Qu'est-ce que la chimie et l'équilibre de l'eau de piscine ? pH, alcalinité et LSI

Pour les paramètres sans plage chiffrée, le tableau n'invente pas de plage ; il indique dans quel sens la limite est fixée au cahier des charges.

Les valeurs se lisent en équivalent mg/L CaCO3 ; dans le secteur de la piscine, ppm CaCO3 et mg/L CaCO3 désignent la même grandeur, et l'on passe en meq/L en divisant par 50. La dureté calcique n'entre pas dans le calcul du LSI en concentration ionique, mais en équivalent CaCO3, qui vaut 2,5 fois la concentration ionique.

Le pH est une échelle logarithmique qui indique la concentration en ions hydrogène de l'eau à un instant donné. L'alcalinité totale mesure en revanche la résistance du pH lorsqu'on ajoute de l'acide, c'est-à-dire la capacité tampon ; en bref, c'est la capacité de l'eau à résister à l'acidification, à ne pas confondre avec la basicité. Dans l'eau de piscine, ce sont les ions bicarbonate et carbonate qui assurent cette capacité.

La conséquence pratique est la suivante : dans une piscine dont l'alcalinité est de 40 mg/L, le pH peut sauter de 7,2 à 7,9 dans la journée ; dans une piscine qui reçoit la même charge avec une alcalinité de 100 mg/L, le pH bouge de quelques centièmes. Si l'opérateur corrige chaque jour le pH à l'acide et le retrouve de nouveau élevé le lendemain, le problème n'est pas le pH mais l'alcalinité. Ajouter ou chasser du dioxyde de carbone ne change pas l'alcalinité mais change le pH ; les dispositifs qui chassent le CO2, comme une cascade, font monter le pH en laissant l'alcalinité inchangée. C'est pourquoi, parmi les produits chimiques pour piscine, le bicarbonate de sodium est vendu comme « correcteur d'alcalinité » et le carbonate de sodium comme « pH plus ».

La formule comporte quatre facteurs : A = (log10[TDS] - 1) / 10 ; B = -13,12 x log10(°C + 273) + 34,55 ; C = log10[Ca, mg/L CaCO3] - 0,4 ; D = log10[alcalinité, mg/L CaCO3]. Ensuite pHs = (9,3 + A + B) - (C + D) et LSI = pH mesuré - pHs. Le facteur B vaut 2,09 à 25 °C et 1,09 à 82 °C ; le tableau donne les valeurs intermédiaires aux températures de piscine et les autres facteurs pour des eaux de piscine typiques.

Exemple de calcul : pour une eau de piscine à 28 °C, TDS 1 000 mg/L, dureté calcique 250 mg/L, alcalinité 100 mg/L et pH mesuré 7,4, pHs = (9,3 + 0,20 + 2,03) - (2,00 + 2,00) = 7,53 ; LSI = 7,4 - 7,53 = -0,13. Les valeurs comprises entre -0,5 et +0,5 ne montrent pas de comportement marqué de dissolution ou de précipitation ; cette eau est considérée comme équilibrée. Si, dans la même piscine, le pH passe à 7,8, l'alcalinité à 150 mg/L, la dureté à 400 mg/L, la température à 30 °C et le TDS à 1 500 mg/L, on obtient pHs = (9,3 + 0,22 + 1,99) - (2,20 + 2,18) = 7,13 et LSI = +0,67 : l'eau entartre, le calcaire se dépose dans l'échangeur et les joints. À l'inverse, la combinaison pH 7,0, alcalinité 60 mg/L, dureté 150 mg/L, 26 °C et TDS 800 mg/L donne pHs = 8,01 et LSI = -1,01 : l'eau est corrosive et dissout le calcium de l'enduit d'une piscine en béton armé.

Les trois exemples montrent que l'équilibre s'établit par la composition ; dans un projet de piscine chauffée, faire passer l'eau de 28 °C à 34 °C augmente le LSI d'environ 0,1 sans aucun ajout de produit.

Le pKa de cette dissociation est de 7,53 ; à pH 7,53, la moitié du chlore est sous forme HOCl, l'autre moitié sous forme OCl-. À pH neutre, la composition est d'environ 75 % de HOCl et 25 % d'hypochlorite ; en solution basique, il ne reste pratiquement que l'OCl-. Pour l'eau de piscine, cela signifie que le chlore libre mesuré à pH 7,2 contient nettement plus de HOCl que la même mesure à pH 7,8. La trousse d'analyse affiche le même chiffre dans les deux cas ; c'est le pH qui révèle la différence.

Le choix des produits chimiques pour piscine agit sur cet équilibre dans deux sens. L'hypochlorite de sodium et l'hypochlorite de calcium font monter le pH en se dissolvant, tandis que les galets de trichlore et de dichlore sont acides et font baisser le pH et l'alcalinité. Une piscine traitée au trichlore demande un correcteur d'alcalinité régulier, une piscine traitée à l'hypochlorite un dosage d'acide régulier ; le choix du désinfectant détermine aussi le volet équilibre.

Un pH réglé sans corriger l'alcalinité dérive faute de tampon ; un LSI calculé sans corriger la dureté donne un pH cible faux. L'acide cyanurique et le TDS sont des paramètres que l'on suit et non que l'on règle : ils ne font que monter et le seul moyen de les corriger est le renouvellement de l'eau. Cet ordre forme l'ossature du programme d'entretien de la piscine et s'applique aussi comme ordre des colonnes dans le registre de mesures de l'eau.

Une eau à indice légèrement positif laisse une fine couche de calcaire sur la paroi intérieure du tuyau et isole le métal de l'eau ; une eau à indice négatif dissout cette couche. La même logique a été transposée à la piscine, car la piscine aussi comporte des surfaces à protéger : enduit et joints à base de ciment, mortier sous le carrelage, échelles et buses en acier inoxydable, échangeur du chauffage.

L'adaptation à la piscine apporte deux différences. La première est la température : l'eau du réseau est autour de 10-15 °C alors que l'eau de piscine se situe entre 26 et 34 °C, et c'est le facteur B qui porte cet écart. La seconde est le TDS : l'eau de piscine accumule des solides dissous du fait de l'évaporation et des ajouts de produits, et le facteur A doit être remesuré à chaque saison. Le pH de la piscine est maintenu entre 7,2 et 7,8 dans l'approche LSI, et entre 7,8 et 8,2 dans l'approche alternative dite indice de Hamilton ; l'écart vient du côté privilégié entre la part de HOCl du chlore et la tendance à l'entartrage. Un projet de piscine doit préciser au cahier des charges l'indice retenu.