L’eau de pluie est théoriquement vierge et chimiquement pure. Quand la pluie tombe puis ruisselle, elle va entrer en contact avec les roches du sous sol.
A cette occasion, elle se charge en éléments minéraux divers : calcium, magnésium, sodium, potassium se dissolvent sous forme de carbonates, bicarbonates, phosphates …
Le concept de dureté fait référence à la quantité de minéraux dissous dans l’eau. Une eau douce est faiblement minéralisée, elle contient peu de minéraux dissous ; à l’inverse une eau dure contient relativement plus de minéraux dissous, on dit également d’une telle eau qu’elle est « calcaire ».
La dureté totale – Le GH
La dureté totale est la somme de tous les minéraux dissous dans l’eau (somme des ions alcalino-terreux).
Il s’agit principalement des ions calcium qui sont majoritaires sous forme de bicarbonates, de sulfates, et dans une moindre mesure des ions magnésium. On parle de Titre Hydrotimétrique (°TH en degrés français).
De nombreux ouvrages et les tests aquariophiles de mesure donnent des valeurs de dureté totale en degrés allemands (°GH ou dGH). Pour convertir ces deux unités de mesure, on utilise les relations :
1°GH = 1,79°TH (1 degré allemand GH vaut 1,79 degrés français °TH)
1°TH = 0,56°GH (1 degré français °TH vaut 0,56 degrés allemands °GH).
Les eaux peuvent être classées en fonction de leur dureté totale :
Eau très douce : de 0 à 3°GH (0 – 5°TH)
Eau douce : de 3 à 6°GH (5 – 10°TH)
Eau moyennement dure : de 6 à 9°GH (10 – 5°TH)
Eau dure : de 9 à 16°GH (15 – 30°TH)
Eau très dure : plus de 16°GH (supérieur à 30°TH).
La dureté carbonatée – Le KH ou TAC
Dureté permanente et dureté temporaire
Lorsqu’on porte un volume d’eau à ébullition ou plus généralement lorsqu’on chauffe de l’eau, une partie du calcaire a tendance à précipiter et à se déposer sur les parois du contenant.
i l’on mesure la dureté totale de cette eau après ébullition, on constatera donc une diminution du TH. De cette observation découle la division de la dureté totale en deux types de dureté : La dureté permanente (qui perdure après ébullition) et la dureté temporaire (qui disparaît après ébullition). La dureté totale est donc la somme de la dureté carbonatée et de la dureté permanente.
La dureté permanente correspond essentiellement aux sulfates de calcium et de magnésium dissous dans l’eau.
Dureté carbonatée
La dureté temporaire mesure exclusivement les carbonates et bicarbonates de calcium et de magnésium. On l’appelle également titre alcalimétrique complet (°TAC en degrés français) ou dureté carbonatée (°KH ou dKH en degrés allemands).
Une eau riche en carbonates est dite « calcaire ». La dureté carbonatée est particulièrement importante car elle est étroitement liée au pH. La dureté carbonatée n’est pas stable et elle diminue régulièrement et de manière naturelle dans l’aquarium.
La relation entre degrés français et allemands est la même que pour la dureté totale :
1°KH = 1,79°TAC
Mesurer la dureté
La majorité des tests destinés a mesurer la dureté de l’eau de l’aquarium sont des tests colorimétriques : une variation de couleur permet de déterminer la dureté de l’eau.
Ces tests sont précis et fiables. Les réactifs ont une durée de vie limitée, il est donc important de vérifier la date de péremption du produit sur l’emballage avant son utilisation.
A un échantillon de l’eau de l’aquarium de volume donné, on ajoute le réactif au goutte à goutte. On compte le nombre de gouttes nécessaire pour obtenir une coloration de l’échantillon. De ce nombre de gouttes sera déduite la valeur de la dureté de l’eau.
Dans tous les cas, la notice du test doit être lue attentivement. Il faut particulièrement faire attention à la valeur mesurée et à l’échelle utilisée : dureté totale ou dureté carbonatée et degrés français ou degrés allemands.
Modifier la dureté de l’eau
Les aquariophiles sont inégaux face à la qualité de l’eau du robinet disponible via les réseaux de distribution.
Les rivières et les nappes phréatiques dans lesquelles l’eau domestique est pompée confèrent à l’eau du robinet une qualité variable en fonction de la nature géologique du sous-sol de la région.
Selon les exigences des poissons qu’il souhaite maintenir, l’aquariophile pourra donc être amené à modifier la dureté de l’eau de son aquarium. A moins de choisir des poissons adaptés à l’eau disponible, on pourra donc soit augmenter la dureté (rarement), soit diminuer la dureté de son eau (cas de figure plus fréquent).
Diminuer la dureté de l’eau
La plupart des poissons aiment évoluer dans une eau moins dure que celle disponible par le réseau de distribution domestique. Adoucir l’eau est donc le problème qui se pose le plus souvent à l’aquariophile.
Vous serez par exemple sans doute amené à adoucir votre eau si vous souhaitez reconstituer un biotope amazonien dans votre aquarium.
La meilleure façon d’adoucir une eau trop dure est de la diluer avec une eau moins riche en minéraux dissous (eau plus douce). L’eau osmosée obtenue par filtration sur membrane a la particularité d’être débarrassée des sels minéraux dissous et des pollutions indésirables (pesticides, phosphates, nitrates, …). Elle est particulièrement adaptée pour couper une eau trop dure et diminuer la dureté de l’eau dans l’aquarium. L’eau de pluie est vivement déconseillée : bien que théoriquement vierge en minéraux dissous, elle se charge de pollutions atmosphériques et est souvent impropre à l’usage en aquariophilie.
En mélangeant un litre d’eau totalement exempte de minéraux (0°GH) à un litre d’eau à 10°GH, on obtient 2 litres à 5°GH (dureté totale). Il possible d’utiliser cette relation avec des degrés français et/ou une valeur de dureté carbonatée.
De manière plus générale, en mélangeant un volume V1 d’eau de dureté D1 à un volume V2 d’eau de dureté D2, on obtient un volume V3 = V1+V2 d’eau de dureté D3 = (D1xV1/V3)+(D2xV2/V3). Ces calculs sont notamment utiles lors des changements d’eau où l’on cherche à déterminer la dureté de l’eau que l’on va ajouter de manière à obtenir une dureté donnée dans l’aquarium après ajout.
Attention aux erreurs de calcul ! Les enseignants donnent souvent la moyenne à l’élève dont l’unique faute est d’avoir fait une erreur de calcul ; les poissons sont malheureusement souvent beaucoup plus intransigeants et tolèreront mal un écart significatif de dureté de l’eau.
Augmenter la dureté de l’eau
Ce cas de figure est moins fréquent mais il se présente dans certains cas.
Par exemple pour l’aquariophile qui souhaite maintenir des cichlidés du lac Tanganyika qui exigent une eau très dure, chargée en minéraux.
Pour augmenter la dureté de l’eau de l’aquarium, il faut y dissoudre des sels minéraux. Pour ce faire, il est possible d’utiliser des produits spécifiques du commerce (sous forme de petites pastilles ou de sels) qui permettent d’augmenter le GH et le KH. On peut aussi ajouter une roche décorative calcaire ou encore introduire de la poudre de corail dans la masse filtrante de manière temporaire.
Relations entre dureté totale, ureté carbonatée et pH
La dureté carbonatée (TAC) est étroitement liée au pH et à la dureté totale (TH). Pour comprendre comment TAC, pH et TH interagissent, il faut se pencher sur la série de réactions chimiques qui décrit la dissolution du dioxyde de carbone (également appelé gaz carbonique de formule CO2) dans l’eau (H2O).
Ce qui suit est une explication logique basée sur quelques principes simples de chimie, elle pourra vous sembler difficile à assimiler mais une lecture attentive et quelques retours en arrière si besoin vous permettront de comprendre l’essentiel de la chimie de l’eau en aquariophilie.
Dissolution du dioxyde de carbone dans l’eau :
CO2 + H2O <-> H2CO3 <-> H+ + HCO3- <-> 2H+ + CO3–
dioxyde de carbone + eau <-> acide carbonique <-> ion hydrogène + bicarbonate <-> 2 ions hydrogènes + carbonate.
l y a « deux flèches » pour chaque réaction chimique de la chaine : on dit que ces 3 réactions chimiques sont « réversibles » c’est à dire qu’elles peuvent s’effectuer dans les deux sens. D’ailleurs, elles se produisent en même temps et il faut comprendre qu’il s’agit en réalité de 6 réactions (3×2 réactions) qui sont en jeu.
Si l’on mélange de l’eau et du dioxyde de carbone, ce système de 3 réactions va finir par se stabiliser pour atteindre l’équilibre. A ce stade, la vitesse d’une réaction et la vitesse de sa réaction inverse sont identiques : par exemple, l’acide carbonique se formera à la même vitesse à partir de l’eau et du dioxyde de carbone (réaction) que l’eau et le dioxyde de carbone se formeront à partir de l’acide carbonique (réaction inverse). C’est l’équilibre, chaque produit est formée et détruite à la même vitesse si bien que les concentrations de chaque molécule ne varient pas.
Tout équilibre tend à s’opposer aux modifications des conditions qui le génèrent, c’est le principe de Le Chattelier qui régit les équilibres chimiques.
Si l’eau devient plus basique (pH supérieur à 8), la quantité d’ions hydrogène diminue (car les bases captent des ions hydrogène) et l’équilibre décrit plus haut va s’opposer à cette modification en libérant des ions hydrogène : il se déplace vers la droite (suivre les flèches qui pointent vers la droite dans la série de réaction) et plus de carbonates sont également générés en même temps que les ions hydrogène.
Le TAC qui mesure la quantité de carbonates augmente donc si le pH augmente.
Le TAC devient supérieur au TH au dessus de pH=8 environ.
Si l’eau devient relativement plus acide (pH inférieur à 8), la quantité d’ions hydrogène augmente (car les acides libèrent des ions hydrogène) et l’équilibre décrit plus haut va s’opposer à cette modification (acidification) en consommant des ions hydrogène : il se déplace vers la gauche (suivre les flèches qui pointent vers la gauche dans la série de réaction) et la quantité de carbonates diminue en même temps que la quantité d’ions hydrogène.
Le TAC qui mesure la quantité de carbonates diminue donc si le pH diminue.
Le TAC devient inférieur au TH en dessous de pH=8 environ.
En général, on cherche un rapport TAC/TH égal à 3/4, c’est à dire que la valeur du TAC représente 75 % de la valeur du TH pour l’eau de l’aquarium.
