Notions sciences : Acido-basicité, pH, chimie de l'eau
Notions mathématiques : Lecture de tableaux, comparaisons, inégalités
Niveau : Première Bac Pro ICCER
1. Mise en situation professionnelle
Contexte professionnel — Entretien annuel d'une chaudière
Lors de l'entretien annuel d'une chaudière gaz, un technicien chauffagiste constate du tartre dans l'échangeur et de la boue noire (embouage) dans le circuit. Il doit analyser l'eau du circuit pour déterminer la cause et proposer un traitement.
2. Le pH
Définition — pH
Le pH mesure l'acidité ou la basicité d'une solution sur une échelle de 0 à 14 :
1 mm de tartre = 10 % de perte de rendement
Le tartre est un isolant thermique. 1 mm de dépôt sur l'échangeur réduit le transfert de chaleur de 10 %. La chaudière consomme plus pour le même résultat.
Classer : a) pH = 3 b) pH = 7 c) pH = 11 d) pH = 6,5 e) pH = 8,2
Correction : a) Acide b) Neutre c) Basique d) Légèrement acide e) Légèrement basique
Exercice 2Eau douce ou dure ? (guidé)Socle
a) TH = 8 °f → … b) TH = 25 °f → … c) TH = 38 °f → … d) TH = 12 °f → …
Correction : a) Douce b) Moyennement dure c) Dure d) Douce
Exercice 3Risque entartrage ou corrosion ? (guidé)Socle
Pour chaque eau, indiquer le risque principal : a) pH = 6,2, TH = 8 °f b) pH = 8,5, TH = 35 °f c) pH = 7,5, TH = 20 °f
Correction : a) pH acide + eau douce → corrosion b) pH basique + eau dure → entartrage c) pH neutre + dureté moyenne → peu de risque (eau équilibrée)
Exercice 4Perte de rendement par le tartre (guidé)Socle
1 mm de tartre = 10 % de perte. Calculer la perte pour : a) 2 mm b) 3 mm c) 0,5 mm
Si la chaudière a un rendement de 95 % sans tartre, quel rendement avec 2 mm de tartre ?
Correction : a) 20 % b) 30 % c) 5 % Rendement avec 2 mm : 95 × (1 − 0,20) = 95 × 0,80 = 76 %
Exercice 5Analyse d'eau — diagnosticStandard
Le technicien analyse l'eau du circuit de chauffage et obtient : pH = 6,8, TH = 32 °f, conductivité = 850 µS/cm.
1. L'eau est-elle acide, neutre ou basique ? 2. Quelle est la dureté ? 3. Quels risques pour l'installation ? 4. Quel traitement proposer ?
Correction : 1. pH 6,8 → légèrement acide 2. TH 32 °f → eau dure 3. Double risque : corrosion (pH < 7) ET entartrage (TH > 30). L'installation va souffrir des deux. 4. Adoucisseur pour réduire le TH + inhibiteur de corrosion dans le circuit + pot à boues magnétique.
Exercice 6Coût du tartreStandard
Une chaudière de 24 kW (η = 105 %) a 3 mm de tartre. Consommation sans tartre : 15 000 kWh/an (gaz 0,12 €/kWh).
1. Rendement avec 3 mm de tartre. 2. Nouvelle consommation de gaz. 3. Surcoût annuel dû au tartre. 4. Un détartrage coûte 200 €. En combien de mois est-il rentabilisé ?
Un adoucisseur réduit le TH en échangeant les ions Ca²+ par des ions Na+. L'eau d'entrée a TH = 35 °f, l'adoucisseur la ramène à TH = 8 °f.
1. De combien de degrés le TH a-t-il baissé ? 2. L'eau adoucie (< 15 °f) est-elle bonne pour le chauffage ? 3. Pourquoi ne faut-il pas trop adoucir l'eau (TH < 5 °f) ?
Correction : 1. ΔTH = 35 − 8 = 27 °f 2. Oui, l'eau douce ne dépose pas de tartre. 3. L'eau trop douce devient agressive (corrosive) car elle dissout les dépôts protecteurs dans les tuyaux. Idéal : TH entre 8 et 15 °f.
Exercice 8Température et entartrageApprofondissement
Le calcaire se dépose principalement au-dessus de 60 °C. C'est pourquoi les chaudières à condensation (retour à 40 °C) s'entartrent moins que les classiques (retour à 70 °C).
1. Pourquoi la température favorise-t-elle le dépôt de calcaire ? 2. Un chauffe-eau stocké à 65 °C est-il à risque ? 3. Pourquoi ne peut-on pas simplement baisser la température du chauffe-eau à 50 °C ? 4. Quelle solution technique permet de limiter l'entartrage tout en maintenant 65 °C ?
Correction : 1. À haute température, le CO2 dissous s'échappe de l'eau, ce qui déplace l'équilibre chimique vers la précipitation du CaCO3 (calcaire). 2. Oui, 65 > 60 °C → risque d'entartrage. 3. En dessous de 55 °C, les bactéries Legionella se développent (risque sanitaire grave — légionellose). La réglementation impose T ≥ 55 °C en stockage et un choc thermique périodique à 65–70 °C. 4. Un adoucisseur en amont du chauffe-eau élimine le calcaire avant qu'il n'entre.
Un client se plaint que ses radiateurs sont chauds en haut mais froids en bas. Le technicien suspecte un embouage.
1. Expliquer pourquoi la boue (oxydes de fer) s'accumule en bas des radiateurs. 2. Quelles sont les causes de l'embouage (3 causes principales) ? 3. Décrire le procédé de désembouage chimique. 4. Comment prévenir l'embouage sur une installation neuve ?
Correction : 1. La boue (particules d'oxyde de fer) est plus dense que l'eau → elle sédimente en bas des radiateurs, bloquant la circulation. 2. Causes : (1) corrosion des tuyaux acier (eau agressive, entrée d'air) ; (2) appoints d'eau fréquents (eau neuve riche en oxygène) ; (3) absence de traitement (pas d'inhibiteur). 3. Désembouage : injecter un produit chimique (acide + dispersant), laisser agir 24–48 h, puis rincer abondamment tout le circuit. 4. Prévention : pot à boues magnétique (capture les oxydes), inhibiteur de corrosion, étanchéité du circuit (limiter les appoints d'eau).
Exercice 10Problème complet — traitement d'eauApprofondissement
Un technicien installe une chaudière à condensation dans une région où l'eau est dure (TH = 40 °f, pH = 8,0). L'installation fait 200 litres de volume d'eau.
1. Sans traitement, quel est le risque principal ? Pourquoi ? 2. Il installe un adoucisseur qui ramène le TH à 10 °f. L'eau est-elle maintenant équilibrée ? 3. Il ajoute un inhibiteur de corrosion à 1 % du volume d'eau. Quel volume de produit ? 4. Il pose un pot à boues magnétique. Où doit-il le placer sur le circuit (aller ou retour chaudière) ? Pourquoi ?
Correction : 1. Entartrage : TH = 40 °f (très dur) et pH = 8,0 (légèrement basique). Le calcaire se déposera rapidement dans l'échangeur de la chaudière. 2. TH = 10, pH = 8,0 → oui, équilibrée (TH entre 8 et 15, pH entre 7 et 8,5). 3. Vinhibiteur = 200 × 0,01 = 2 litres 4. Sur le retour chaudière (juste avant l'entrée dans la chaudière). Les boues sont captées avant d'entrer dans l'échangeur, qui est la partie la plus sensible.