Chlorure de fer(III) à 40 % ou chlorure de polyaluminium (PAC) ? Comparaison pratique pour le choix du coagulant

De nombreux exploitants de stations de traitement d'eau et ingénieurs en approvisionnement se demandent : faut-il utiliser chlorure de fer(III) chlorure de fer(III) ou chlorure ferrique) ou du chlorure de polyaluminium (PAC ou PACl) ? Ces deux coagulants inorganiques figurent parmi les plus utilisés et présentent chacun des avantages spécifiques. Il n'existe pas de coagulant « idéal » pour toutes les eaux, mais comprendre leurs différences permet de restreindre les options avant les essais et garantit des spécifications d'achat précises.

Qu'est-ce que le chlorure de polyaluminium (PAC) ?

Le chlorure de polyaluminium n'est pas un sel simple comme l'alun, mais un chlorure d'aluminium partiellement pré-hydrolysé. Cela signifie que certains ions chlorure sont remplacés par des groupes hydroxyle lors de sa fabrication, ce qui donne des composés d'aluminium polynucléaires. Sa formule générale est Aln(OH)mCl(3n-m).

La basicité est la caractéristique la plus importante permettant de distinguer les qualités de PAC. Elle exprime le rapport entre les groupes hydroxyle et l'aluminium et se calcule comme suit : Basicité (%) = (OH/Al) ÷ 3 × 100. Plus la basicité est élevée, plus la proportion d'espèces polymères dans le produit est importante.

Que signifie « PAC 18 % » ? Il s’agit d’une appellation commerciale courante pour une solution liquide de PAC. Les notices des fabricants indiquent une teneur en oxyde d’aluminium (Al₂O₃) d’environ 17 %, variant de 16,5 % à 18 % selon le fabricant, soit environ 9 % d’aluminium. Son alcalinité se situe généralement entre 35 % et 45 %. Des solutions moins concentrées et des poudres à teneur en Al₂O₃ plus élevée sont également disponibles. Par conséquent, demandez toujours le pourcentage d’Al₂O₃ et l’alcalinité sur le certificat d’analyse et ne vous fiez pas uniquement à l’appellation commerciale.

Spécifications standard : En Europe, la spécification EN 17034:2018 couvre le chlorure de polyaluminium utilisé dans le traitement de l'eau potable et a remplacé l'ancienne spécification EN 883. Quant au chlorure de fer(III), il est couvert par la spécification EN 888, dont la dernière version a été publiée en 2023.

Que pensez-vous d'une solution chlorure de fer(III) à 40 % ?

La formule FeCl₃ désigne le composé anhydre. Le produit utilisé dans les centrales électriques est une solution aqueuse brun-rougeâtre très acide. Par exemple, la fiche technique de la solution chlorure de fer(III) ferrique à 40 % d'Egy Chem Hub indique une teneur en fer de 13 à 14 % et une densité de 1,42 à 20 °C, soit environ 568 g de chlorure de fer(III) par litre.

Lorsqu'on ajoute le sel de fer à l'eau, il se décompose et forme de hydroxyde de fer(III) insoluble. Ce précipité neutralise les charges des particules en suspension et les emprisonne dans une lamelle. Un phénomène presque identique se produit avec l'aluminium dans le PAC. La différence réside dans le fait qu'une partie de cette décomposition a déjà eu lieu dans l'usine, ce qui explique la plupart des différences observées par la suite.

Principales différences dans le tableau

PH et alcalinité

C’est là que la première différence pratique apparaît. chlorure de fer(III) est efficace sur une plage de pH beaucoup plus large que les coagulants à base d’aluminium. Il s’agit d’un réel avantage pour les eaux dont le pH fluctue et pour les eaux usées industrielles qui peuvent arriver à l’usine acides ou alcalines.

En revanche, chlorure de fer(III) consomme davantage d'alcalinité de l'eau que l'alun. Le carbonate de calcium amorphe ( PAC ), quant à lui, en consomme moins car une partie de l'acidité est neutralisée lors de sa fabrication. Par conséquent, le PAC abaisse moins le pH et nécessite souvent moins de chaux ou de soude pour sa correction.

Qu’est-ce que cela signifie pour l’acheteur ? Dans une eau faiblement alcaline, le PAC peut permettre de réduire le coût de l’agent correcteur. Cependant, dans une eau suffisamment alcaline, ou lorsque la réduction du pH est déjà nécessaire, l’effet de cette différence s’atténue et le large spectre d’action chlorure de fer(III) devient évident.

Eau chaude et froide

Plusieurs études s'accordent à dire que le charbon actif en poudre (CAP) est moins sensible aux variations de température que l'alun. Lors d'expériences menées sur des eaux de rivière et de lac à des températures d'environ 5 à 12 °C, les paillettes de CAP ont conservé leur taille et leur sédimentation, et la quantité d'aluminium résiduel était inférieure à celle de l'alun. Ceci est attribué à la présence de polymères préformés dans le CAP.

Cependant, une comparaison directe entre chlorure de fer(III) et le PAC dans l'eau froide n'a pas donné de résultats cohérents dans la littérature consultée. Par conséquent, nous recommandons de réaliser le test comparatif à la température la plus basse prévue pour l'eau brute au cours de l'année, et non pas seulement en été.

Floculation, sédimentation et boues

Les paillettes de fer sont généralement de grande taille et se déposent rapidement, ce qui est avantageux dans les bassins de décantation classiques. Le PAC, quant à lui, forme des paillettes relativement cohésives et nécessite souvent une dose d'alun plus faible pour obtenir le même résultat.

Dans les deux cas, la boue est un hydroxyde minéral ajouté aux boues de la station d'épuration. Sa quantité et son pouvoir déshydratant dépendent du dosage et du type d'eau ; c'est pourquoi on les mesure sur les mêmes échantillons plutôt que de se fier à une règle générale.

Métaux résiduels dans l'eau potable

Dans l'eau potable, tout coagulant laisse une trace de ses minéraux si le processus n'est pas maîtrisé :

• Aluminium : L’Organisation mondiale de la santé (OMS) n’établit pas de valeur guide sanitaire pour l’aluminium, mais elle spécifie des seuils pratiques atteignables par la maîtrise de la coagulation : 0,1 mg/L ou moins dans les grandes installations et 0,2 mg/L ou moins dans les petites installations. Des études indiquent que le PAC laisse moins de résidus d’aluminium que l’alun.
• Fer : Il n'existe pas de valeur guide sanitaire pour le fer, et la valeur de référence courante de 0,3 mg/L est une valeur esthétique liée au goût et à la couleur du linge et des articles sanitaires.

Autrement dit, chlorure de fer(III) n'ajoute pas d'aluminium à l'eau traitée, un point important pour certains exploitants. Dans les deux cas, un dosage précis, un ajustement du pH et une filtration adéquate demeurent essentiels pour maintenir de faibles concentrations de métaux résiduels.

Domaines où chlorure de fer(III) excelle dans les eaux usées

C’est là que réside la plus claire valeur ajoutée du chlorure de fer(III), car il n’agit pas seulement comme coagulant :

1. Contrôle des sulfures et des odeurs : Les sels de fer précipitent les sulfures solubles sous forme de sulfure de fer insoluble. Ils sont donc utilisés dans les réseaux d’assainissement, les conduites de pompage et les stations d’épuration pour réduire les émissions de sulfure d’hydrogène (H₂S) et les odeurs. Ils servent également à réduire la teneur en H₂S du biogaz issu de la digestion anaérobie des boues. Cette propriété est spécifique au fer ; les coagulants à base d’aluminium ne sont pas mentionnés parmi les précipitateurs de sulfures dans la littérature consultée.
2. Élimination du phosphore : Les sels de fer et d’aluminium sont tous deux utilisés pour l’élimination chimique du phosphore ; il s’agit d’un domaine commun. Nous avons abordé ce sujet en détail dans un article précédent consacré à l’élimination du phosphore par chlorure de fer(III).
3. Séparation du pétrole : La fiche technique du produit Egy Chem Hub mentionne son utilisation dans l'élimination du pétrole dans les unités de flottation à air dissous (DAF) des raffineries et dans les systèmes d'injection d'eau des champs pétrolifères.

Dans les installations souffrant d'odeurs ou nécessitant une réduction du phosphore, chlorure de fer(III) peut remplir plusieurs fonctions avec une seule substance. Cependant, il convient de noter qu'un dosage supplémentaire augmente le volume des boues et que la substance consomme des alcalis.

Corrosion, manutention et stockage

Ces deux produits sont acides et corrosifs, et il est incorrect de supposer que l'un ou l'autre soit « sans danger » à manipuler :

• La solution chlorure de fer(III) à 40 % est très corrosive pour la plupart des métaux, a un pH inférieur à 1 et est classée dans la fiche de données de sécurité (FDS) de notre produit sous les codes H290, H302, H314 et H318. Elle est utilisée dans les réservoirs et les conduites en fibre de verre (FRP), polyéthylène, polypropylène, PVC ou acier revêtu de caoutchouc.
• Le PAC est corrosif pour la plupart des matériaux et nécessite l'utilisation de matériaux résistants aux acides et aux chlorures, tels que les plastiques renforcés de fibres de verre, l'acier revêtu de caoutchouc et le PVC. Il convient d'éviter les raccords en laiton et en acier doux. Les solutions de PAC ont une stabilité limitée lors d'un stockage prolongé, en particulier les qualités très alcalines.

Point pratique : Si l’installation est conçue pour un produit donné, le passage à un autre nécessite la vérification des cuves, des pompes, des lignes d’injection et du point d’ajout. Les règles de stockage et de manipulation chlorure de fer(III) sont traitées dans un article distinct.

À quel moment le choix penche-t-il en faveur de l'un ou l'autre ?

Le choix se porte le plus souvent sur le PAC lorsque :

• L'alcalinité de l'eau brute est faible et le pH ne doit pas être abaissé de manière excessive.
• L'eau est froide la majeure partie de l'année, et l'alun y a souffert.
• La station est initialement équipée pour les coagulants à base d'aluminium.

Il a tendance à chlorure de fer(III) souvent lorsque :

• Le pH de l'eau brute fluctue ou sort de la plage de tolérance des coagulants à base d'aluminium.
• Outre la coagulation, il est nécessaire de contrôler les sulfures et les odeurs ou de réduire la teneur en H2S dans le biogaz.
• Il est préférable que le coagulant n'ajoute pas d'aluminium à l'eau traitée.
• L'eau doit être suffisamment alcaline et des matériaux de manutention résistants à la corrosion doivent être disponibles.

Le test du bocal est le facteur décisif.

Les règles précédentes établissent un ordre de priorité, mais ne déterminent pas la décision finale. La réponse définitive réside dans le test de floculation réalisé sur de l'eau réelle, en comparant les deux produits individuellement. Le dosage de PAC est généralement indiqué comme un produit présentant une concentration spécifique d'Al₂O₃, et le dosage de fer peut être indiqué sous forme de solution, de fer anhydre ou de fer pur. Le test évalue : la turbidité résiduelle, le pH et l'alcalinité après coagulation, le volume de boues, la teneur en métaux résiduels et le coût total par mètre cube de matériau traité, et non pas seulement le prix à la tonne.

Solution chlorure de fer(III) à 40 % provenant d'Egy Chem Hub

Egy Chem Hub propose une solution de chlorure chlorure de fer(III) à 40 % (nom commercial ECH-FR4014), fabriquée en Égypte. Selon sa fiche technique : concentration jusqu’à 40 % (±2 %) en poids, teneur en fer de 13 à 14 %, fer ferreux (Fe²⁺) maximum de 1 % et acidité libre maximale de 1 %. Elle peut être injectée pure ou diluée, la dose optimale étant déterminée par un test de floculation.

Ce produit est fabriqué dans une usine certifiée NSF International, conformément à la norme NSF/ANSI/CAN 60 (matériaux pour le traitement de l'eau potable), pour des applications de coagulation et de floculation, avec une dose maximale d'application de 100 mg/L. Il est conditionné en fûts PEHD de 280 kg et en conteneurs IBC de 1 400 kg, et est disponible en vrac. Les fiches techniques (FT) et les fiches de données de sécurité (FDS) sont disponibles sur demande. Veuillez noter qu'Egy Chem Hub ne fournit pas de chlorure de polyaluminium ; ce comparatif est fourni à titre indicatif pour vous aider à faire le bon choix.

Pour demander un devis ou des spécifications techniques, contactez l'équipe d'Egy Chem Hub et joignez votre analyse d'eau et votre application.

Foire aux questions

Que signifie « PAC 18% » ?

Il s'agit d'un nom commercial désignant une solution liquide de chlorure de polyaluminium, dont la teneur en oxyde d'aluminium (Al₂O₃) est d'environ 17 %, pouvant varier de 16,5 % à 18 % selon le fabricant. Il est impératif de toujours vérifier le pourcentage d'Al₂O₃ et l'alcalinité dans le certificat d'analyse.

Le PAC peut-il être directement remplacé par chlorure de fer(III) à la même dose ?

Non. Le métal, sa concentration et la consommation d'alcali diffèrent. Par conséquent, le nouveau dosage est déterminé par des essais de floculation, et les matériaux de la cuve ainsi que les conduites d'injection sont vérifiés avant toute modification.

Laquelle est la plus adaptée à l'eau potable ?

Ces deux substances sont utilisées dans l'eau potable conformément à leurs normes européennes respectives (EN 888 pour chlorure de fer(III) et EN 17034 pour le PAC). Le PAC est utilisé dans les eaux froides et faiblement alcalines, tandis que chlorure de fer(III) est utilisé dans les eaux dont le pH fluctue et lorsqu'il est préférable de ne pas ajouter d'aluminium. La décision finale repose sur le test de floculation.

Pourquoi chlorure de fer(III) est-il préféré dans les stations d'épuration des eaux usées odorantes ?

Parce que le fer précipite le sulfure soluble sous forme de sulfure de fer insoluble, il réduit l'émission de sulfure d'hydrogène et contribue en même temps à la coagulation et à l'élimination du phosphore.