaufferie sur dix ans, la masse de tartre, son épaisseur moyenne sur les échangeurs et la masse de fer oxydée. Sans geste du lecteur, une visite automatique parcourt quelques cas, et reprend dix secondes après la dernière action.

64.5 L'oxygène et l'acier

Dans un réseau fermé, l'acier se corrode tant qu'il reste de l'oxygène dissous. Le produit stable, dans une eau chaude pauvre en oxygène, est la magnétite, un oxyde noir et magnétique :

3 Fe + 2 O₂ → Fe₃O₄

Avec les masses molaires, 1 g d'oxygène consomme 2,618 g de fer et forme 3,618 g de magnétite. L'eau de remplissage à 10 °C contient 11,38 mg/L d'oxygène (loi de Henry, chapitre 25). La maison en reçoit 348 mg au remplissage, qui oxydent 0,91 g de fer en 1,26 g de magnétite. La chaufferie en reçoit 7,06 g, de quoi oxyder 18,5 g de fer en 25,6 g de magnétite, 4,9 cm³.

C'est très peu. Répartis sur les 84,0 m² intérieurs des tubes de la chaufferie, 18,5 g de fer font une perte uniforme de 0,028 µm. Une fois l'oxygène consommé, la corrosion s'arrête : un réseau étanche ne rouille presque pas, quel que soit son âge. Le danger vient de l'oxygène qui entre en permanence. Il suffit de 0,95 mg par jour pour apporter à la maison, chaque année, autant d'oxygène qu'un remplissage complet ; 19,4 mg par jour pour la chaufferie.

Les entrées courantes sont connues. L'appoint d'abord, qui suit toute fuite. Un vase d'expansion sous-gonflé ou mal placé, ensuite, laisse le point haut passer sous la pression atmosphérique : les purgeurs y aspirent de l'air au lieu d'en rejeter (chapitre 25). Les tubes de synthèse sans barrière anti-oxygène, enfin, laissent diffuser l'oxygène à travers leur paroi ; c'est le cas de planchers chauffants anciens (chapitre 27). Une installation qui réclame de l'eau tous les mois ou qui fait des boues noires a l'un de ces trois défauts : on le répare avant de traiter l'eau.

64.6 Corrosion galvanique et bactérienne

Deux métaux différents en contact dans la même eau forment une pile : le moins noble se dissout. Dans l'ordre usuel de la série galvanique, l'aluminium est le moins noble, puis l'acier, puis le cuivre. Un raccord direct cuivre sur acier ronge l'acier près du joint ; un échangeur en aluminium raccordé à un réseau de cuivre et d'acier est exposé à son tour. L'eau peu conductrice limite le courant de la pile : c'est l'un des avantages d'une eau déminéralisée. Les ions cuivre dissous, en se redéposant sur l'aluminium ou l'acier, y amorcent aussi des piqûres.

Les réseaux basse température, planchers chauffants surtout, peuvent abriter des bactéries. Certaines réduisent les sulfates et produisent du sulfure d'hydrogène, d'autres forment des voiles qui bouchent les tubes et piquent l'acier sous le dépôt. Une eau trouble, une odeur d'œuf pourri à la purge ou des boues gélatineuses sont les signes ; le traitement est un nettoyage suivi d'un biocide compatible, choisi avec le fournisseur des produits.

64.7 Le pH et l'aluminium

Le pH décide de la protection des métaux. L'acier se couvre d'une couche de magnétite protectrice en eau légèrement basique ; l'aluminium, lui, n'est passif que dans une fenêtre étroite, car son oxyde se dissout en milieu acide comme en milieu trop basique. Les diagrammes de Pourbaix publiés montrent ces deux domaines. Les fabricants de chaudières à échangeur en aluminium demandent donc une plage de pH étroite, de l'ordre de 8 à 8,5 ou 9 selon les notices ; c'est un ordre de grandeur, à vérifier sur la notice de l'appareil.

Deux pièges suivent. Une eau adoucie, en chauffant, perd son CO₂ et ses bicarbonates se changent en carbonates : son pH monte, parfois au-delà de la limite de l'aluminium. Une eau déminéralisée part au contraire d'un pH de 5,60 ; dans le réseau, il remonte de lui-même quand l'oxygène est consommé et que la magnétite se forme, mais la première mesure, faite trop tôt, inquiète à tort. Dans les deux cas, on mesure le pH quelques semaines après la mise en eau, et on le corrige s'il le faut avec un produit adapté.

64.8 Les boues et le désembouage

La magnétite ne reste pas sur les parois. Avec les paillettes de tartre et les débris de chantier, elle forme une boue noire et lourde qui se dépose là où l'eau ralentit : le bas des radiateurs, qui restent alors froids en bas, les vannes d'équilibrage, les échangeurs à plaques et les circulateurs à rotor noyé, dont l'aimant permanent la capte. Avec un volume d'appoint par an pendant dix ans, la chaufferie produirait 281 g de magnétite, 54,4 cm³.

On la capte avec un pot à boues : la vitesse y baisse, les particules décantent et se vident par une vanne en bas. Le pot à boues magnétique ajoute un barreau aimanté qui retient la magnétite fine ; on le monte sur le retour, en amont de la chaudière et du circulateur, et on le purge à chaque visite d'entretien (chapitre 72).

Le désembouage d'un réseau encrassé se fait par rinçage à fort débit, boucle par boucle, éventuellement après circulation d'un produit qui décolle les dépôts, puis rinçage jusqu'à une eau claire ; l'EN 14336:2025 décrit le rinçage, le remplissage et la purge à la mise en service. Il est indispensable avant de poser une chaudière à condensation sur un vieux réseau : ses passages d'eau étroits se colmateraient vite. Le produit chimique se rince entièrement avant la mise en eau définitive.

64.9 Traiter et suivre

Le traitement découle de ce qui précède. Remplir avec une eau adoucie ou déminéralisée supprime le tartre ; l'eau déminéralisée limite aussi la corrosion galvanique, mais demande un contrôle du pH. Un inhibiteur protège ensuite les métaux en formant un film et, pour certains, en fixant l'oxygène. Il agit tant que sa concentration reste au-dessus d'un minimum. L'appoint le dilue : en mélange parfait, la concentration suit c/c₀ = exp(−n), n étant l'appoint cumulé en volumes d'installation.

n_protégé = ln(c₀ / c_min)

Dosé au double du minimum, l'inhibiteur couvre 0,693 volume d'appoint : 6,9 ans à un dixième de volume par an, 8,3 mois à un volume par an. Un inhibiteur ne se pose pas une fois pour toutes : on mesure sa concentration et on le complète.

Le suivi tient en trois gestes. Un compteur d'eau sur le remplissage dit combien d'eau est entrée ; on reporte ses relevés au carnet d'entretien avec les analyses et les produits ajoutés (chapitres 69 et 70). Une analyse de l'eau du réseau, au moins dureté, pH et conductivité, se fait d'usage à la mise en service, puis quelques semaines plus tard, puis chaque année. Enfin, un appoint qui augmente est une alarme : on cherche la fuite.

Le remplissage protège aussi l'eau potable. L'EN 1717 classe les fluides selon leur danger. Une eau de chauffage, surtout additivée, ne doit jamais refluer vers le réseau public : on remplit par un ensemble de protection, en pratique un disconnecteur, et le flexible de remplissage provisoire est débranché après usage. La figure place ce disconnecteur après l'adoucisseur.

Exemple 3. Brute, adoucie ou déminéralisée, sur dix ans.

1. Chaufferie de bureaux, appoint modéré d'un dixième de volume par an, 62 L/an : en dix ans, remplissage compris, l'installation reçoit deux fois son volume.
2. Tartre : 248,4 g avec l'eau brute, 6,2 g avec l'eau adoucie, rien avec l'eau déminéralisée.
3. Fer oxydé : 37,0 g dans les trois cas, l'oxygène ne dépendant pas du traitement. Avec un inhibiteur dosé au double du minimum, 5,7 g : seuls les appoints au-delà de 0,693 volume attaquent l'acier.
4. Avec un volume d'appoint par an, l'eau brute dépose 1,37 kg de tartre, l'eau adoucie 34,2 g ; le fer oxydé atteint 203,4 g, et encore 172,1 g avec l'inhibiteur jamais complété.

Le traitement de l'eau ne compense donc pas une fuite. Il règle le tartre ; seule l'étanchéité règle l'oxygène.

À retenir

• Seule la dureté carbonatée, min(TH, TAC), précipite : 200 mg/L pour l'eau d'exemple. Le dépôt se forme sur la paroi la plus chaude, celle de l'échangeur de la chaudière.
• Le remplissage d'une installation étanche apporte peu de tartre : 6,11 g pour la maison, 124,2 g pour la chaufferie. Les appoints répétés multiplient ces masses.
• Le tartre coûte peu de rendement mais échauffe la paroi : Δθ = q · e / λ, 125 K pour 1 mm en moyenne dans l'exemple de la chaufferie.
• Les installations à grand volume par kilowatt sont les plus sensibles ; la VDI 2035 en fait son critère.
• 1 g d'oxygène oxyde 2,618 g de fer en magnétite. Un réseau étanche ne rouille presque pas ; l'oxygène qui entre en continu le détruit.
• L'aluminium demande une plage de pH étroite ; l'eau adoucie et l'eau déminéralisée se surveillent au pH.
• Pot à boues magnétique sur le retour, désembouage avant une chaudière à condensation, compteur d'appoint, carnet et analyse annuelle ; disconnecteur au remplissage.

Sources publiques : VDI 2035 Blatt 1:2021-03, Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen – Steinbildung und wasserseitige Korrosion (principe seulement, aucun seuil repris) ; EN 14336:2025, installation et mise en service des installations de chauffage et de refroidissement à eau, dont le rinçage, le remplissage et la purge ; EN 1717:2025+A1:2026, protection contre la pollution de l'eau potable dans les réseaux intérieurs ; W. F. Langelier, « The analytical control of anti-corrosion water treatment », Journal AWWA 28, 1936 (indice de saturation, forme approchée usuelle des manuels de traitement de l'eau) ; CRC Handbook of Chemistry and Physics (masses volumiques, conductivités ioniques limites) ; IAPWS G7-04, solubilité des gaz dans l'eau (via le chapitre 25) ; R. Sander, « Compilation of Henry's law constants », Atmospheric Chemistry and Physics 15, 2015 (CO₂, via le chapitre 28) ; M. Pourbaix, Atlas d'équilibres électrochimiques, 1963 (domaines de passivité du fer et de l'aluminium). Calculs : le modèle du cours, avec le modèle commun du cours.