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Le pouvoir tampon

Dans l'eau il y a un certain nombre d'ions. Parmi ces ions certains ont une influence sur le pH : les acides et les bases.

Lorsqu'on ajoute un acide à de l'eau, celui ci fait diminuer le pH en formant des ions H+. Lorsqu'on ajoute une base c'est le contraire, le pH remonte car on ajoute des ions OH-.

Parmi les acides il y a 2 catégories. Les acides forts et les acides faibles.

Lorsqu on ajoute un acide fort, comme l'acide chlorhydrique, à l'eau, cet acide va immédiatement relâcher tous les H+ qu'il contient et ainsi faire baisser le pH. Une fois qu'il a largué ses ions, l 'acide fort sera sous 2 formes dissociées : H+ d un côté et ce qu'on appelle la base conjuguée de l'autre. Ces 2 formes sont separées définitivement.

Au contraire de l'acide fort, un acide faible ne va relâcher qu'une partie des ses H+ lorsqu'il est dans l'eau, jusqu'à ce que le pH atteigne une certaine valeur. Le reste de ses H+ sont gardés en stock.
Si par la suite le pH de cet eau a tendance à monter, alors l'acide faible libère des H+ qu il avait en stock ce qui va atténuer la montée de pH.
Inversément si le pH de l'eau a tendance à baisser, l'acide faible va capturer des H+ et atténuer la baisse. C'est ce qu'on appelle le pouvoir tampon.

Même démonstration avec plus de détails: :)

En résumé :
TH = Ca + Mg
TAC = HCO3- + CO3--
CO3-- est quasi nul pour pH<8,3

équilibre CO2/TAC
cet equilibre est bien sur valable qu'il y ait ou non injection de CO2 (l'injection se contente de deplacer l'equilibre)

pouvoir tampon / acide fort - faible / base forte - faible

Un acide c'est un element qui peut apporter a l'eau des H+ (et donc baisser le pH). Pour simplifier la comprehension on va ecire l'acide HA. Dans l'eau l acide va se separer en H+ (qui va baisser le pH) et A- (la base conjuguée).
Dans l'eau un acide fort donne donc H+ et A-

Dans l'eau certains acides ont la propriété de se séparer (on dit dissocier) totalement. ce sont les acides forts (exemple acide chlorhydrique HCl).

D'autres au contraire ne vont se dissocier que partiellement : ce sont les acides faibles. Le pourcentage de l'acide total qui va se dissocier est directement lié au pH.

Dans l'eau un acide faible donne donc HA, H+ et A-.

Si la concentration en H+ tend à diminuer (le pH augmente) alors l'acide faible va avoir tendance à se dissocier davantage (à relâcher des H+) ce qui va redescendre le pH. Le pH est tamponné

Parmis les acides faibles qu'on trouve dans l'eau (et qui donc vont tamponner les variations de pH) le principal est généralement le couple
CO2aqueux / HCO3- (=le TAC pour des eaux a pH<8.3).

Par contre si les ions HCO3- sont rares (TAC faible) alors d'autres acides (ou bases) faibles vont jouer le role de tampons.

On peut citer par exemple
* l'ammoniaque - ammonium NH4+/NH3
* l'acide phosphorique (phosphates) HPO4 2-/PO4 3-
* un certain nombre d'acides organiques (dont ceux de décomposition des déchets, de racines, ...)

la force des acides et des bases est evaluée par le pKa (google pour plus d'infos:-). )


Le pH d'un bac peut fluctuer au cours de la journée, ca peut se comprendre tout simplement en regardant le bilan des consommations et apports de CO2 entre jour et nuit.

Apports de CO2 / 24h/24

  • respiration des poissons
  • respiration des bactéries aérobies (responsables de la dégradation des déchets organiques)
  • respiration des plantes
  • éventuellement injection de CO2


Echange de CO2 avec l'air

- si la concentration en CO2 dans le bac est supérieure à la concentration en CO2 de l'eau en équilibre avec l'air soit environ 0,5 mg/L a 25°C(http://perso.wanadoo.fr/bernard.pironin/aquatech/dissol-gaz.htm) alors le bac va avoir naturellement tendance à perdre du CO2.

Cette perte sera tres variable selon la surface de contact entre l'eau et l'air, selon la teneur en CO2 de l'eau et selon le brassage du bac.
Elle peut varier de presque rien (bac tres peu filtre et ferme) jusqu a être prédominant (bac ouvert, fortement brassé, avec bulleur) ce qui dans ce cas imposera une valeur de CO2 proche des 0,5 mg/L.

- si la concentration en CO2 dans le bac est inférieure à celle de l'air alors le phénomene précédent est inversé.


Consommations de CO2 (seulement la journée)

Le principal nutriment consommé par les plantes (lors de la photosynthese) est le CO2. Pour réaliser la photosynthèse les plantes ont besoin de lumière, ce qui explique une consommation exclusivement diurne.

Conclusion

Dans le cas d'un bac tres planté les apports de CO2 restent à peu près constants sur 24h alors que la consommation va être importante de jour et nulle la nuit. Par conséquent la quantité en CO2 peut être plus importante le matin que le soir. mais il faut rappeler que le CO2 est un acide faible (cf. au dessus) par conséquent lorsque le CO2 va etre consommé, s'il n est pas renouvellé par un apport extérieur (injection artificielle) alors l'équilibre CO2/HCO3- est deplacé.
Il va s en suivre une hausse de pH et une dissolution d'une partie de HCO3-.

Inversement la nuit l'équilibre se deplace dans l'autre sens avec une partie du CO2 en excès qui va reformer du HCO3- et le pH qui va diminuer.

Ce phénomène sera d'autant plus visible que le stock de HCO3- (c'est à dire le TAC) est faible.

Autre conséquence du phénomène : si les apports en excès de CO2 de la nuit ne parviennent pas à compenser les consommations de CO2 du jour (ex. bac tres planté et peu peuplé) , alors on assiste peu à peu a une perte de CO2 et de HCO3- (TAC) dans le bac (--> décalcification biogène).
Ceci illustre tout l'intérêt d'une injection de CO2 dans les bacs de type hollandais.

A titre d'exemple j'avais un bac hollandais tres planté, tres eclairé, très peu peuplé, avec faible TAC et avec apport de CO2. Lors des pannes de CO2 le pH du bac passait de 6,5 a 8,2 en environ 3 heures après allumage des lampes.

Enfin il est ridicule de considérer l'apport de CO2 comme moins naturel qu'une filtration biologique ou que le fait de nourrir ses poissons.
Aussi grand soit-il un bac (normal) n'a rien de naturel et nécessite des apports externes pour s'approcher de la nature (lumiere, nourriture des poissons, nutriments pour les plantes ou les coraux, chauffage, ...). Le CO2 est un outil parmi d autres.

©Anthon

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