C’est quoi la conductivité de l’eau?

La conductivité de l’eau représente la capacité de celle-ci à conduire un courant électrique. Il est important de préciser qu’à son état pur, l’eau ne conduit pas l’électricité. Pour présenter la qualité de conducteurs, l’eau doit posséder des cations et des anions quelconques qui permettront le transfert d’énergie.

Sachant cela, vous comprenez donc qu’une eau présentant une conductivité élevée est aussi fortement concentrée en matière dissoute totale.

L’unité de mesure utilisée pour exprimer la conductivité d’un échantillon d’eau est le Siemens par centimètre (S/cm) ou le microsiemens par centimètres (µs/cm). L’expression µs/cm peut être exprimée en ppm afin de rendre sa compréhension plus simple. D’ailleurs, certains conductimètres effectuent le calcule automatiquement. Pour mettre les choses en perspectives, un microsiemens représente la conductivité électrique égale à 1/1 000 000 de Siemens.

Le Siemens, quant à lui, est une unité de mesure comprise dans le système international d’unités. Lorsqu’exprimé à l’égard de courant alternatif, le Siemens représente la relation réciproque entre l’impédance et les ohms. Alors que pour le courant continu, le Siemens représente la relation réciproque entre la résistance et les Ohms.

Avant d’aller plus loin, rappelons que la conductivité de l’eau est affectée par le type d’ions se retrouvant dans l’eau et leur quantité. En effet, le type d’ion se retrouvant dans un plan d’eau aura un impact sur la conductivité puisque certains matériaux sont de meilleur conducteur que d’autres. En ce qui a trait à la quantité, il est logique de penser que plus il y a de conducteurs, plus la conductivité sera élevée. Enfin, la température de l’eau impactera proportionnellement la conductivité de celle-ci. Brièvement, l’augmentation de la température de l’eau augmente la solubilité des minéraux et la mobilité des ions s’y trouvant. C’est la raison pourquoi une augmentation de 1°C peut représenter l’augmentation de la conductivité de 2 à 4% de la conductivité.

C’est quoi des matières dissoutes totales?

Les matières dissoutes totales (MDT) sont des contaminants organique et inorganique pouvant se retrouver dans l’eau de façon naturelle ou non. Puisqu’ils sont à la source de la conductivité, il est important de préciser qu’ils sont des cations et des anions. Parmi les cations se retrouvant le plus souvent dans les eaux canadiennes sous formes dissoutes, nous retrouverons le calcium, le magnésium, le sodium et le potassium. En ce qui a trait aux anions, on retrouve le carbonate, le bicarbonate, le chlorure, le sulfate et le nitrate.

Brièvement, les matières se dissolvent dans l’eau grâce à l’érosion des sols, le ruissellement ou la décomposition de la flore. Puisque les liaisons covalentes des molécules d’eau (H2O) sont plus résistantes que les liaisons ioniques de ces contaminants, la molécule d’eau brise les liens entre ceux-ci. Une fois ces liaisons brisées, les molécules d’eau, qui présente une polarité spéciale, viennent entourer les ions.

Est-ce que la conductivité de l’eau est dangereuse pour la santé

Pour répondre rapidement, la réponse est non. Comme préciser plus haut, la conductivité de l’eau représente la concentration en matières dissoutes totale se trouvant dans celle-ci. Puisque les MDT représentent généralement des minéraux, ils ne sont pas néfastes pour la santé humaine. En revanche, de l’eau ayant des matières dissoutes totales est sujette à présenter des odeurs particulières, des couleurs peu attrayantes et des gouts particuliers.

Finalement, il est important de préciser que même si de façon générale la consommation d’eau présentant une conductivité quelconque ne présente pas de risque pour la santé, il y a évidemment des exceptions. Consommer continuellement ces contaminants peut générer un excès en certains minéraux et impacter votre corps de façon varié. D’ailleurs, c’est pourquoi il est reconnu que des concentrations en matières dissoutes totales dépassant les 1000mg/l ou 1000ppm, n’est pas convenable à la consommation humaine.

Pourquoi surveiller la conductivité est important?

De façon générale, la conductivité de l’eau ne présente pas de danger pour les équipements de traitement d’eau. Toutefois, pour certaines utilisations précises comme l’eau de bouilloire haute pression ou la production de microprocesseur, la conductivité peut être problématique et peut causer des problèmes aux équipements ou aux produits.

Par exemple, pour les bouilloires haute pression, la présence de matières dissoutes totale, indirectement de conductivité, peut mener à la création de mousse dans la bouilloire. Si les bouilloires fournissent des turbines, la mousse peut promouvoir la formation de résidus sur les turbines. Cela peut affecter l’efficacité et la sécurité des équipements.

• D’ailleurs, pour en apprendre plus sur les systèmes de traitement d’eau pour bouilloire industrielle, nous vous invitons à regarder cet article By the way, to learn more about water treatment systems for industrial boilers, we invite you to look at this article:

Ensuite, il est important de rappeler que l’eau salée présente une conductivité élevée puisque les ions de sel sont des bons conducteurs. De ce fait, si la conductivité de votre eau est causée par la présence de sel, vos équipements peuvent en payer le prix puisque la présence de sel peut accélérer la corrosion des systèmes.

Comment diminuer la conductivité de l’eau

Sachant que la conductivité de l’eau provient des ions se trouvant dans celle-ci, il est évident que l’extraction de ces ions aura un impact sur la conductivité. Donc, pour atteindre une conductivité visée, il faut traiter l’eau en éliminant les contaminants conducteurs se trouvant dans celle-ci.

Nanofiltration

La nanofiltration est une technique de séparation fonctionnant grâce à une barrière physique (filtre) bloquant certains contaminants se trouvant dans l’eau. Les membranes de nanofiltration possèdent des pores de 0.001 micron, ce qui permet à ces filtres d’extraire des bactéries, des virus, des minéraux et même certains ions de sel.

Sans rentrer dans les détails superficiels, pour fonctionner, la nanofiltration nécessite une barrière physique et de la pression pour forcer l’eau à traverser les pores de la ou des membranes. La nanofiltration aura un impact sur la conductivité puisqu’elle à la capacité d’extraire les matières dissoutes se trouvant dans l’eau. Étant donné leur taille variable, certains ions ne peuvent être extraits par l’utilisation de la nanofiltration. C’est pourquoi, typiquement, l’utilisation de cette technologie permettra la diminution d’environ 50 à 70% de la conductivité de l’eau.

D’ailleurs, en fonction de la qualité d’eau à laquelle vous faites face, il se peut que des étapes de filtration soient nécessaires en amont de la nanofiltration puisqu’une eau présentant une trop grosse quantité de contaminants viendra encrasser trop rapidement les membranes et diminuera l’efficacité du traitement.

L’osmose inverse

L’osmose inverse est sans doute la technologie de traitement d’eau la plus versatile qui soit. Le principe d’osmose est très semblable à celui de la nanofiltration. La différence étant le type de membrane utilisé pour effectuer la séparation des contaminants. De façon simplifiée, la différence entre l’osmose inversée et la nanofiltration est la dimension des pores. En effet, les pores se trouvant sur les membranes osmotiques présentent une dimension de 0,0001 micron.

• Puisque l’osmose inverse est une technologie complexe et très populaire, nous avons préparé un article présentant en détail cette technologie!   Rendez-vous sur cette page pour en apprendre plus!

Lorsqu’une osmose inverse est utilisée pour la réduction de la conductivité, le principe est le même que celui de la nanofiltration : extraire les matières dissoutes dans l’eau. Contrairement à la nanofiltration, les osmoses inverses permettent l’extraction d’environ 90 à 95% de la conductivité dans l’eau. Pour atteindre un taux d’extraction de 95% de la conductivité, il se peut qu’une double osmose inverse soit nécessaire.

Encore une fois, à moins que l’eau d’alimentation soit particulièrement pure, l’osmose inverse ne peut pas généralement être utilisée seule sans quoi les membranes s’encrassent trop rapidement. Typiquement, la limite de concentration des matières dissoutes totales dans l’eau à traiter par une osmose inverse est de 70 000 ppm. Lorsque la concentration en MDT est supérieure à 70 000 ppm, les membranes d’osmose vont s’encrasser beaucoup trop rapidement.

Pour atteindre un taux d’extraction supérieure à celui offert par les osmoses inverses, il faut faire appel aux techniques de polissage qui sont des technologies installées en avale d’une osmose afin de venir extraire les résidus récalcitrants dans l’eau.

Électrodéionisation

Opérant sous le principe d’échange d’ions, l’électrodéionisation est une technique de polissage qui fonctionne en produisant un courant électrique de façon continu afin de régénérer continuellement un lit de résine. Lorsque l’eau entre en contact avec ledit courant, elle se décompose pour former une molécule d’H+ et une molécule d’OH-. Ces molécules sont responsables de la régénération de la résine anionique et cationique se retrouvant dans le module EDI.

Le principe d’échange ionique reste toujours le même, les ions contaminants sont échangés contre les ions permettant la production d’eau pure. Lorsque l’eau contaminée passe dans le lit de résine d’un module d’électrodéionisation, les ions H+ et OH- se retrouvant sur la résine sont échangés par les ions contaminant dans l’eau, ce qui produit de l’eau ioniquement pure.

Inversion d’électrodialyse

Fonctionnant grâce au principe «les contraires s’attirent », l’inversion d’électrodialyse permet le contrôle précis de la concentration en matière dissoute totale dans l’eau. À l’intérieur des modules d’électrodialyse se trouve deux électrodes et des membranes échangeuses d’ions. Les membranes sont placées de façon à alterner entre des membranes permettant le retrait des anions et des cations.

Les électrodes émettent un courant afin d’attirer les ions vers celles-ci. L’anode attire les anions et la cathode attire les cations. Donc, influencé par le courant électrique, les ions voyages vers les électrodes et sont bloqués par les membranes échangeuses d’ions. Afin d’éviter l’encrassement des membranes, la polarité des électrodes alterne plusieurs fois par heure et inverse la direction des ions.

Bien qu’il y ait plusieurs avantages à l’utilisation des modules EDR (electrodialysis Reversal), le fait qu’en ajustant l’intensité du courant émis à l’intérieur du module, la concentration en matières dissoutes totales peut être ajustée est sans doute le plus important.

Il faut toutefois préciser que l’utilisation de l’électrodialyse ne permet pas l’extraction de toutes les matières dissoutes dans l’eau. En général, chaque module permet l’extraction d’environ 40 à 50% des MDT présentes dans l’eau. Il se peut que l’installation de plusieurs modules EDR en série soit nécessaire pour atteindre la conductivité désirée. En revanche, il est reconnu qu’il n’est pas avantageux financièrement parlant de faire installer plus de trois modules EDR en série.

Filtre média échangeurs d’ions

Les filtres médias sont un type de traitement où l’eau traverse un média quelconque afin d’en extraire les contaminants. Bien qu’il existe une très grande variété de médias, pour la diminution de la conductivité de l’eau, seuls les médias permettant l’échange ionique peuvent être utilisés.

Pour assurer une bonne diminution de la conductivité grâce à des filtres médias, le système doit être fait en étapes, soit un échangeur d’ion à lit séparé. Pour commencer, afin d’éviter l’encrassement du média, il faut extraire les plus gros ions, soit les anions. Donc, un lit de médias anionique est installé afin de réduire les anions. Vient ensuite un lit de média cationique permettant l’extraction des cations. Finalement, pour terminer le traitement de façon efficace, l’eau passe dans un lit de résine mixte.

Avant d’aller plus loin, nous croyons important de préciser que l’échange d’ions est un procédé de permutation des ions positifs ou négatifs afin de modifier la composition ionique de la solution aqueuse sujette au traitement. Elle s’effectue grâce à des radicaux acides ou basiques qui se retrouvent dans la structure moléculaire de la résine et qui permettent un échange entre ceux se trouvant dans le liquide à traiter et ceux se trouvant sur les résines.

À moins que l’eau soit de très bonne qualité, ce type de traitement n’est généralement pas utilisé individuellement. En effet, c’est plutôt une technique de polissage afin de réduire au maximum la présence de matière dissoute dans l’eau.

Quelques mises en situation 

Afin de vous aider dans l’identification d’une solution optimale en fonction de vos besoins, nous présenterons trois situations. Dans la première, les besoins en eaux seront de moins de 20 gpm. La deuxième sera pour des besoins variant entre 20 et 500 gpm et la troisième visera les besoins de plus de 500 gpm.

Dans chacune de ces situations, deux qualités d’eau sont présentées : moins de 50 µs/cm et moins de 5 µs/cm.

Moins de 20 gpm

Pour la production de 20 gpm et moins d’eau avec une conductivité de moins de 50 µs/cm, c’est généralement l’osmose inverse qui sera suggérée. En ce qui a trait à la préfiltration nécessaire à votre osmose, cela variera en fonction de votre eau d’alimentation et nous ne traiterons pas de ce sujet dans cet article, mais nous vous invitons à visiter cette page pour en apprendre plus sur différentes technologies de filtration primaire.

Si vous nécessitez une eau de meilleure qualité, la meilleure option est l’ajout d’un échangeur ionique à lit de résine. Dans cette situation, pour ce type de technologie, deux situations s’offrent à vous. Vous pouvez faire installer un système complet d’échangeur d’ions à lit séparé ou, si vous avez un fournisseur de service à proximité, vous pouvez opter pour une option « Service DI ». Ces services consistent généralement en la location de réservoirs, de résine et la régénération de celle-ci. L’avantage est que vous n’avez pas à vous soucier de la gestion du risque relié à l’entreposage des matières dangereuses servant à la régénération et, les coûts associés sont généralement avantageux vu le peu d’eau nécessaire à vos opérations.

• Pour en apprendre plus sur les services de régénération, nous vous invitons à vous référer à notre site web par ici.

Bref, que vous optiez pour l’installation complète d’un système ou l’option Service DI, ces deux technologies ensemble permettront la production d’eau ayant une conductivité de moins de 5 µs/cm.

20 gpm à 500 gpm

Encore une fois, ici, pour la production d’eau ayant une conductivité de moins de 50 µs/cm, l’utilisation d’une osmose inverse seule serait l’idéal. En revanche, pour la production d’eau présentant moins de conductivité, à ce débit, l’échangeur ionique à lit de résine ne fournirait pas. C’est pourquoi il faudrait opter pour une combinaison d’osmose inverser + EDI.

En adoptant l’electrodéionisation, la conductivité de l’eau sera sous les 5 µs/cm. Malgré que l’investissement financier initial sera plus grand, la rentabilité à long terme sera beaucoup plus rentable et due aux faibles coûts d’utilisation des modules EDI.

500 Gpm et plus

Pour la production de 500 gpm d’eau et plus, c’est toujours le même principe. Pour une conductivité de moins de 50 µs/cm, l’osmose inverse seule est encore le meilleur choix. En revanche, pour la production d’eau de moins de 5 µs/cm, on retourne sur les échangeurs d’ions à lit de résine. Toutefois, dans cette situation, l’installation d’un système complet avec des résines à lit séparé et les régénérant sera nécessaire puisque les équipements deviennent trop massifs pour être transportés de façon économique.

La nanofiltration et les modules EDR

Comme vous l’avez probablement remarqué, dans ces suggestions, on ne retrouve pas les deux technologies citées ci-haut. C’est parce que la nanofiltration offre sensiblement le même type de traitement que l’osmose inverse, mais de façon moins efficace. Cette technologie pourrait être priorisée lorsque la conductivité visée est se situe entre 50 et 100 µs/cm.

En ce qui a trait à l’inversion d’électrodialyse, ces modules ont été conçus pour des utilisations précises où la concentration des matières en suspension est très élevée. De plus, ils sont très prisés lorsque la conductivité doit être réduite sans affecter la présence de certains « contaminants » dans l’eau. Par exemple, ils sont très répandus dans la gestion des eaux usées municipale où il ne faut pas extraire le chlore permettant la désinfection de l’eau.

Même si les modules d’inversion d’électrodialyse sont très dispendieux, les coûts d’utilisation sont généralement intéressants puisqu’aucune membrane ne doit être changée et l’énergie nécessaire à leur fonctionnement est relativement faible.

Les MDT et la conductivité, une histoire du passé

Rappelons que la conductivité de l’eau est causée par la présence des matières dissoutes dans celles-ci puisque l’eau pure ne conduit pas l’électricité. Les technologies permettant la réduction de la conductivité sont très variées. Nous vous avons présenté les plus répandues et les plus efficaces.

Quel que soit votre objectif de production d’eau, l’atteinte de celui-ci n’est pas un problème. Ce qui peut présenter des difficultés et l’identification de la meilleure solution en fonction de vos besoins. La sélection d’une mauvaise technologie n’aura pas pour effet de vous empêcher de diminuer la conductivité de l’eau. En revanche, les coûts et la rentabilité de votre équipement en seront affectés grandement.

Bref, nous espérons que vous aurez trouvé des réponses à vos questions dans cet article. Si vous avez d’autres questions, nous vous invitons à lire le reste de nos articles de blogue, à visiter notre FAQ ou à nous écrire directement.