Généralités
18
Figure 5 : La spéciation des carbonates en fonction du pH. Source : (Copin-Montégut, 1996)
1.3.1 Equilibre du système des carbonates
Le CO2 est un gaz soluble, la réaction entre les formes gazeuses et dissoutes de ce gaz est régie
par une série d‘équilibres chimiques. Voici les réactions (voir ci-dessous) qui régissent l'équilibre
du système des carbonates, ainsi que leurs constantes d’équilibre (K0, K1 4 , K2
5 ) :
CO2 (g) ↔ CO2 (aq)
Équation 1 ;
avec : 𝑲 𝟎 =
[𝑪𝑶 𝟐 (𝒂𝒒) ]
𝐩𝑪𝑶 𝟐
CO2 (aq) + H2O ↔ H
+ (aq) + HCO3
- (aq)
Équation 2
; avec : 𝑲 𝟏 =
[𝑯 + ]+[𝑯𝑪𝑶 𝟑
− ]
[𝑪𝑶 𝟐 (𝒂𝒒) ]
HCO3- (aq) ↔ H
+ (aq) +CO3
2- (aq)
Équation 3 ;
avec : 𝑲 𝟐 =
[𝑯 + ]+[𝑪𝑶 𝟑
𝟐− ]
[𝑯𝑪𝑶 𝟑
− ]
En général ces équilibres sont réalisés simultanément.
La réaction de formation des carbonates de calcium et sa constante d’équilibre Kps
6 sont :
Ca
2+ + CO3
2- ⇄ CaCO3 (solide)↓
Équation 4 ;
avec : Kps = [CO3
2] × [Ca
2+
]
1.3.2 Paramètres du système des carbonates
Neuf entités chimiques, nommées variables, sont concernées par le système des carbonates, à
savoir : la pression partielle du CO2 (pCO2), [CO2 aq], [H
+
] ou pH (potentiel Hydrogène), [OH
-
],
[HCO3
-
], [CO3
2], [B(OH)4
-
], le carbone inorganique total (TCO2, DIC ou CT), l’Alcalinité
Totale (AT ou TA). Parmi ces variables, quatre seulement sont des grandeurs mesurables : pH,
pCO2, TCO2 et AT. Pour déterminer la concentration de ces paramètres, il suffit de connaître
deux des quatre variables mesurables. Le choix du couple de mesure utilisé dépend de la nature
du paramètre à connaître, on choisit souvent le couple AT/TCO2 car il est facile à mesurer et
offre une assez bonne précision.
4 𝑝𝐾 1 = (3633,86 𝑇) − 61,2172 + (9,6777 × í µí±™í µí±›í µí±‡) −
⁄
(0,011555 × í µí±†) + (0,0001152 × í µí±†
2 )
5 𝑝𝐾 2 = (471,78 𝑇) + 25,929 − (3,16967 × í µí±™í µí±›í µí±‡) − (0,01781 × í µí±†) + (0,0001122 × í µí±†
2 )
⁄
6
LogKps=-171,945-0,077993T+2903,293/T+71,595×LOG10(T)-0,10018S+0,0059415×S×√𝑆+(
0,068393+0,0017276T+88,135/T)×√𝑆