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default Conductimétrie d'eaux en bouteille

le Jeu 14 Juin 2018 - 8:35
Afin d'évaluer un conductimètre Hanna DIST3 HI98303, et son utilité pratique pour nos usages, j'ai effectué quelques mesures de conductivité d'eaux de source, que j'ai par ailleurs comparé à des valeurs théoriques calculées à partir de la composition.
Connaissant la mobilité ionique, exprimée en mS.m²/mol, et la concentration des divers ions, on peut calculer la conductivité.
Etant donné que les concentrations sont exprimées en mg/l sur les étiquettes des bouteilles, il faut faire une petite conversion d'unités pour exprimer la conductivité.

Exemple : pour Ca++, on trouve dans les tables L = 11.9 mS.m²/mol
La conductivité vaut s = L*[Ca++] mS/m, si [Ca++] est exprimé en mol/m3.
La masse molaire de Ca étant 40.08 g/mol, on trouve s = 2.97 µS/cm/(mg/l)
Pour l'eau de source Grand Barbier, [Ca++] = 4.1 mg/l
Ce qui donne s = 4.1*2.97 = 12.2 µS/cm : conductivité dûe aux ions Ca++

Pour les ions les plus courants, on peut ainsi donner la conductivité par unité de concentration massique, exprimée en µS/cm/(mg/l) :
Ca++      2.97
Mg++ 4.36
K+       1.88
Na+       2.18
Cl-       2.15
HCO3- 0.73
SO4-- 1.67
NO3- 1.15

La conductivité s'écrit donc :
s(25) = 2.97*[Ca++] + 4.36*[Mg++] + 1.88*[K+] + 2.18*[Na+] + 2.15*[Cl-] + 0.73*[HCO3-] + 1.67*[SO4--] + 1.15*[NO3-] + C
Concentrations en mg/l, résultat en µS/cm
C = conductivité due à d'autres ions (H3O+, OH-, phosphates, métaux, etc.), en quantités négligeables dans les eaux considérées.
Ces valeurs sont données à 25°C, et la conductivité varie de 2%/C°, ce qui permet d'écrire plus généralement :
s(T) = s(25)*(1 + 0.02(T-25))

Remarques :
* HCO3- est en équilibre avec CO2 dissous, et majoritaire entre 6.4 < pH < 10.4
A nos valeurs usuelles de pH, [CO2] et [HCO3-] varient rapidement en fonction du pH, et la conductivité peut aussi varier rapidement. La forme [CO3--] est minoritaire en dessous de pH 10.4, et négligeable en dessous de pH 8
* certaines eaux contiennent beaucoup de silice. En solution aqueuse, la silice se trouve sous forme H4SiO4, non conductrice, et H3SiO4-, conductrice. La forme H3SiO4 n'est majoritaire qu'à pH>9.5, et ultraminoritaire aux valeurs de pH usuelles de nos aquariums, où H4SiO4 est dominante. Il n'y a donc pas de conductivité associée à la silice.

Les mesures qui suivent sont effectuées à T=23.5°C, soit une coefficient correcteur de 0.97
On rince le récipient et l'instrument avec l'eau à mesurer avant de faire une mesure.

Eau Grand Barbier:
[Ca++]=4.1 mg/l, [Mg++]=1.7, [Na+]=2.7, [K+]=0.9, [HCO3-]=25.8, [NO3-]=0.8, [Cl-]=0.9, [SO4--]=1.1, [SiO2]=32.7
Conductivité théorique : s(T) = 49.1 µS/cm
Valeur mesurée : s'(T) = 47 µS/cm
Ecart : -4.3%

Remarque : cette eau contient beaucoup de silice, mais cela ne contribue pas à la conductivité.
On a donc ici une eau assez minéralisée par la silice, mais qui a une conductivité peu élevée.

Eau Volvic:
[Ca++]=12 mg/l, [Mg++]=8, [Na+]=12, [K+]=6, [HCO3-]=74, [NO3-]=7.3, [Cl-]=15, [SO4--]=9, [SiO2]=32
Conductivité théorique : s(T) = 211.1 µS/cm
Valeur mesurée : s'(T) = 212 µS/cm
Ecart : +0.4%

Eau Montclar:
[Ca++]=44.4 mg/l, [Mg++]=1, [Na+]=1.3, [K+]<0.5, [HCO3-]=137, [NO3-]=4.4, [Cl-]<1, [SO4--]<5
Conductivité théorique : s(T) = [236.7, 247.7] µS/cm
Valeur mesurée : s'(T) = 232 µS/cm
Ecart : -2%/-6%

Commentaires
Ce conductimètre produit des mesures assez conformes aux valeurs théoriques calculées à partir de concentrations connues, même pour des valeurs de conductivité modérées à faibles, alors qu'il a été étalonné en un seul point avec une solution de conductivité 1431 µS/cm.
On peut donc considérer que l'instrument lui-même, d'entrée de gamme (70 Euros) mais quand même d'une bonne marque (Hanna), est assez fiable pour l'usage qui en est fait.
Les difficultés surviennent plutôt au niveau de l'interprétation des mesures : la mesure de conductivité voit toutes les espèces ioniques, pas uniquement celles contribuant à la dureté (NO3 contribue à la conductivité par exemple), et ne voit pas celles qui ne le sont pas, comme le montre l'exemple de la silice dans l'eau Grand Barbier.
Par ailleurs, une fois introduite dans l'aquarium, l'eau réagit avec le sol, les équilibres se déplacent, le pH varie, ce qui entraine des variations de [HCO3-] (entre autres), et variations de conductivité parfois sans lien avec la dureté. Une pollution de 20 mg/l de NO3 ajoute 23 µS/cm à la conductivité, ce qui ne serait pas négligeable dans un aquarium dans lequel on mesure 100 ou 200 µS/cm. L'eau peut aussi contenir diverses substances organiques pouvant avoir un effet.
L'eau de mes aquariums alimentés en eau Grand Barbier (49 µS/cm) a une conductivité très stable, mais comprise entre 250 et 280 µS/cm , alors que je n'ai même pas de nitrates. Par contre, il y a sol et substrat nutritif....
=> faible intérêt de donner des valeurs de conductivité seules pour des aquariums (point déjà mentionné par Horlack), en dehors de quelques cas particuliers bien maitrisés et compris (aquariums sans sol par exemple). C'est une mesure parmi d'autres, dont l'interprétation n'est pas universelle et dépend de paramètres spécifiques à chaque aquarium et eau utilisée. Ce sont les variations qui sont intéressantes pour suivre l'évolution d'un aquarium particulier dont la chimie est globalement comprise. Cette notion est indépendante des performances du conductimètre lui-même.
=> un conductimètre d'entrée de gamme, mais quand même d'une bonne marque, adaptée à la mesure de l'eau, et corrigeant la température, parait tout à fait suffisant pour un usage amateur, s'il est utilisé correctement, au moins pour des conductivité >= 50 µS/cm.
Les écarts résiduels de quelques % sur les mesures données plus haut intègrent aussi de possibles légères variations de la composition des eaux testées. En toute rigueur, pour tester uniquement le conductimètre, il aurait fallu préparer des solutions dont la conductivité est connue avec une meilleure précision, ou utiliser un conductimètre de référence.

Remarques :
On pourrait aussi calculer les sels dissous et comparer aux résultats d'instruments affichant les TDS. S'il s'agit de simples mesures de conductivité affectées d'un coefficient (comme cela parait être le cas au moins sur des instruments d'entrée de gamme), les résultats pourraient être surprenants...
Je n'ai que ce conductimètre, et ne peux donc pas faire l'essai.


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