Activité 2 – Détartrer un échangeur de chaudière à condensation SITUATION PRO

Chapitre 9 – Solutions aqueuses | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Chimie | ⏱ 35 min

Dernière mise à jour : 7 mai 2026, format manuel scolaire

Objectifs :

Calculer une quantité de matière à partir d'une masse : n = m / M
Utiliser la stœchiométrie d'une réaction acide-base pour calculer une quantité de réactif
Calculer un volume de solution à partir d'une concentration molaire
Sécuriser l'utilisation d'acide en plomberie

💡 Notions centrales : leçon §II (masse molaire), §III (n = m/M) et §IV (concentration molaire). Réaction acide carbonate : 2 HCl + CaCO₃ → CaCl₂ + CO₂ + H₂O.

Situation – chaudière de M. Garnier qui rendement chute

Marc, technicien chauffagiste chez « ProMaintenance » à Avignon, intervient chez M. Garnier dont la chaudière à condensation Vitodens 200 a vu son rendement chuter de 95 % à 88 % en 3 ans. Diagnostic : l'échangeur primaire est entartré (région à eau dure). Marc propose un détartrage chimique avec une solution d'acide chlorhydrique HCl. Il doit calculer la quantité exacte de produit nécessaire pour dissoudre les 200 g de tartre estimés, sans excès dangereux pour le matériel.

Document 1 — Données du tartre et de l'acide

Tartre = carbonate de calcium CaCO₃, masse molaire M = 100 g/mol
Masse de tartre estimée dans l'échangeur : m_tartre = 200 g
Acide chlorhydrique commercial : solution à concentration molaire C = 1,0 mol/L (acide dilué pour usage chauffagiste)
Réaction : 2 HCl + CaCO₃ → CaCl₂ + CO₂ + H₂O
Pour 1 mole de CaCO₃, il faut 2 moles de HCl (stœchiométrie)

Document 2 — Schéma du détartrage

Problématique : Quel volume exact de solution HCl à 1,0 mol/L Marc doit-il préparer pour dissoudre les 200 g de tartre, et combien de temps faut-il prévoir pour le rinçage ?

Question 1 REA

Calculer la quantité de matière n_tartre de CaCO₃ correspondant à 200 g, avec la relation \(n = m / M\).

n_tartre = m / M = 200 / 100 = 2,0 mol de CaCO₃

Question 2 REA

D'après l'équation de réaction (Doc 1, stœchiométrie 2:1), calculer la quantité de matière de HCl nécessaire pour dissoudre les 2,0 mol de tartre.

Pour 1 mole de CaCO₃ il faut 2 moles de HCl. Donc pour 2 moles de CaCO₃ : n_HCl = 2 × 2 = 4,0 mol de HCl.

Question 3 REA

La solution d'acide a une concentration C = 1,0 mol/L. Calculer le volume V de solution nécessaire pour fournir 4,0 mol de HCl, à l'aide de la relation \(V = n / C\).

V = n / C = 4,0 / 1,0 = 4,0 L de solution HCl à 1 mol/L.

C'est le volume théorique exact (stœchiométrique). En pratique, on prévoit toujours 10-20 % d'excès pour compenser les impuretés et garantir la dissolution complète. Marc préparera donc 5 L.

Question 4 ANA

Calculer la masse de CO₂ libérée par la réaction (M(CO₂) = 44 g/mol). Convertir en volume de gaz à 1 bar et 20 °C, sachant que dans ces conditions, 1 mole de gaz occupe 24 L (volume molaire).

D'après l'équation : 1 mole CaCO₃ → 1 mole CO₂. Pour 2 mol CaCO₃ : n_CO₂ = 2,0 mol.

Masse CO₂ : m = n × M = 2,0 × 44 = 88 g.

Volume CO₂ : V = n × V_molaire = 2,0 × 24 = 48 L de gaz à dégager — important !

Il faudra aérer la pièce et travailler avec une chaudière déconnectée + réservoir ouvert pour évacuer le gaz, sinon risque d'asphyxie en local fermé.

Question 5 ANA

Si la concentration de la solution était plus diluée (0,5 mol/L au lieu de 1), quel volume Marc devrait-il préparer ? Avantages et inconvénients.

V' = n / C = 4,0 / 0,5 = 8,0 L (deux fois plus de volume).

Avantages d'une solution plus diluée : plus sûre (moins agressive sur la peau, le métal de la chaudière, les joints), moins corrosive.

Inconvénients : volume double à manipuler et stocker. Réaction plus lente (moins d'acide par cm³ de tartre).

Compromis pratique : 1 mol/L est un bon équilibre pour le détartrage sanitaire/chauffage. Pour une chaudière industrielle plus robuste, on peut aller jusqu'à 2 mol/L.

Question 6 VAL

L'acide HCl à 1 mol/L a un pH d'environ 0. Quelles sont les précautions de sécurité que Marc doit respecter ?

EPI obligatoires : gants chimiques (nitrile ou néoprène), lunettes de sécurité, blouse / combinaison, masque anti-vapeurs si grande quantité.
Ventilation : aérer la pièce (CO₂ + vapeurs HCl irritantes).
Préparation : verser l'acide dans l'eau (jamais l'inverse !), mélanger lentement.
Neutralisation : avant rejet dans les égouts, neutraliser l'acide usagé avec du bicarbonate ou de la soude (jusqu'à pH 6-8).
En cas de projection sur la peau : rincer abondamment 15 min à l'eau, consulter un médecin.
Stockage : dans un local ventilé, hors de portée d'enfants, étiquetage clair.

Question 7 REA

Après détartrage, Marc doit rincer abondamment l'échangeur. Le manuel recommande 3 rinçages avec 5 L d'eau claire à chaque fois. Calculer la quantité d'eau totale utilisée pour le détartrage complet (acide + rinçages).

Acide préparé : 5 L. Rinçages : 3 × 5 = 15 L. Total : 20 L d'eau à neutraliser et évacuer.

Sur 1 intervention par chaudière (typiquement 1 fois tous les 5 ans), c'est négligeable. Mais pour un parc de 100 chaudières dans un bailleur, cela représente 2 m³ d'eau acide à traiter par campagne.

Question 8 COM

Rédiger en 5 lignes la fiche d'intervention de Marc pour la maintenance de M. Garnier :

diagnostic et quantité de tartre
produits utilisés (HCl, volume)
vérification post-détartrage

ProMaintenance — Fiche détartrage chaudière · M. Garnier (Avignon) — 7 mai 2026
• Diagnostic : 200 g de tartre dans l'échangeur primaire (chute rendement 95 → 88 %).
• Produit : 5 L de HCl à 1 mol/L (équivalent stœchiométrique 4 L + 25 % marge). Manipulation EPI complets.
• Réaction : 2 HCl + CaCO₃ → CaCl₂ + CO₂ + H₂O. Dégagement 48 L de CO₂ (local ventilé).
• Rinçage : 3 × 5 L d'eau claire, contrôle pH neutre (entre 6 et 8). Solution acide neutralisée au bicarbonate avant rejet.
• Vérification : rendement chaudière remonté à 94 % (analyseur fumées). Recommandation : pose adoucisseur d'eau pour éviter récidive (zone calcaire 30 °f).

Pour aller plus loin (bonus)

L'acide HCl à 1 mol/L peut être préparé à partir d'acide concentré commercial à 10 mol/L. Quel volume de l'acide concentré faut-il diluer dans de l'eau pour obtenir 5 L de solution à 1 mol/L ? (Loi de dilution : C₁V₁ = C₂V₂.)

C₁ × V₁ = C₂ × V₂ → V₁ = C₂ × V₂ / C₁ = 1 × 5 / 10 = 0,5 L = 500 mL d'acide concentré.

Puis ajouter de l'eau distillée jusqu'à atteindre 5 L total → ajouter 5 − 0,5 = 4,5 L d'eau.

Toujours verser l'acide dans l'eau (et non l'inverse) : la réaction est exothermique, projeter de l'eau dans l'acide concentré peut faire bouillir et éclabousser. Procéder lentement, dans un récipient résistant aux acides.

À retenir

Quantité de matière : n = m / M (avec M masse molaire en g/mol).
Concentration molaire : C = n / V → V = n / C.
Stœchiométrie : dans une équation chimique, les coefficients donnent les rapports de moles. 2 HCl + CaCO₃ → 2 mol HCl pour 1 mol CaCO₃.
Détartrage : dissolution du calcaire CaCO₃ par un acide (HCl ou plus doux comme l'acide citrique). Libère CO₂.
Sécurité acide : EPI obligatoires, ventilation, verser l'acide dans l'eau (jamais inverse), neutraliser avant rejet.
Dilution : C₁V₁ = C₂V₂. Loi simple pour préparer une solution diluée à partir d'un concentré.

📚 Cette activité s'appuie sur §II (Masse molaire), §III (n = m/M), §IV (Concentration) et §V (Dilution) de la leçon Ch09.