Ven 15 Nov 2024 - 10:47 par 
Le carbone dans l'aquarium
Publié par Posseidon le 16/01/2010 (900 lus)
A la demande d'un membre de ce forum, j'ai décidé de rédiger ce petit article, qui, je l'espère, aidera chacun à comprendre quel est le rôle du carbone dans l'eau de son aquarium, sa relation avec les paramètres chimiques de l'eau fréquemment évoqués lors de processus divers, volontairement provoqués par l'aquariophile ou… accidentels
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Auteur : Posseidon
A la demande d'un membre de ce forum, j'ai décidé de rédiger ce petit article, qui, je l'espère, aidera chacun à comprendre quel est le rôle du carbone dans l'eau de son aquarium, sa relation avec les paramètres chimiques de l'eau fréquemment évoqués lors de processus divers, volontairement provoqués par l'aquariophile ou… accidentels.
Je ne crois pas qu'il soit utile de s'attarder longuement sur toutes les origines du carbone présent dans l'eau de nos aquariums, et je me bornerai à un bref rappel.
? Le carbone est un constituant majeur de la matière organique (avec l'oxygène et l'hydrogène). Chaque plante qui meurt, chaque parcelle de nourriture oubliée, va lentement se décomposer en éléments plus simples, et, de transformation en transformation, ce carbone va terminer son existence sous forme minérale : C. Il se liera ensuite avec les autres éléments chimiques pour former de nouveaux corps minéraux (carbonates) ou gazeux (gaz carbonique, méthane..).
? Le carbone est également disponible dans l'eau sous forme de gaz carbonique: la moindre bactérie aérobie a besoin de respirer. Cette respiration, qui concerne tous les êtres vivants va conduire à la libération de carbone sous forme de dioxyde de carbone.
? Les plantes elles-même n'échappent pas au principe: elles respirent et consomment donc de l'oxygène qu'elles transforment en gaz carbonique.
? La plante a ceci de singulier par rapport aux organismes "supérieurs" qu'elle a un besoin vital de carbone pour, en simplifiant à l'extrême, synthétiser des sucres ("hydrates de carbones"), eux-mêmes transformés en amidon. Ce constituant majeur, la plante ne pourra le puiser que grâce à la photosynthèse, au cours de laquelle les pigments des végétaux sont excités par la lumière et capables de capter le carbone dans le milieu ambiant sous forme de CO2. Seul l'atome de carbone sera conservé, tandis que le dioxygène sera rejeté.
Sur une période de 24 heures, avec alternance nuit/jour, le bilan est en faveur de l'oxygène. Voilà tout le pouvoir oxygénateur des plantes, mais aussi des algues, car il ne faut pas oublier que la plus grande partie de l'oxygène terrestre est produit dans les océans, par des algues unicellulaires.
LE CO2 DANS L'AQUARIUM.
Depuis l'apparition des bacs plantés, nombre d'aquariophiles ont décidé de soumettre leurs plantes à une croissance rapide en utilisant un éclairage de plus en plus puissant et de mieux en mieux adapté, en leur fournissant un sol fertile, en supplémentant l'eau en engrais, et, afin de n'avoir aucun facteur limitant cette croissance, de fournir du carbone sous forme de dioxyde de carbone : CO2.
Il ne m'appartient pas de dire si cette méthode doit être suivie ou non, et chacun se fera son opinion. Néanmoins, il ressort des nombreuses interventions sur les forums que le "pourquoi" et le "comment" du gaz carbonique ne sont parfois pas compris: dans la chimie complexe de l'eau, toute modification d'un paramètre entraîne une cascade de modifications et, parfois, ces changements sont mal compris ou mal interprétés par l'aquariophile : certains croient même que le CO2 servirait à faire baisser le pH: ce n'est qu'un effet "parasite" et en aucun cas le but poursuivi.
Il est également hors de mon propos de discuter de la méthode à utiliser pour produire et distribuer ce gaz carbonique. Seul son rôle sera donc évoqué.
Dans n'importe quelle eau, le carbone figurera sous plusieurs formes: organique, gazeuse et minérale. C'est ce que nous appellerons le CO2 TOTAL. Toutefois, le carbone organique ne sera pas évoqué dans cet article, alors qu'il joue pourtant un rôle majeur. Je ne parlerai que du carbone minéral.
? Sa répartition au sein de l'eau est des plus importantes à connaître si on veut en appréhender tous les aspects: on peut répartir le CO2 TOTAL de la façon suivante :
? Arrêtons-nous un instant pour bien définir ce qu'est le CO2 des bicarbonates et carbonates. Il s'agit en fait d'un tri-oxyde de carbone (CO3), qui, comme tous ces corps, est difficilement dissociable.
? Le CO2 libre, quant à lui, est beaucoup plus "mobile" et s'associera avec de nombreux autres corps chimiques. Le premier de ces corps est évidemment l'eau, avec laquelle il forme un acide selon la réaction suivante CO2 + H2O <---> H2 CO3. Que ceux qui n'ont jamais étudié la chimie ne s'effraient pas : il suffit de compter les atomes de part et d'autre des flèches pour comprendre ce qu'est une réaction équilibrée : 2 atomes d'hydrogène, un atome de carbone et trois atomes d'oxygène de chaque côté.
Néanmoins, l'eau ne peut pas dissoudre à l'infini le gaz carbonique: dans le cas d'une eau à laquelle aucun ajout ni retrait de CO2 n'a été effectué (ce qui n'est pas le cas de celle de nos aquariums), la quantité de CO2 dissous sera limitée par des facteurs tels que la pression atmosphérique et la température: à la pression de 1 atmosphère (1013,3 millibars) et à la température de 25°C, l'eau ne contiendra que 6,835 mg de CO2 par litre. Ceci ne veut pas dire que le point de saturation a été atteint.
Mais revenons à l'acide carbonique (H2CO3). Celui-ci est indispensable pour maintenir en solution les carbonates. Néanmoins, il n'est jamais totalement consommé et dépend de la quantité de minéraux alcalins présents dans le bac. Nous avons donc le schéma suivant :
Prenons un exemple qui nous fera comprendre le rôle des différentes formes du carbone dans l'eau. Dans un aquarium densément planté, un "incident" peut arriver: comme nous l'avons vu plus haut, les plantes, pour assurer la photosynthèse consomment du gaz carbonique et oxygènent l'eau. Que se passe-t-il si le CO2 est totalement consommé ? Les plantes vont en puiser dans les réserves des carbonates, et nous avons la réaction suivante : Ca (HCO3) Ca CO3 + H2CO3.
Les carbonates (de calcium ou autres) précipitent et l'eau devient "laiteuse" tandis que les plantes consomment le CO2 contenu dans H2CO3. C'est le phénomène de "l'eau blanche" ou décarbonatation biogène.
L'unique remède est alors d'injecter du gaz carbonique, qui formera de l'acide carbonique avec l'eau et qui dissoudra à nouveau les carbonates en hydrogénocarbonates.
Autre exemple très fréquent: beaucoup d'aquariophiles s'étonnent de voir leur pH augmenter, alors que l'eau de leur robinet est à la fois douce et acide. La question généralement posée est de savoir s'il existe ou non un quelconque élément "calcaire" dans le décor. C'est généralement le cas, et c'est le CO2 agressif qui attaque le matériau alcalin, faisant augmenter à la fois la dureté et le pH de l'eau.
Nous retiendrons donc que le CO2 libre est, à quelques milligrammes par litre près, sous forme d'acide carbonique.
LE CO2 ET LE pH.
? Chaque fois que du CO2 sera injecté dans l'aquarium, il y aura formation d'acide carbonique. Une diminution du pH est donc prévisible. Dans ce cas, on peut comprendre que si cet acide ne peut être neutralisé par un alcalin (calcium, magnésium, sodium, potassium), le pH baissera inévitablement.
Il est donc indispensable de connaître le GH et encore plus le KH de l'eau de l'aquarium. Imaginons une situation extrême: dans une eau à KH nul, tout le CO2 restera en l'état d'acide carbonique libre. L'acidose n'est pas loin. Au contraire, dans une eau à KH 10, l'acide carbonique sera de nature "équilibrante" et non agressive, à moins qu'on injecte de telles quantités de CO2 que la réserve alcaline soit totalement épuisée.
? Bien souvent est posée la question de savoir quelle quantité de gaz carbonique doit être injectée dans l'aquarium. Avant de répondre à cette question, il ne faut pas perdre de vue que l'ajout de CO2 est un ajout d'engrais comme un autre, et qu'il doit faire l'objet de beaucoup d'attention. Le but poursuivi n'est pas de transformer l'aquarium en magnum de champagne d'où s'échapperont de "zolies bubulles".
? Certains aquariophiles avertis estiment que la quantité de CO2 à dissoudre peut être déduite du KH et du pH. Ce calcul est bien gentil, mais il ne prend pas en compte la consommation par les plantes. Les tableaux qui ont pu être dressés à partir des KH et pH, sont, à mon avis, incertains et inutiles. Un dosage, même approximatif du CO2, à l'aide d'un test spécifique reste la seule solution valable. Parmi ces tests, il semble que le moins mauvais soit celui commercialisé par la firme Tetra.
? Parallèlement à cette mesure, celle du pH, réalisée par un test "permanent" doit être de règle: il est impensable de laisser une eau s'acidifier au-delà d'une certaine limite et je pense qu'une variation d'un demi-degré pH par rapport à celui de l'eau non supplémentée en CO2 est un maximum à ne pas dépasser. Les heureux possesseurs d'une sonde pH couplée à une électrovanne sont évidemment les mieux équipés, mais ne doivent pas délaisser pour autant leur "test permanent" utilisant un réactif chimique: deux précautions valent mieux qu'une.
? Enfin, une autre question angoissante revient souvent: faut-il laisser le distributeur de CO2 en fonctionnement pendant la nuit ? En effet, si les plantes sont demandeuses de carbone pendant la journée (photosynthèse), elles respirent de l'oxygène pendant la nuit. Les possesseurs d'électrovannes n'ont pas à gérer ce problème. Reste les autres. Qu'ils se rassurent: s'ils n'ont pas transformé l'eau de leur aquarium en liquide pétillant, celle-ci contiendra suffisamment d'oxygène pour permettre à tous leurs pensionnaires de passer une nuit sans problème. L'idéal serait de mesurer le taux d'oxygène le soir, et de refaire la même mesure le matin. Ces mesures ont été effectuées, et un taux d'oxygène de 5 mg/l est couramment mesuré le matin et parfaitement "confortable" pour les poissons.
CONCLUSION
L'utilisation du gaz carbonique comme engrais est tout à fait envisageable dès lors qu'elle ne se transforme pas en concours de bulles.
Des taux de CO2 de 20 à 25 mg/l ne devraient pas être dépassés, et ceci, sous réserve que les variations de pH restent renfermées dans des limites raisonnables et que la densité de la végétation rende nécessairement l'emploi de ce gaz : dans un bac modérément planté et assez peuplé, l'injection de CO2 n'est nullement indispensable.
On ne peut donc pas répondre, à priori, à cette éternelle question: "quelle quantité de gaz carbonique dois-je injecter dans mon aquarium ?" Il ne sert à rien de dissoudre 50 mg/l de CO2 si, le soir venu, il est indispensable de le faire dégazer en brassant l'eau. Des plantes qui passent la sacro-sainte journée à pétiller ne sont pas un gage de bonne santé de l'aquarium : c'est de l'oxygène que l'eau ne peut plus dissoudre, parce qu'elle est déjà en sursaturation. C'est du spectacle aquariophile, d'autant plus qu'à côté du carbone minéral fourni par le CO2 existe une autre source de carbone : le carbone organique total, qui est tout aussi important, sinon plus : dans tout aquarium, le carbone "libre", "bio-disponible" se forme sans cesse par la dégradation des polluants organiques subissant un phénomène d'oxydation.
La seule différence est le temps nécessité pour la transformation de cette source de carbone. On peut aider ce phénomène d'origine purement bactérienne en ajoutant à l'eau des produits oxydants. Le meilleur connu à l'heure actuelle est le permanganate de potassium. Mais ceci est un autre débat.
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Publié par Posseidon le 16/01/2010 (900 lus)
A la demande d'un membre de ce forum, j'ai décidé de rédiger ce petit article, qui, je l'espère, aidera chacun à comprendre quel est le rôle du carbone dans l'eau de son aquarium, sa relation avec les paramètres chimiques de l'eau fréquemment évoqués lors de processus divers, volontairement provoqués par l'aquariophile ou… accidentels
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Le carbone dans l'aquarium : |  |
A la demande d'un membre de ce forum, j'ai décidé de rédiger ce petit article, qui, je l'espère, aidera chacun à comprendre quel est le rôle du carbone dans l'eau de son aquarium, sa relation avec les paramètres chimiques de l'eau fréquemment évoqués lors de processus divers, volontairement provoqués par l'aquariophile ou… accidentels.
Je ne crois pas qu'il soit utile de s'attarder longuement sur toutes les origines du carbone présent dans l'eau de nos aquariums, et je me bornerai à un bref rappel.
? Le carbone est un constituant majeur de la matière organique (avec l'oxygène et l'hydrogène). Chaque plante qui meurt, chaque parcelle de nourriture oubliée, va lentement se décomposer en éléments plus simples, et, de transformation en transformation, ce carbone va terminer son existence sous forme minérale : C. Il se liera ensuite avec les autres éléments chimiques pour former de nouveaux corps minéraux (carbonates) ou gazeux (gaz carbonique, méthane..).
? Le carbone est également disponible dans l'eau sous forme de gaz carbonique: la moindre bactérie aérobie a besoin de respirer. Cette respiration, qui concerne tous les êtres vivants va conduire à la libération de carbone sous forme de dioxyde de carbone.
? Les plantes elles-même n'échappent pas au principe: elles respirent et consomment donc de l'oxygène qu'elles transforment en gaz carbonique.
? La plante a ceci de singulier par rapport aux organismes "supérieurs" qu'elle a un besoin vital de carbone pour, en simplifiant à l'extrême, synthétiser des sucres ("hydrates de carbones"), eux-mêmes transformés en amidon. Ce constituant majeur, la plante ne pourra le puiser que grâce à la photosynthèse, au cours de laquelle les pigments des végétaux sont excités par la lumière et capables de capter le carbone dans le milieu ambiant sous forme de CO2. Seul l'atome de carbone sera conservé, tandis que le dioxygène sera rejeté.
Sur une période de 24 heures, avec alternance nuit/jour, le bilan est en faveur de l'oxygène. Voilà tout le pouvoir oxygénateur des plantes, mais aussi des algues, car il ne faut pas oublier que la plus grande partie de l'oxygène terrestre est produit dans les océans, par des algues unicellulaires.
LE CO2 DANS L'AQUARIUM.
Depuis l'apparition des bacs plantés, nombre d'aquariophiles ont décidé de soumettre leurs plantes à une croissance rapide en utilisant un éclairage de plus en plus puissant et de mieux en mieux adapté, en leur fournissant un sol fertile, en supplémentant l'eau en engrais, et, afin de n'avoir aucun facteur limitant cette croissance, de fournir du carbone sous forme de dioxyde de carbone : CO2.
Il ne m'appartient pas de dire si cette méthode doit être suivie ou non, et chacun se fera son opinion. Néanmoins, il ressort des nombreuses interventions sur les forums que le "pourquoi" et le "comment" du gaz carbonique ne sont parfois pas compris: dans la chimie complexe de l'eau, toute modification d'un paramètre entraîne une cascade de modifications et, parfois, ces changements sont mal compris ou mal interprétés par l'aquariophile : certains croient même que le CO2 servirait à faire baisser le pH: ce n'est qu'un effet "parasite" et en aucun cas le but poursuivi.
Il est également hors de mon propos de discuter de la méthode à utiliser pour produire et distribuer ce gaz carbonique. Seul son rôle sera donc évoqué.
Dans n'importe quelle eau, le carbone figurera sous plusieurs formes: organique, gazeuse et minérale. C'est ce que nous appellerons le CO2 TOTAL. Toutefois, le carbone organique ne sera pas évoqué dans cet article, alors qu'il joue pourtant un rôle majeur. Je ne parlerai que du carbone minéral.
? Sa répartition au sein de l'eau est des plus importantes à connaître si on veut en appréhender tous les aspects: on peut répartir le CO2 TOTAL de la façon suivante :
? Arrêtons-nous un instant pour bien définir ce qu'est le CO2 des bicarbonates et carbonates. Il s'agit en fait d'un tri-oxyde de carbone (CO3), qui, comme tous ces corps, est difficilement dissociable.
? Le CO2 libre, quant à lui, est beaucoup plus "mobile" et s'associera avec de nombreux autres corps chimiques. Le premier de ces corps est évidemment l'eau, avec laquelle il forme un acide selon la réaction suivante CO2 + H2O <---> H2 CO3. Que ceux qui n'ont jamais étudié la chimie ne s'effraient pas : il suffit de compter les atomes de part et d'autre des flèches pour comprendre ce qu'est une réaction équilibrée : 2 atomes d'hydrogène, un atome de carbone et trois atomes d'oxygène de chaque côté.
Néanmoins, l'eau ne peut pas dissoudre à l'infini le gaz carbonique: dans le cas d'une eau à laquelle aucun ajout ni retrait de CO2 n'a été effectué (ce qui n'est pas le cas de celle de nos aquariums), la quantité de CO2 dissous sera limitée par des facteurs tels que la pression atmosphérique et la température: à la pression de 1 atmosphère (1013,3 millibars) et à la température de 25°C, l'eau ne contiendra que 6,835 mg de CO2 par litre. Ceci ne veut pas dire que le point de saturation a été atteint.
Mais revenons à l'acide carbonique (H2CO3). Celui-ci est indispensable pour maintenir en solution les carbonates. Néanmoins, il n'est jamais totalement consommé et dépend de la quantité de minéraux alcalins présents dans le bac. Nous avons donc le schéma suivant :
Prenons un exemple qui nous fera comprendre le rôle des différentes formes du carbone dans l'eau. Dans un aquarium densément planté, un "incident" peut arriver: comme nous l'avons vu plus haut, les plantes, pour assurer la photosynthèse consomment du gaz carbonique et oxygènent l'eau. Que se passe-t-il si le CO2 est totalement consommé ? Les plantes vont en puiser dans les réserves des carbonates, et nous avons la réaction suivante : Ca (HCO3) Ca CO3 + H2CO3.
Les carbonates (de calcium ou autres) précipitent et l'eau devient "laiteuse" tandis que les plantes consomment le CO2 contenu dans H2CO3. C'est le phénomène de "l'eau blanche" ou décarbonatation biogène.
L'unique remède est alors d'injecter du gaz carbonique, qui formera de l'acide carbonique avec l'eau et qui dissoudra à nouveau les carbonates en hydrogénocarbonates.
Autre exemple très fréquent: beaucoup d'aquariophiles s'étonnent de voir leur pH augmenter, alors que l'eau de leur robinet est à la fois douce et acide. La question généralement posée est de savoir s'il existe ou non un quelconque élément "calcaire" dans le décor. C'est généralement le cas, et c'est le CO2 agressif qui attaque le matériau alcalin, faisant augmenter à la fois la dureté et le pH de l'eau.
Nous retiendrons donc que le CO2 libre est, à quelques milligrammes par litre près, sous forme d'acide carbonique.
LE CO2 ET LE pH.
? Chaque fois que du CO2 sera injecté dans l'aquarium, il y aura formation d'acide carbonique. Une diminution du pH est donc prévisible. Dans ce cas, on peut comprendre que si cet acide ne peut être neutralisé par un alcalin (calcium, magnésium, sodium, potassium), le pH baissera inévitablement.
Il est donc indispensable de connaître le GH et encore plus le KH de l'eau de l'aquarium. Imaginons une situation extrême: dans une eau à KH nul, tout le CO2 restera en l'état d'acide carbonique libre. L'acidose n'est pas loin. Au contraire, dans une eau à KH 10, l'acide carbonique sera de nature "équilibrante" et non agressive, à moins qu'on injecte de telles quantités de CO2 que la réserve alcaline soit totalement épuisée.
? Bien souvent est posée la question de savoir quelle quantité de gaz carbonique doit être injectée dans l'aquarium. Avant de répondre à cette question, il ne faut pas perdre de vue que l'ajout de CO2 est un ajout d'engrais comme un autre, et qu'il doit faire l'objet de beaucoup d'attention. Le but poursuivi n'est pas de transformer l'aquarium en magnum de champagne d'où s'échapperont de "zolies bubulles".
? Certains aquariophiles avertis estiment que la quantité de CO2 à dissoudre peut être déduite du KH et du pH. Ce calcul est bien gentil, mais il ne prend pas en compte la consommation par les plantes. Les tableaux qui ont pu être dressés à partir des KH et pH, sont, à mon avis, incertains et inutiles. Un dosage, même approximatif du CO2, à l'aide d'un test spécifique reste la seule solution valable. Parmi ces tests, il semble que le moins mauvais soit celui commercialisé par la firme Tetra.
? Parallèlement à cette mesure, celle du pH, réalisée par un test "permanent" doit être de règle: il est impensable de laisser une eau s'acidifier au-delà d'une certaine limite et je pense qu'une variation d'un demi-degré pH par rapport à celui de l'eau non supplémentée en CO2 est un maximum à ne pas dépasser. Les heureux possesseurs d'une sonde pH couplée à une électrovanne sont évidemment les mieux équipés, mais ne doivent pas délaisser pour autant leur "test permanent" utilisant un réactif chimique: deux précautions valent mieux qu'une.
? Enfin, une autre question angoissante revient souvent: faut-il laisser le distributeur de CO2 en fonctionnement pendant la nuit ? En effet, si les plantes sont demandeuses de carbone pendant la journée (photosynthèse), elles respirent de l'oxygène pendant la nuit. Les possesseurs d'électrovannes n'ont pas à gérer ce problème. Reste les autres. Qu'ils se rassurent: s'ils n'ont pas transformé l'eau de leur aquarium en liquide pétillant, celle-ci contiendra suffisamment d'oxygène pour permettre à tous leurs pensionnaires de passer une nuit sans problème. L'idéal serait de mesurer le taux d'oxygène le soir, et de refaire la même mesure le matin. Ces mesures ont été effectuées, et un taux d'oxygène de 5 mg/l est couramment mesuré le matin et parfaitement "confortable" pour les poissons.
CONCLUSION
L'utilisation du gaz carbonique comme engrais est tout à fait envisageable dès lors qu'elle ne se transforme pas en concours de bulles.
Des taux de CO2 de 20 à 25 mg/l ne devraient pas être dépassés, et ceci, sous réserve que les variations de pH restent renfermées dans des limites raisonnables et que la densité de la végétation rende nécessairement l'emploi de ce gaz : dans un bac modérément planté et assez peuplé, l'injection de CO2 n'est nullement indispensable.
On ne peut donc pas répondre, à priori, à cette éternelle question: "quelle quantité de gaz carbonique dois-je injecter dans mon aquarium ?" Il ne sert à rien de dissoudre 50 mg/l de CO2 si, le soir venu, il est indispensable de le faire dégazer en brassant l'eau. Des plantes qui passent la sacro-sainte journée à pétiller ne sont pas un gage de bonne santé de l'aquarium : c'est de l'oxygène que l'eau ne peut plus dissoudre, parce qu'elle est déjà en sursaturation. C'est du spectacle aquariophile, d'autant plus qu'à côté du carbone minéral fourni par le CO2 existe une autre source de carbone : le carbone organique total, qui est tout aussi important, sinon plus : dans tout aquarium, le carbone "libre", "bio-disponible" se forme sans cesse par la dégradation des polluants organiques subissant un phénomène d'oxydation.
La seule différence est le temps nécessité pour la transformation de cette source de carbone. On peut aider ce phénomène d'origine purement bactérienne en ajoutant à l'eau des produits oxydants. Le meilleur connu à l'heure actuelle est le permanganate de potassium. Mais ceci est un autre débat.
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