L'osmoseur : ou comment rendre l'eau du robinet pure

Rubrique : Technique
Auteur : vonvon
Niveau : Débutant

Introduction

Malheureusement, un des aspects les plus négligés dans la maintenance d’un bac récifal est la qualité de l'eau du robinet qui est employée dans l’aquarium. Pourtant, poissons et coraux se composent non seulement presque entièrement d'eau, mais ils vivent dans ce milieu où des échanges d’eau se font presque constamment dans leur propre corps.
En conséquence, la qualité de l'eau dans laquelle ils vivent joue un rôle essentiel pour leur existence à long terme.
Ainsi, en installant un bac récifal, il est essentiel que l'eau employée pour compenser l'évaporation ou pour les changements d'eau soit de haute qualité. Pour se faire il existe trois solutions :

- L'eau du robinet.
- L'eau de source.
- L'eau naturelle (pluie, rivières, puits).

L'eau du robinet présente l'avantage d'être peu onéreuse mais nécessite l'utilisation d'un osmoseur. L'eau de source quant à elle revient bien plus cher, mais suivant ses paramètres elle peut être utilisée telle quelle, sans osmoseur, idéal pour des aquariums de faible volume (moins de 50 litres). Les eaux naturelles sont soumises à de nombreuses pollutions présentes dans le sol et l'atmosphère, ce qui implique que des tests complets doivent être effectués avant leur utilisation (tests chimiques et bactériologiques).

L'article proposé traitant de l'osmoseur, nous allons nous concentrer essentiellement sur l'eau du robinet.

L'eau du robinet

Bien que la plupart des eaux locales soient adaptées à notre consommation, elle peut contenir des composés nocifs à la santé des poissons et coraux que nous maintenons. Non seulement la plupart des eaux du robinet contiennent du chlore ou des chloramines comme résidus de traitement et de purification de l'eau, mais elle peut également contenir des traces de métaux lourds, des pesticides, des herbicides, du phosphate, du silicate et du nitrate. Si ceux-ci ne sont pas enlevés ou ne sont pas réduits, ils s'accumuleront dans l’aquarium, produisant des effets toxiques pour grand nombre d’invertébrés.

La plupart de ces composés sont présent à un niveau relativement bas, donc difficilement discernable par le consommateur. Cependant, il est facile de s’informer sur la composition et la qualité de l’eau de votre ville en s’informant auprès de la mairie ou du service des eaux. En effet, les résultats d’analyse de l’eau potable sont publics, elles sont réalisées par un laboratoire agrée et transmises à la DDASS (Direction Départementale des Affaires Sanitaires et Sociales). Celle-ci les communique au Maire qui est tenu de les afficher. Ainsi, propriétaire ou locataire, vous pouvez être informés sur la qualité de l’eau. De plus, les données relatives au suivi de la qualité de l’eau sur les trois dernières années au moins doivent être tenus à la disposition du public en mairie.

Les résultats d’analyse énumèrent habituellement le niveau moyen jusqu'à 30 composés différents dans l'eau du robinet. Certains composés tels que des carbonates, bicarbonates, ou le fer ne sont habituellement pas problématiques, et même si leurs niveaux sont relativement élevés ils ne devraient pas présenter de problème. Cependant, s'il y a des niveaux discernables de métaux lourds (plomb, cuivre, fil, étain, etc.), du silicate, du nitrate ou du phosphate, il s’avèrera nécessaire d’utiliser un dispositif de purification de l’eau du robinet.

Pour information, la qualité de l'eau du robinet prend en compte une soixantaine de paramètres types, classés en six groupes. Pour chaque paramètre est déterminée une limite de qualité, qui fixe la quantité supérieure à ne pas dépasser. La limite de qualité est traduite par la CMA (concentration maximale admissible). Les paramètres sont :

- Paramètres organoleptiques
Il s'agit de la couleur, l'odeur, la saveur et la turbidité.

- Paramètres physico-chimiques
Exemple : pH (Limite de Qualité 6,5 à 9), Chlorures (Limite de Qualité 250 mg/l), Sulfates (Limite de Qualité 250 mg/l).

- Paramètres concernant les substances indésirables
Exemple : Nitrates (Limite de Qualité 50 mg/l), Fer (Limite de Qualité 0,2 mg/l), Fluor (Limite de Qualité 0,7 à 1,5 mg/l).

- Paramètres concernant les substances toxiques
Exemple : Arsenic (Limite de Qualité 0,01 mg/l), Cadmium (Limite de Qualité 0,005 mg/l), Plomb (Limite de Qualité 0,01 mg/l).

- Paramètres microbiologiques
Exemple : Coliformes (0 dans 95% des analyses), Streptocoques fécaux (0/100 ml), Coliformes fécaux (0/100 ml).

- Pesticides et produits apparentés
Exemple : Insecticides, herbicides...par substance (0,0001 mg/l), pour le total des substances mesurées (0,0005 mg/l).

En aquariophilie, on cherche toujours à mettre le moins d'impuretés possible dans l'eau de l'aquarium. Or, lorsque l'on veut compenser l'évaporation ou fabriquer de l'eau neuve, on est presque obligé de prendre l'eau du robinet. Le problème de cette eau, c'est sa qualité souvent médiocre pour l'aquarium (cela dépend grandement des régions). Si votre eau du robinet n'est vraiment pas adaptée à l'aquarium (KH trop élevé, nitrates, chlore, etc…), vous devez la traiter. Pour cela, vous pouvez utiliser un osmoseur.

Exemple : Concentration Eau de Paris

• Sodium de 6 à 14 mg/l -> limite réglementaire : < à 200 mg/l
• Potassium de 1 à 3 mg/l -> limite réglementaire : aucune
  
• Bicarbonates de 170 à 300 mg/l -> limite réglementaire : aucune
• Sulfates de 10 à 50 mg/l -> limite réglementaire : < à 250 mg/l
• Chlorures de 12 à 35 mg/l -> limite réglementaire : < à 250 mg/l
• Nitrates de 15 à 48 mg/l -> limite réglementaire : 50 mg/l
• Calcium de 80 à 100 ml/l limite réglementaire : aucune
• Fluor de 0,1 à 0,25 mg/l limite réglementaire : 1,5 mg/l

Histoire

Nous sommes à la fin du XVIII ème siècle lorsque l'abbé Nollet (physicien français) constate un phénomène sur une membrane, la vessie du porc. La vessie laisse passer un flux d'eau douce pour diluer une solution séparée de l'eau par cette paroi. C'est le phénomène d'osmose.
Abbé Nollet :

Au XIX ème siècle, le chimiste Néerlandais Van't Hoff donne une théorie de la pression osmotique et la façon d'utiliser des parois semi-perméables.

De nos jours, des matériaux de synthèse permettent la fabrication de membranes semi-perméables assez résistantes.

L'osmose a lieu quand de l'eau passe d'une solution moins concentrée vers une solution plus concentrée par une membrane semi-perméable pour aboutir à deux solutions de même concentration.

L’osmose inverse

L´osmose est un principe physique qui explique les transferts d´eau entre deux solutions ayant des concentrations différentes en sels minéraux, via une membrane perméable aux molécules d´eau. L´eau va de la solution la moins minéralisée vers la plus minéralisée pour aboutir à deux solutions de minéralisation identique. Cette osmose se fait sans aucune dépense d´énergie. Le principe recherché en aquariophilie (ou dans les industries) est exactement le contraire : obtenir une eau dépourvue de tous sels minéraux d´un coté, et une autre contenant tous les déchets et qui sera évacuée ==> c´est ce qu´on appelle l´osmose inverse :

Il s'agit de transférer le solvant d'une solution concentrée au travers d'une membrane permsélective par mise sous pression, en vue d'obtenir un solvant quasi pur d'une part (perméat) et une solution hyper concentrée chargée d’une grande partie des composés de l’eau traitée d'autre part (rejet). On parle d'osmose inverse puisqu'on effectue le transfert du solvant dans le sens inverse de l'osmose (transfert d'un solvant d'une solution diluée vers une solution concentrée, au travers d'une membrane permsélective). Il faut appliquer une pression sur l'eau pour la faire traverser la membrane.


En clair, l'osmose inverse est un procédé physique naturel, sans produits chimiques et sans utilisation d'énergie, qui permet d'extraire de l'eau du réseau non seulement les éléments solides en suspension, les matières organiques dissoutes, mais aussi les substances non ioniques, telles que les bactéries, les virus, les pesticides et de manière générale toutes les macromolécules.

Rappel : L'ordre de grandeur des atomes est l'Angström.1 Angström = 0,1 nm (nanomètre) = 0,0001 µm (micromètre) = 0,0000001 mm (millimètre) = 0,0000000001 mètre

La membrane est si fine (la taille des pores est comprise entre 1 et 4 Angströms maximum), qu'elle ne laisse passer que les plus fines molécules comme les molécules d'eau (Hydrogène et Oxygène) et certains gaz dissous (dioxyde de carbone). Les grosses molécules retenues par la membrane sont :

• Les sels dissous de calcium et magnésium responsables de la dureté de l'eau.
• Les oligo-éléments.
• Les nitrates.
• Les métaux (cuivre, plomb).
• Les polluants (pesticide, herbicide, phosphates, chlore, etc.).
• Les dioxines.
• Les virus (environ 0,2 µm) et bactéries.
• Les éléments radioactifs.

L'osmoseur

Un osmoseur est un appareil en trois sections, plus cinq tuyaux :

- Un filtre à sédiments : ce filtre va retenir tous les déchets organiques dans l´eau, et tout ce qui a une taille supérieure à 150 Angstrom.

- Un filtre à charbon actif : ce filtre va retenir toutes les odeurs, ainsi que tous les polluants (dont le chlore).

- La membrane semi-perméable : la partie centrale du filtre contient la membrane, qui est le coeur d´un osmoseur.
Le filtre à sédiments est relié à un robinet (robinet de cuisine, ou de machine à laver). Un tuyau amène ensuite l´eau dans le filtre à charbon actif, puis un autre dans le segment contenant la membrane. Deux tuyaux sortent de cette partie centrale :

- un tuyau de rejet : l´eau qui ressort par ce tuyau est de l´eau "sale", c´est à dire surchargée en sels minéraux, polluants et autres, et elle aura servi à nettoyer la membrane pour éviter qu´elle ne se bouche. Le débit est 5 à 7 fois supérieur dans ce tuyau.

- un tuyau d´eau osmosée : c´est par ce tuyau que ressort l´eau osmosée, et qu´il faut conserver. Le débit est très faible, et l´eau sort au goutte-à-goutte. L'élément principal du système est une membrane semi-perméable, généralement en composite polyamide/polysulfone, dont la taille des pores n'autorise que le passage des molécules d'eau pure. L'eau réseau arrive donc sous pression sur la membrane et la traverse par osmose inverse. Cette pression doit être supérieure à 2.5 bars et la température de l'eau idéalement aux alentours de 20°C (plus la température de l'eau d'adduction baisse, plus le rendement de l'osmoseur est faible, cependant les membranes sont très sensibles au gel et s'endommagent à partir d'une température de 35°C ).

Généralement, la pression fournie par les réseaux de distribution est suffisante, si l’on ne dispose pas de ce minimum de pression, on peut alimenter l'osmoseur par une pompe de surpression électrique appelée « booster *» (voir plus bas).

Pompe booster :

Il y faut compter 5 litres d'eau réseau en entrée pour obtenir 1 litre d'eau osmosée en sortie (perméat) et 4 litres d'eau usée (concentrat) qui peut d'ailleurs judicieusement servir à l'arrosage des plantes puisque concentrée en sels minéraux. Ce rapport doit être maintenu pour éviter de colmater la membrane par l'accumulation de précipités calcaires à sa surface.
De même il est souhaitable d'effectuer une pré filtration sur une cartouche filtrante de 5 µm et il est impératif de fixer le chlore présent dans l'eau d'admission, car celui-ci détruit irrémédiablement la membrane TFC dès 0.1 g/l.

A la sortie de l'osmoseur, l'eau a une duretée (TH) nulle, un pouvoir tampon (TAC) très faible et un pH légèrement acide (environ 6,3). De ce fait, l'eau osmosée est susceptible d'avoir de fortes variations de pH, cela est sans importance pour la préparation d’eau de mer neuve car elle sera de ce fait re-minéralisée. Cependant quelques précautions sont à prendre :

- Lors de l'osmolation, une certaine quantité d'eau osmosée va être injectée dans le bac, cela peut provoquer un choc osmotique pour les animaux, pour éviter cela il est possible de placer le rejet de la pompe de l’osmolateur dans un endroit fortement brassé dans le bac, ou bien dans la zone constante du bac de décantation si l'aquarium en possède un.

- L’eau doit être au moins à température ambiante pour ne pas faire chuter brutalement la température de l’eau dans votre aquarium (stress des poissons pouvant entraîner la maladie des points blancs, choc thermique pour les invertébrés, etc…).

Un osmoseur retient environ 98% des composés de l'eau du robinet. Un courant d'eau nettoie la membrane en permanence et évacue les impuretés et polluants par le rejet d'eau sale. Dans un osmoseur, il y a donc une entrée d'eau à traiter, une sortie d'eau pure faiblement concentrée et une deuxième sortie d'eau fortement concentrée en polluants et impuretés.Les membranes d'osmose inverse sont soit en acétate de cellulose (TAC) soit en polyamides (TFC - Thin Film Composite). Elles se présentent sous forme de fibres creuses (fins capillaires) ou de plaques enroulées en spirale autour d'un collecteur. Les membranes polyamides (TFC) sont les plus utilisées car plus résistantes. Des pré filtres sont installés en amont de la membrane. Un pré filtre pour retenir les sédiments en suspension et éviter le colmatage. Un autre pré filtre au charbon actif pour retenir le chlore et l'ozone qui sont très agressifs pour la membrane osmotique.

Membrane TFC :


Valeurs courantes de rétention d'une membrane TFC :

Nitrates : 97 % Pesticides : 98 % Plomb : 99 % Phosphates : 99 % Arsenic : 99 % Cadmium : 99 % Herbicides : 98 % Calcaire : 99 % Chlore : + de 90 % Sulfates : 99 % Sodium : 99 %Bicarbonates : 98 % Fer : 99 % Aluminium : 99 % Cuivre : 99 % Bactéries : + de 99 % Protozoaires : + de 99 % Cysts : + de 99 % Giardia : + de 99 % Sédiments : + de 99 %Turbidité : + de 99 % Radioactivité: 95% à 98 % Chlorures : 99 % Mercure : 98 % Zinc : 99 % Baryum : 99 % Manganèse : 99 % Potassium : 98 % Sélénium : 99 % Argent : 99 %

* Réflexion autour de la pompe « booster » : topic à lire absolument http://www.forumaqua.com/topic-18872-5.html

Précautions à l'installation

Installer chez soi un osmoseur ne nécessite pas de compétences particulières, tout au plus quelques notions élémentaires de plomberie, ces appareils étant généralement livrés avec tout les accessoires nécessaires à leur installation.

Il faut néanmoins impérativement installer l'osmoseur à la verticale (tout du moins les cartouches de filtration) pour éviter des poches d'air dans ces éléments, qui réduiraient à coup sûr leur efficacité.

Le raccordement au réseau s'effectue à l'aide du mousseur by-pass livré avec les osmoseurs aquariophiles.

Il faut également rincer les cartouches sédiment et carbone à l'eau claire avant d'insérer la membrane dans son porte filtre, puis laisser couler à l'égout pendant 3 à 5 heures l'eau osmosée avant de l'utiliser, les membranes TFC étant imbibées d'un produit les maintenant légèrement humide et prévenant d'un développement bactérien durant le stockage.

Prévoyez également une évacuation pour l'eau sale et une autre vers un élément de stockage de l'eau osmosée. (un petit aquarium vide ou un réservoir de qualité alimentaire). Cependant il faut éviter un raccordement direct de la conduite d'eau de rejet avec la conduite d'évacuation des eaux usées pour éviter une éventuelle contamination de l'appareil.

exemples de raccordement :

Entretien et maintenance de l'appareil

Lors de votre achat, vérifiez bien auprès du vendeur ou sur le boîte le type de raccord qui va venir se brancher sur votre robinet. Il existe en effet deux types, un pour les robinets de cuisine, et un autre pour les robinets de machine à laver (diamètres différents !). Il existe aussi des by-pass pour rediriger l'eau soit vers l'osmoseur soit vers un robinet classique.

Vérifiez également si vous pouvez vous servir du robinet pour vos propres besoins alors que l´osmoseur est connecté.
Lors de la première mise en route d´un osmoseur, il faut attendre patiemment que l´eau qui ressort soit bien transparente, contrairement au jus noir qui est évacué au début, et qui correspond à la poussière de charbon actif en suspension.

La membrane est très fragile, et doit être CONSTAMMENT DANS L´EAU. C´est pour cette raison qu´il ne faut surtout pas vider l´osmoseur, ni le mettre en position couchée !! La meilleure façon de le stocker est de le mettre debout dans un seau, ou de le fixer au mur sur un crochet.

Un osmoseur doit être utilisé régulièrement pour éviter que des bactéries, algues et champignons ne se développent dans les différents filtres. Il faut donc l´utiliser au moins une fois par semaine, pendant quelques dizaine de minutes.

Les filtres à sédiments et à charbon actif ont tendance à saturer (comme le charbon actif dans un filtre classique), donc il faut les remplacer tous les ans sous peine de rejets dans l´eau de tous les polluants qui ont été fixés par le charbon, tous les ans ou plus si la qualité de l'eau d'adduction le nécessite (la capacité de filtration des cartouches est notifiée sur leur corps).

De plus remplacer régulièrement les pré-filtres évite d'endommager la membrane. Cette membrane est à changer une fois tous les cinq ans (selon les recommandations du constructeur et de vos paramètres de l'eau de conduite).

La membrane est également fragile à la chaleur, donc veillez à n´utiliser que de l´eau froide, même si certains fabricants vous demandent d´utiliser de l´eau à 25°C. Tout excès de chaleur peut détruire de façon irrémédiable la membrane d´osmose ! Même si vous consommez un peu plus d´eau avec de l´eau froide, vous êtes sûrs de conserver dans de bonnes conditions votre osmoseur ! Vous devez par contre ouvrir votre robinet au maximum pour avoir le plus de pression possible.

On peut aussi équiper l'osmoseur d'un compteur d'eau inversé, branché en amont, qui coupe l'arrivée d'eau dès que la capacité programmée de la cartouche est atteinte. On peut également vérifier une fois par an le Kh en sortie qui doit être nul tant que la membrane TFC est bonne et vérifier le gonflage du vase d'expansion (0.350 bars sans contre pression).

Accessoires de raccordement

Les osmoseurs sont toujours livrés avec le minimum nécessaire à leur raccordement, mais pour des questions d'emplacement, ou pour les raccorder à nos bacs, il existe un certain nombre d'accessoires très utiles, simple à utiliser et peu onéreux :

- Le tube semi rigide de 6 mm (tubing) existe en plusieurs couleurs et se vend au mètre linéaire.

- Les raccords rapides DMfit ou équivalent, insérer le tube de 6 mm et c'est étanche, en cas d'erreur de branchement, on appuie sur la collerette mobile vers le corps du raccord et on tire sur le tube pour le libérer, et cela autant de fois que nécessaire.


- Les vannes d'arrêt et clapet anti-retour, toujours avec des raccords rapides ou un filetage 1/4" pour les vannes.

- Le petit filtre 10 µm à mettre avant une électrovanne de pilotage de l'osmoseur.

- Suivi forcément par l'électrovanne 230 volts 1/4" corps laiton, idéale et sûre pour piloter directement l'osmoseur avec un osmolateur.

Avantages / inconvénients

Avantages :

- Pas d'utilisation de produits chimiques pour traiter l'eau (fixer les métaux lourds ou modifier la dureté).

- Economie d'argent pour les grands aquariums.

- Les changements d'eau peuvent se faire plus souvent, par exemple changement de 10% de l'eau toutes les semaines.

- Economie de temps, pas besoin de se rendre au magasin ni de subir la foule du week-end.

- Economie d’énergie, plus besoin de faire des kilomètres avec un bidon de 30 litres au bout des bras.

Inconvénients :

- La membrane est sensible à l'eau chaude.

- Rendement faible de 25 à 30 % d’eau pure (pour 5 litres d'eau traitées, 1 litre est pur et 4 litres sont à rejeter).

- Le prix de l'appareil à l'achat.

- La durée de vie de la membrane d'environ 5 ans et d’un an pour les filtres.

- Prévoir de sur dimensionner l'osmoseur car il ne sera pas utilisé dans les conditions optimales de température et de pression, prévoir donc une réduction de 50% par rapport au débit annoncé par le fabriquant.

- Le temps pour obtenir l'eau osmosée est parfois long sur les petits modèles, il faut prévoir un peu à l’avance les remplacements d’eau, sachant qu’il faut environ 10 heures pour obtenir 30 litres d’eau osmosée plus le temps qu’il faut pour la mettre à température ambiante.

- Le risque de fluctuation du pH lors d’une utilisation abusive.

Liens

http://www.aquariophilie.org/pages/technique_osmoseur.php
http://www.sagep.fr/html/eau_sante/clacium_sodium.shtml
http://www.arpege-assistance.fr/les_chloramines.htm
http://jmsnat.free.fr/site/osmoseur.html
http://andrelau.free.fr/techniq/osmoseur.htm
http://www.agora-aqua.com/Page38.htm
http://www.gutzwiller.fr/