REGLER SON REACTEUR A CALCAIRE

(version 1.1 du 13/05/97)

 
Le réacteur à calcaire est probablement le moyen de fournir du calcium à un aquarium récifal le plus pratique et le moins contraignant que l'on puisse trouver, si l'on compare avec les contraintes liées à l'utilisation de l'eau de chaux (avec ou sans réacteur) ou avec les solutions du type chlorure de calcium et autres. Cependant, cet appareil n'est pas exempte de contraintes et de problèmes, et il est parfois nécessaire, même sur de courtes durées, de revenir aux autres méthodes afin de lutter contre la baisse du pH, le manque de calcium ou l'apparition de Dinoflagellées.

 
Je n'ai pas ici la prétention de donner une méthode de réglage absolue d'un réacteur quelconque, car cela dépasse largement mes compétences, mais de souligner certains faits qui ne sont pas toujours clairement mis en relief. A partir de ces faits, chacun pourra en tirer ses propres conclusions, éventuellement confirmer les miennes, tester certains réglages sur son réacteur, et trouver le réglage optimal d'une manière moins empirique que précédemment.

 
Tout d'abord, quel est le but ultime d'un réacteur à calcium : fournir du calcium ! Cela paraît évident, mais ce qui l'est moins, c'est la capacité de tel ou tel réacteur à fournir du calcium en quantité suffisante et sans effet secondaire pervers. Les réacteurs sont souvent considérés comme bons ou non, suffisants ou pas, mais il nous manque généralement un grand nombre de critères permettant de qualifier les appareils, de les comparer entre eux, voire de simplement vérifier que leurs performances les rendent aptes à être utilisés sur nos bacs. Par exemple, un réacteur jugé très satisfaisant par untel peut parfaitement ne pas suffire chez un autre : tout dépend de la taille du bac et de sa population en coraux. Un bac de coraux mous consommera moins qu'un bac de coraux durs, et une population de coraux durs donnée consommera moins qu'une population deux fois plus importante. Pour comparer et juger les réacteurs, il nous manque donc généralement des courbes de production de calcium en fonction du débit d'eau en sortie, de CO2 en entrée, et du substrat calcaire utilisé (l'aragonite se dissout mieux à un pH donné que la calcite).

 
Si l'eau de chaux permet de maintenir le pH d'un aquarium, il est fréquent d'entendre les possesseurs de réacteur à calcaire se plaindre de leur pH, qui évolue souvent entre 7.8 le matin et 8.1 le soir. Serait-ce un effet secondaire des réacteurs ? Nous y reviendrons plus loin, mais la dissolution du substrat calcaire étant réalisée grâce à l'acidité engendrée par l'injection de CO2 (qui se transforme en acide carbonique selon la réaction : CO2 + H2O => H2CO3), il est inéluctable que l'injection d'un volume d'eau donné à un pH généralement beaucoup plus bas que celui du bac (généralement 6.5 pH ou en-dessous) induise la diminution du pH que le bac aurait sinon naturellement, même si la photosynthèse (consommatrice de CO2) est importante.
 
Autre reproche que l'on peut entendre à propos des réacteurs : ils mettraient des phosphates dans l'eau. En fait, tout dépend du substrat calcaire utilisé : le carbonate de calcium pur ne libère que peu de phosphates lorsqu'il est dissout, contrairement à certains sables de corail, qui résultant d'activités organiques, peuvent contenir plus ou moins de phosphore. Malheureusement, et pour une raison encore inexpliquée, on peut mesurer 0,1 ppm (test SERA) de phosphates dans certains granulés de dureté du commerce (en mettant 1 cm de granulés dans l'éprouvette de test) alors que le produit est réputé pur à 99%... le 1% restant serait-il du phosphore ? Cette constatation, associée à la mesure des phosphates dans certains sables de corail, nous amène à penser que certains sables sont équivalents aux granulés de dureté en termes de phosphates, mais comme ils se dissolvent mieux en raison de l'aragonite qu'ils contiennent, et qu'ils libèrent en plus du strontium, il est préférable de les utiliser dans un réacteur à calcaire. Le tout est de trouver le bon sable !

 
Cet article est né de plusieurs expériences différentes qui ont révélé le manque de données chiffrées dans le domaine des réacteurs à calcaire. La première expérience était en fait un banc de test sur les produits de mesure du calcium, qui nous a permis de trouver un produit fiable et précis, et de surcroît insensible au CO2 dissout dans l'eau testée, ce qui est loin d'être le cas de tous les produits du marché. Il était fondamental d'avoir un produit dont nous maîtrisions le fonctionnement avant de pouvoir envisager d'autres expériences. Le nouveau Salifert Profi-Test Calcium (celui avec 3 réactifs et 1 seringue de dosage d'1 ml) répond à notre besoin. Après avoir testé ses mesures sur des solutions étalons connues, nous avons vérifié sa réaction vis à vis du CO2 dissout en réalisant plusieurs mesures sur de l'eau issue d'un réacteur à calcaire. Nous avons testé le calcium avec de l'eau immédiatement prélevée à la sortie du réacteur, puis effectué d'autres mesures avec la même eau ventilée ou laissée reposer. Les mesures étant rigoureusement identiques, le produit a été jugé apte à servir nos desseins. Seul inconvénient de ce produit : il est assez difficile à trouver, le circuit de distribution sur la France étant curieusement géré.

 
L'autre expérience partait d'une hypothèse de Stéphane FOURNIER : un réacteur à calcaire pouvait très bien fournir, pour un débit de CO2 donné, autant de calcium pour un débit d'eau de 4 litres/heure que pour 2 litres/heure, 4 litres/heure étant le débit recommandé en général pour le fonctionnement du TurboCalc de Claude HUG que nous sommes en certain nombre à utiliser.
 
Aussitôt suggéré, aussitôt testé : j'ai relevé systématiquement tous les paramètres concernés (pH du bac, pH en sortie de réacteur, calcium du bac, calcium en sortie de réacteur, débit d'eau, débit de gaz, date, heure) pendant une semaine, en laissant un débit de CO2 constant, mais en faisant varier le débit d'eau de sortie. Cette série de mesures a permis de vérifier plusieurs hypothèses (voir graphique 1 des mesures), même s'il faudrait pouvoir poursuivre ce type de mesures afin de pouvoir en tirer des abaques.
 
Graphique 1


 
La première hypothèses concernait le débit en calcium en fonction du débit d'eau du réacteur (à un débit de CO2 contant). On le voit sur le graphique, plus le débit du réacteur baisse et plus le débit du réacteur augmente en calcium, grâce à une acidité en forte progression dans le réacteur (le calcium est exprimé en dg/l (0,1 g/l) afin de permettre la lisibilité de toutes les courbes sur le même graphique). Le fait que le calcium du bac tende à se stabiliser est bien entendu totalement dépendant de la consommation interne en calcium et donc de la population à un instant donné. Il est intéressant de noter que le delta moyen entre le calcium en sortie de réacteur et le calcium du bac augmente proportionnellement en fonction de la réduction du débit d'eau (à débit de gaz constant) :
 

Delta moyen (mg/l)

Débit d'eau (l/h)

55

4

110

2

220

1

 
Le calcium du bac est important à considérer car c'est bien l'eau du bac qui entre dans le réacteur (sauf si vous y injectez de l'eau osmosée pour compenser l'évaporation tout en injectant une eau plus acide que celle du bac), et seule la différence entre la taux de calcium en sortie de réacteur et celui en entrée donne une idée de la production.

 
Autre hypothèse vérifiée par l'expérience : plus l'acidité augmente dans le réacteur et plus la dissolution du substrat augmente. Il est possible qu'à partir d'un certain seuil la dissolution reste constante alors que l'acidité augmente, mais nous ne sommes pas descendu assez bas pour le vérifier. Quoi qu'il en soit, la comparaison entre la courbe de pH en sortie de réacteur et celle de production de calcium montre que la production de calcium est totalement liée à l'acidité (ce qui n'est pas une surprise), mais aussi que cette production augmente exponentiellement par rapport à la chute du pH dans le réacteur.

 
A partir de ces résultats, on en déduit aisément qu'en fonction du besoin en calcium, il suffit d'augmenter le débit d'eau en sortie de réacteur tout en y maintenant un pH très bas en augmentant le débit en CO2. Malheureusement, c'est sans compter dans la quantité d'acide déversée dans le bac et le fait que le pH réagit exponentiellement en fonction de cet acide. Le graphique 2 montre comment, pour un débit de CO2 donné en faisant varier le débit de sortie d'eau, le taux d'acide déversé dans le bac augmente, pour un taux de calcium fournit équivalent. Le graphique 3 montre lui comment, en fonction du débit d'eau du réacteur et du pH que l'on y maintient, le débit d'acide déversé dans le bac (en mol/l) augmente. les calculs sont effectués avec la formule suivante : Acide en mol/l = débit (l) * 10-pH
 
Graphique 2
 
 
Graphique 3
 
La quantité d'acide en fonction d'un pH donné étant une courbe exponentielle (plus le pH baisse et plus la quantité d'acide augmente), cela explique pourquoi, à un débit de calcium équivalent, un règlage d'un litre/heure est jugé moins performant qu'un règlage de 2 l/h. A partir d'un certains seuil de pH en sortie de réacteur, on ne peut plus maintenir le pH du bac, et c'est ce qu'illustre le graphique 4 suivant. L'évolution de la quantité d'acide est infime entre 7,5 et 14 de pH, alors qu'elle augmente brutalement sous 7,5 de pH. La quantité d'acide ne fait "que" doubler entre 6,5 et 6.0 de pH, alors qu'elle triple entre 6.0 et 5.5, et augmente encore plus brutalement en deça de 5,5. Ce calcul simple illustre les résultats fournis par les mesures : à partir de 6.0 en sortie de réacteur, on ne maîtrise plus la situation.
 
Graphique 4 : Acide déversé pour un pH donné
 
Afin de comparer ces productions d'acide et mieux visualiser la performance de tel ou tel réglage, le graphique 5 donne des courbes de ratios d'acide déversé en fonction des débits. On y compare le débit d'1 l/h par rapport à 4 l/h, 2 l/h par rapport à 4 l/h, et 1 l/h par rapport à 2 l/h (à débit de gaz constant). Le trait noir gras définit à quel moment le taux d'acide déversé est équivalent dans un cas comme dans l'autre. On y voit sans peine qu'un débit de 2 l/h réduit de 20% l'acide versé par rapport à un débit de 4 l/h (en tenant compte des pH moyens constatés pour chaque débit, soit un pH de 6.2 pour un débit de 2 l/h et un pH de 6.4 pour 4 l/h).
 
Graphique 5
 
Ce paramètre « acide » est important car c'est lui qui fait chuter le pH de l'aquarium et qui limite donc la production de calcium. Avec un débit d'1 l/h, à débit de gaz constant à et production de calcium équivalente à un débit de 2 ou 4 l/h, le pH en sortie de réacteur à chuté brutalement sous 6.0, au point que le bac à perdu près de 0,1 pH en une journée par rapport à d'habitude. Le réacteur n'avait pas encore stabilisé son pH de sortie lorsque j'ai arrêté l'expérience, craignant pour l'aquarium. En effet, le seul inconvénient de ces expériences est que l'on doive absolument travailler sur du « vivant », c'est à dire sur un bac qui consomme du calcium et du CO2 via la photosynthèse.

 
En conclusion, il semble que le réglage optimal d'un réacteur soit celui qui ne fait ni monter ni baisser le pH de l'aquarium, mais cet optimal ne permettra pas forcément de maintenir le calcium. Peut être que la conclusion de Ludovic MICHALON est finalement la bonne : pour maintenir un pH élevé (mais pas trop), un calcium élevé quelle que soit sa population de coraux tout en gardant une pression partielle de CO2 faible (afin d'éviter l'apparition de Dinoflagellées), la solution passe probablement par l'utilisation conjointe d'un réacteur à calcaire, pour sa stabilité de production et son faible entretien, et d'eau de chaux (éventuellement via un réacteur), pour sa capacité à maintenir calcium, pH et alcalinité en consommant le CO2 dissout dans l'eau et en précipitant les phosphates. Cette utilisation conjointe complexe ne sera évidemment utile que pour les bacs récifaux lourdement chargés en coraux durs constructeurs de récifs. Une autre solution que certains ont déjà cherché consiste bien évidemment à faire produire la quantité de calcium nécessaire au réacteur, sans tenir compte du pH de sortie, puis à faire en sorte que ce pH de sortie soit augmenté en traitant le liquide issu du réacteur. Selon Stéphane FOURNIER avec qui j'en ai discuté, il existe en gros deux méthodes. La première consiste à faire passer ce liquide dans un tube très fin et long rempli de substrat calcaire (ce qui revient à mettre un réacteur derrière un réacteur) afin d'utiliser l'acide résiduel pour fournir encore du calcium. L'autre consiste à injecter ce liquide dans une colonne en circuit ouvert de bulles fortement brassées (du type de se que l'on obtient dans un écumeur) afin de dégazer le CO2 dissout. SI vous avez une expérience dans ce domaine, merci de me contacter pour que nous en discutions.

 
J'ai conscience du manque de rigueur scientifique de cet exposé, mais n'ayant jamais vu d'explication détaillée sur le réglage des réacteurs à calcaire, il me semblait utile d'en faire une, ne serait-ce que pour déclencher des réactions (en accord ou pas avec mes observations) qui feront peut-être avancer la réflexion écrite dans ce domaine et faire en sorte que l'empirisme recule. Les mesures ont été réalisées avec du carbonate de calcium (CaCO3) pur sous forme de calcite (marque TUNZE), et il serait intéressant de réaliser des expériences avec de l'aragonite pure ou du sable de corail. Si j'ai l'occasion de complèter ces observations avec d'autres substrats, je ne manquerai pas de vous en faire part.
 
 
Fabrice POIRAUD-LAMBERT
 
 

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