Chloration & pipi dans la piscine : La chimie des piscines

Les piscines sont un moyen génial de se rafraîchir pendant un été chaud. Bien sûr, ce n’est pas une idée particulièrement originale, et des centaines de personnes peuvent utiliser une piscine particulière chaque jour. La chimie est là pour nous éviter de nous baigner dans des eaux qui abritent des infections potentielles transmises par l’eau. Elle peut également nous aider à éviter le péché capital de faire pipi dans la piscine, mais pas sans conséquence. Elle le fait, comme vous le savez probablement déjà, par la chloration de l’eau de piscine – bien que ce soit moins simple que vous ne le pensez!

Pour commencer, comment l’eau est-elle chlorée ? Vous pourriez vous attendre à ce qu’elle soit réalisée à l’aide de chlore, mais il est en fait devenu assez rare de chlorer les piscines en utilisant le chlore lui-même. La raison en est la nature toxique du chlore gazeux, qui le rend délicat à stocker et potentiellement dangereux pour la santé en cas d’accident. Au lieu de cela, on utilise d’autres produits chimiques qui peuvent également accomplir la chloration de l’eau.

Les hypochlorites sont les principaux d’entre eux, et certains des plus couramment utilisés sont l’hypochlorite de sodium et l’hypochlorite de calcium. Ces composés présentent un avantage par rapport au chlore, car ils sont solides à température ambiante et peuvent être dissous dans l’eau, ce qui les rend beaucoup plus faciles à stocker et à utiliser. L’hypochlorite de sodium est un composé que vous avez probablement déjà rencontré dans votre foyer, car il entre dans la composition des produits de blanchiment à base de chlore. Il est vendu dans des solutions légèrement plus concentrées pour chlorer les piscines, et peut également être obtenu sous forme de comprimés. Bien sûr, une fois qu’il est dans l’eau, il est à une concentration beaucoup plus faible que celle que l’on trouve dans l’eau de Javel, donc le fait qu’on en trouve aussi n’est pas inquiétant.

Le chlore et les sels d’hypochlorite réagissent tous deux avec l’eau pour produire un composé différent appelé acide hypochloreux. Il s’agit d’un acide relativement faible, mais aussi d’un agent oxydant puissant, et en fait largement responsable des effets bactéricides de la chloration de l’eau. La façon exacte dont il aide à tuer les bactéries a été débattue, on pense qu’il affecte un certain nombre de facteurs au niveau de la membrane cellulaire des bactéries, notamment en supprimant la fonction métabolique de la cellule, en empêchant la réplication de son ADN et en empêchant les protéines des cellules de pouvoir se regrouper.

L’acide hypochloreux se dissocie (se divise) partiellement dans l’eau, formant l’ion hypochlorite. C’est un oxydant environ 60 fois plus faible que l’acide hypochloreux, il n’est donc pas aussi efficace pour aider à éliminer les bactéries de l’eau. Heureusement, la dissociation de l’acide hypochloreux est réversible et nous pouvons la modifier en notre faveur en contrôlant l’acidité de la piscine. Bien que nous souhaitions conserver un pH agréable pour la baignade, en le maintenant entre 7,2 et 7,8, nous préférons que la majeure partie de l’acide hypochloreux reste en place, plutôt que de se dissocier pour former l’ion hypochlorite. Les concentrations combinées des deux sont souvent appelées « chlore libre disponible » (FAC).

Un autre problème, notamment avec les piscines extérieures, est celui de la photolyse UV. Il s’agit de la décomposition des composés chimiques en présence de la lumière UV. Comme nous le savons bien, le soleil émet des rayons UV, dont nous essayons de nous protéger en utilisant des écrans solaires. Cette lumière UV peut également provoquer la décomposition des ions hypochlorite (et, dans une moindre mesure, de l’acide hypochloreux). Ce phénomène est à l’origine de 90 % de la perte de FAC des piscines extérieures et signifie que ces dernières nécessitent une chloration plus fréquente. D’autres produits chimiques peuvent également être ajoutés à l’eau de la piscine pour aider à prévenir ce phénomène, ce dont nous parlerons sous peu.

Un effet secondaire courant d’une journée de baignade dans une piscine chlorée est le picotement des yeux. Souvent, on attribue ce phénomène au fait que les niveaux de chlore dans la piscine sont  » trop élevés  » ; en fait, c’est le contraire, comme nous allons le découvrir. Tout d’abord, ce n’est pas l’acide hypochloreux ou les ions hypochlorite qui provoquent ces yeux irrités. En fait, c’est le résultat de composés produits par la réaction de ceux-ci avec des composés chimiques contenus dans votre sueur – ou dans votre urine.

Votre sueur et votre urine contiennent toutes deux de l’ammoniac ou des composés dérivés de l’ammoniac. L’urée est un composé que nous associons à l’urine, mais on le trouve en fait aussi à de très faibles niveaux dans la sueur. L’acide urique est un autre composé que l’on retrouve dans les deux. Lorsque ces composés réagissent avec l’acide hypochloreux présent dans l’eau chlorée, une série de composés sont produits, dont certains connus sous le nom de chloramines.

Les chloramines sont les composés responsables de l’irritation des yeux que tous les nageurs fréquents qui lisent ces lignes ont sans doute connu à un moment ou à un autre. Elles sont également responsables de l’odeur que nous associons aux piscines. Bien que nous fassions souvent référence à cette odeur comme étant celle du chlore, ce sont en fait ces sous-produits qui la produisent, donc si une piscine sent fortement le « chlore », cela indique un niveau plus élevé de ces composés dans l’eau – ce qui n’est évidemment pas une bonne chose !

Le pourcentage de personnes prêtes à avouer avoir fait pipi dans la piscine est en fait plus élevé que ce à quoi on pourrait s’attendre : un énorme 19% des Américains interrogés dans une enquête de 2012 ont admis s’être, à un moment donné, soulagés dans l’eau d’une piscine. 79 % des personnes interrogées dans le cadre de la même enquête soupçonnent que d’autres personnes urinent dans l’eau. Ce n’est pas une bonne nouvelle, car l’urine augmente la quantité de trichloroamine présente dans l’eau de la piscine. La trichloroamine a été accusée de provoquer des symptômes respiratoires chez les nageurs fréquents et les employés de piscine, avec un débat sur la question de savoir si elle pourrait être responsable de l’induction de l’asthme chez certains.

Un autre produit chimique produit à la suite de la présence de pipi dans la piscine est le chlorure de cyanogène, un produit chimique qui peut également avoir des effets assez désagréables – bien que, aux concentrations produites dans l’eau de baignade, on se demande si des effets néfastes seraient observés. Bien sûr, il existe un moyen simple d’empêcher la production de ces composés, et c’est, évidemment, de ne pas faire pipi dans la piscine. Si vous êtes un adepte du pipi dans la piscine, vous devriez peut-être reconsidérer votre position ! Michael Phelps, prenez note.

Le chlore contenu dans ces sous-produits de la chloration est appelé « chlore combiné » (CC). La quantité totale de chlore dans la piscine est la somme du chlore libre disponible (FAC) et du chlore combiné, et il est recommandé que le niveau de FAC reste entre 1 et 4 parties par million. Une piscine olympique contient 2 500 000 litres d’eau, donc c’est en fait une quantité incroyablement faible.

D’autres composés peuvent être ajoutés aussi, ainsi que ceux ajoutés dans le but de la chloration. Un de ces composés est le chlorure de calcium. Il est ajouté pour empêcher le sulfate de calcium légèrement soluble, un composant du coulis entre les carreaux dans les piscines, de se dissoudre lentement. Il empêche cela par le biais de ce que l’on appelle l’effet ionique commun. Essentiellement, les ions calcium présents dans le chlorure de calcium augmentent la concentration d’ions calcium dans l’eau, empêchant une grande partie du sulfate de calcium de se dissoudre.

Un autre composé qui peut être ajouté est l’acide isocyanurique. Ce composé est un herbicide, et les niveaux doivent donc être maintenus en dessous de 200 parties par million ; il est généralement présent à un niveau beaucoup plus bas. La raison pour laquelle il est ajouté est qu’il peut aider à stabiliser les niveaux de chlore, en particulier dans les piscines extérieures où ils sont épuisés par l’action des rayons UV. L’acide isocyanurique réagit avec les ions hypochlorite, produisant de l’acide dichloro(iso)cyanurique. Cependant, il s’agit d’une autre réaction réversible, et comme les ions hypochlorite sont épuisés par la photolyse UV, la décomposition de ce composé en acide isocyanurique et en ions hypochlorite est favorisée. Il agit donc comme une sorte de « réservoir » de chlore, en reconstituant les ions hypochlorite perdus.

Il est probablement devenu clair au fil de cet article qu’il y a beaucoup de chimie derrière le maintien de la propreté d’une piscine. Le paysage chimique d’une piscine est en constante évolution, et une gestion attentive de celui-ci est nécessaire pour maintenir une piscine sûre et propre.

Vous avez aimé ce post & graphique ? Envisagez de soutenir Compound Interest sur Patreon, et obtenez des aperçus des prochains posts &plus !

Le graphique de cet article est sous licence Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License. Vous voulez le partager ailleurs ? Consultez les directives d’utilisation du contenu du site.

Références &Lectures complémentaires

• Chimie de la piscine – D De Le Matter
• Chloramines – comprendre l’odeur de la piscine – American Chemistry Council
• Fiches de travail sur la chimie de la piscine – Royal Society of Chemistry
• Besoin de désinfection volatile.produits de la chloration de l’acide urique – L Lian & autres
• Photolyse UV du chlore libre – T L Brooks & autres
• Résultats de l’enquête sur l’hygiène des nageurs – Qualité de l’eau & Conseil de la santé
• Exposition à la trichloroamine et symptômes respiratoires chez les travailleurs de la piscine – J H Jacobs & autres

.