Besoin d'un PH metre .?

[Kookaburra]

Je me permets de citer un message pris sur un autre topic d'AA, qui éclaire un peu le sujet 

http://forum.aquagora.fr/19/tutorial-fabriquer-son-propre-test-permanent-co2-(drop-checker)/msg122422/#msg122422

D'où vient la relation entre le pH, le KH et le CO2 ?

I - Rappels

Bon alors pour essayer de comprendre je suis reparti du point de départ. Les calculs sont détaillés pour que tout le monde puisse suivre.

Avant de pouvoir parler de ce qui nous intéresse il faut bien comprendre ce qu'est un couple acide/base :

- Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton H+ à une base complémentaire.
- Une base est une espèce chimique capable de capter un proton H+ venant d'un acide complémentaire.

Ceci est résumé par l'équation suivante : AH (acide 1) + B-(base 2) = A- (base 1) + BH (acide)2

Dans notre cas, on s'intéresse à la dissociation d'un acide dans de l'eau, ce qui correspond à la réaction avec le couple (H3O+/H2O)
La réaction devient AH + H2O = A- + H3O+

Il faut savoir qu'à chaque chaque acide est associé une constante d'acidité défini par Ka = [H3O+] [Base] / [Acide]       (avec [X] = concentration de l'élément X )

Lorsque la constante d'acidité  est très (très) grande on parle d'acide fort, cela signifie que l'acide va entièrement réagir avec l'eau, la réaction est dite totale. Beaucoup d'autres acides sont dits faibles, cela signifie que leur réaction avec l'eau va être partielle, l'acide et la base vont coexister dans l'eau, on parle d'équilibre entre l'acide et la base.

Dans l'eau, en connaissant la constante d'acidité du couple et le pH de la solution on peut facilement savoir dans quelles proportions l'acide et la base sont présents. En effet tout ce petit monde est étroitement lié :

Repartons de l'expression de la constante d'acidité :

Ka=[H3O+] [Base] / [Acide]
<=>
log (Ka) = log ( [H3O+] [Base] / [Acide] )
<=>
log (Ka) = log ( [H3O+] ) + log  ([Base] / [Acide] )                      (propriété du logarithme)
<=>
- log ( [H3O+] ) = - log(Ka) + log ([Base] / [Acide] )


Par définition on a pH= - log( [H3O+] ).

D'où :

pH = - log (Ka) + log ( [Base] / [Acide] )

Avant d'entrer dans le vif du sujet une remarque : si la concentration de la base et de l'acide sont identiques le pH sera égal à - log (Ka)               (car log 1=0)


II - Le cas du couple H2CO3 / HCO3-

Dans le cas de l'injection de CO2 le couple qui nous intéresse est celui-ci : ( H2CO3 / HCO3- ) ( acide carbonique / bicarbonate ).

L'acide carbonique est justement un acide faible, sa constante d'acidité  dépend de la température et est donnée par pKa=6.37 à 25°C (avec pKa=-log Ka). D'après la formule précédente on a pH =  pKa + log ( [Base] / [Acide] ), on en déduit que pour un pH=6.37 il y aura autant d'ions H2CO3 que d'ions HCO3-.

Toujours à partir de cette formule, il est possible de tracer un diagramme de prédominance qui illustre la présence de l'acide et la base en fonction du pH :


crédit


Bon et le CO2 dans tout ça ?

Pour rappel on a :

pH = 6.37 + log ( [HCO3-] / [H2CO3] )

En réalité l'acide carbonique, H2CO3 est une molécule très instable dans l'eau et se dissocie : H2CO3 = H2O + CO2. La réaction va être considéré comme totale on a donc [H2CO3]=[CO2] (les concentrations sont identiques).

On peut donc écrire :

pH = 6.37 + log ( [HCO3-] / [CO2] )
<=>
10^pH=10^(6.37 + log ( [HCO3-] / [CO2] ))
<=>
10^pH=10^6.37  x  [HCO3-] / [CO2]     (en effet 10^ log x = x )
<=>

[CO2] = [HCO3-]  x 10^( 6.37-pH )

Dans cette expression toutes les concentrations sont pour le moment en mmol/L (millimole)


III - Conversion des unités

* Il s'agit maintenant de faire apparaître la dureté temporaire, le KH, celle-ci est liée à la quantité d'ions HCO3- présents dans l'eau :

1 mmol d'HCO3- pèse 61mg
1°f TAC = 12.2 mg/L d'HCO3- (donc 1 mmol d'HCO3- correspond à 5 TAC )    ( ref 1, ref 2 )
1dKH=1.7848 °f TAC

donc "N" mmol d'HCO3- =  "n" °dKH /2.8                       (en effet 2.8°dKH correspond à 1 millimole d'HCO3-)


NB : L'affirmation 1°f  TAC = 12.2 mg/L d'HCO3- est vraie uniquement pour des pH<8.3, dans ce cas là, les concentration en ions carbonate (CO32-) et hydroxydes (HO-) sont négligeables.


* Pour le CO2 on souhaite une concentration en mg/L et non en mmol/L :

Une millimole de CO2 pèse 44mg donc  "X" mmol de CO2 = "x"/44 mg de CO2

La formule finale est donc :

CO2 (en mg/L) = 44/2.8 * KH * 10^(6.36-7)
<=>

CO2 (en mg/L) = 15.7 * KH * 10^(6.37 - pH )


IV - Pourquoi la formule CO2=3,0*KH*10^(7-pH) est-elle fausse ?

Concernant l'article d'Aquascale, celui-ci n'est pas super clair (je trouve) mais il est tout à fait correct.


Voici la formule utilisée la plupart du temps pour fabriquer le fameux tableau :

CO2=12,839*KH*10^(6,37-pH)=3,0*KH*10^(7-pH)

Je le dis tout de suite cette formule est incorrecte.

On le voit bien le terme qui diffère est le "12,839" (absurde en terme de chiffres significatifs d'ailleurs). La seconde équation est quant à elle qu'une simplification peu justifiée de la première (on a passé 4.28 dans la puissance : log (4.28) = 0.63 et 6.37+0.63=7).

En fait si le terme "12.839" est faux, c'est dû à une erreur de conversion entre l'alcalinité (le KH) et la concentration d'HCO3-.  Pour trouver l'équivalent d'une millimol d'HCO3- en °dKH il a été utilisé le fait que 1°dKH=17.8mg/L de CaCO3 !!! Cette équation est certes vrai, mais elle ne peut en aucun cas être appliquée ici puisqu'on cherche l'équivalent d'un degré dKH en HCO3- et non en CaCO3. Le résultat aurait pu toutefois être correct si le CaCO3 et l'HCO3 avait la même masse molaire (ce qui n'est pas le cas) et qu'une même masse de chacun des produits avait le même effet sur l'alcalinité (ce qui n'est pas le cas non plus !).

Ainsi dans la théorie cette formule minore de 20% le taux de CO2 calculé.


V - Conclusion

Voici donc le tableau basé sur la bonne formule :



Encore une fois, ce tableau n'est exact que lorsque seuls les ions bicarbonates jouent le rôle de tampon. Dans la pratique ce n'est malheureusement jamais le cas, en particulier dans un bac contenant des racines (qui libèrent des tanins) ou bien des phosphates.. et il y en a sûrement d'autres... Dans un tel bac la mesure faite par le test KH va être artificiellement "gonflée", le tableau ci-dessus  donnera donc une concentration en CO2 supérieure à ce qu'elle est en réalité ( d'où l'importance de ne pas utiliser de l'eau de l'aquarium pour fabriquer son drop checker ).

On peut penser que cela est quasiment toujours le cas, mais je ne serais dire dans quelle proportion. Ironiquement, il est donc possible que le tableau basé sur la fausse formule donne finalement une valeur plus proche de la réalité (puisque cette formule a tendance à minorer de 20% le taux de CO2 )...

[philippe2]

Si l'argent que pourrait te procurer la revente de ce pH mètre ne représente pas pas grand chose ......

Tout est là. Le matos d'occase se revend assez mal. Donc, si tu n'es pas trop "pendu" à quelques dizaines d'euro, le mieux serait de le garder.

A+,

Philippe.

[SniperLk]

Si l'argent que pourrait te procurer la revente de ce pH mètre ne représente pas pas grand chose pour toi alors garde le, autrement je te conseillerais de le revendre et d'acheter un drop checker (4€ sur ebay) qui est plus pratique et je pense plus précis aussi qu'un pH mètre...

De toute façon aucune méthode ne permet de connaître de façon très précise son taux de CO2, il y a trop de variables qui entrent en jeu.. et comme tu dis plus haut quel que soit l'équipement il faut toujours se fier à ses plantes et ses poissons ;)

[philippe2]

Si ça ne bulle pas assez : remonter le CO².
Si ça bulle très fort mais que les poissons flottent à la surface : le baisser un peu.

Complètement d'accord sur le fond, rien ne vaut l'observation du bac pour au moins ce paramètre.

[Kookaburra]

Pour les équations citées, voir ici

C'est très intéressant ce lien.
Ce qui y est dit semble juste et bien pensé. Et cela remet en cause pas mal de choses. Comme quoi, les vérités aquariophiles, ...  :roll2:
Merci 

Pour les incertitudes liées aux mesures, il ne s'agit pas d'ergoter sur 20 ou 25ppm de CO2. Mais bien de se rendre compte qu'avec une mesure de pH à 0,2 près, et à 1 près sur le KH (grand rectangle rouge sur le tableau), on ne sait pas dire si l'on a 10 ou 48ppm. Si l'on est plus sûr de ses mesures (petit rectangle rouge), pH à 0,1 et KH à 0,5, ce qui est un peu illusoire, la marge est encore très grande, entre 15 et 33ppm.
Le mérite de ce tableau est d'illustrer les interactions  entre paramètres, de sensibiliser.  Après c'est à chacun de voir, j'ai donné mon point de vue.

Moralité : il ne faut se fier qu'aux réactions des plantes et des poissons alors ...

Si ça ne bulle pas assez : remonter le CO².
Si ça bulle très fort mais que les poissons flottent à la surface : le baisser un peu.

[Kookaburra]

Pour les équations citées, voir ici

C'est très intéressant ce lien.
Ce qui y est dit semble juste et bien pensé. Et cela remet en cause pas mal de choses. Comme quoi, les vérités aquariophiles, ...  :roll2:
Merci 

Pour les incertitudes liées aux mesures, il ne s'agit pas d'ergoter sur 20 ou 25ppm de CO2. Mais bien de se rendre compte qu'avec une mesure de pH à 0,2 près, et à 1 près sur le KH (grand rectangle rouge sur le tableau), on ne sait pas dire si l'on a 10 ou 48ppm. Si l'on est plus sûr de ses mesures (petit rectangle rouge), pH à 0,1 et KH à 0,5, ce qui est un peu illusoire, la marge est encore très grande, entre 15 et 33ppm.
Le mérite de ce tableau est d'illustrer les interactions  entre paramètres, de sensibiliser.  Après c'est à chacun de voir, j'ai donné mon point de vue.

Moralité : il ne faut se fier qu'au réaction des plantes et des poissons alors ...

Si ça ne bulle pas assez : remonter le CO².
Si ça bulle très fort mais que les poissons flottent à la surface : le baisser un peu.

[Mhymir]

Sur ce tableau, il n'y a pas une condition de température également ? je crois que ça influe sur ces valeurs... je l'avais lu ... mais où ? 

[Sted]

J'ai remarqué sur mon bac qu'un taux important de CO2 faisait pousser les plantes en hauteur et qu'un taux trop faible nuisait à la santé et à la vitesse de croissance des plantes.

Je règle donc le débit de CO2 afin que le facteur limitant soit toujours la lumière, les plantes "s'étalent", et que les plantes soient en bonne santé.

[philippe2]

Re,

Pour les équations citées, voir ici
Pour les incertitudes liées aux mesures, il ne s'agit pas d'ergoter sur 20 ou 25ppm de CO2. Mais bien de se rendre compte qu'avec une mesure de pH à 0,2 près, et à 1 près sur le KH (grand rectangle rouge sur le tableau), on ne sait pas dire si l'on a 10 ou 48ppm. Si l'on est plus sûr de ses mesures (petit rectangle rouge), pH à 0,1 et KH à 0,5, ce qui est un peu illusoire, la marge est encore très grande, entre 15 et 33ppm.
Le mérite de ce tableau est d'illustrer les interactions  entre paramètres, de sensibiliser.  Après c'est à chacun de voir, j'ai donné mon point de vue.

A+,

Philippe.

[Kookaburra]

Ces tableaux sont archi connus, mais :
-Jamais trouvé de fondement théorique aux valeurs indiquées.

Vu sur le lien que tu cites :

Pour la fabrication de ce tableau deux équations sont généralement utilisées:

CO2=12,839*KH*10^(6,37-pH) et
CO2=3,0*KH*10^(7-pH)

ces équations sont équivalentes et sont dérivées de l'équation de Henderson-Hasselbach:

pH = 6,37 + log (HCO3/H2CO3)

C'est faux ? 



Un autre lien "plus pointu" :

http://fins.actwin.com/aquatic-plants/month.9707/msg00211.html

Performing substitutions and rearranging the equation gives:

    CO2 = 12.839 * dKH * 10^(6.37 - pH)

Aucune idée si c'est valable ou pas, pour ma part ? 

-En admettant que les valeurs qu'on y trouve soient vraies, l'interprétation sur le taux de CO2 est soumise aux précisions de mesure. Difficile de demander mieux que +/- 0,1 avec un pH-mètre correct. Même chose pour la mesure du KH.

Cela tombe bien, on ne cherche à connaitre qu'une valeur "approximative" de la teneur en CO², pour savoir si on est dans une fourchette de teneur en CO² acceptable (ni "trop peu" pour que les plantes aient à disposition ce dont elles ont besoin, ni "trop" pour ne pas indisposer le "vivant") ... Après, que l'on ait un taux de CO² dissous de 20 ou 25 ppm, franchement, c'est pas bien important, non ? C'est l'ordre d'idée qui compte 

[philippe2]

J'ai de gros doutes sur la fiabilité des mesures d'un pHmetre aquario, en plus cela demande un étalonnage régulier et des changement de sondes (chéres) fréquent.

J'utilise une électrovanne pour injecter pendant la photo-période et je me base sur l'aspect des plantes (et des poissons) pour régler le débit.

Salut,

Plusieurs choses à propos des pH-mètre en aquario :
-C'est cher, très cher à l'achat comme à l'utilisation, car les sondes ont une durée de vie limitée. L'immerssion en permanence dans le bac détruit les sondes.
-Pour la précision, ce sujet est assez "discutable". Il n'y a pas de vraie raison pour qu'un pH-mètre aquario soit vraiment moins précis qu'un appareil plus professionnel. Dans les deux cas, il s'agit d'un voltmètre un peu particulier. La précision de mesure est due avant tout à la qualité de la sonde ainsi qu'à son étalonnage préalable (vrai en aquario comme en labo). Le seul vrai "hic" étant l'absence quasi systématique de compensation de la mesure en température pour notre matériel, alors que cela existe (mais pas systématiquement) pour le matériel pro.
-L'intrêt du pH-mètre, pour la mise au point d'un système CO2, est plus dans la résolution de l'appareil que dans sa précision absolue. Cela permet de voir de façon fine, les effets de la position d'un rejet de filtre ou ceux d'une pompe de brassage. Ainsi que l'effet étalé sur une journée par exemple, de la consommation de CO2 par les plantes.

Mais je suis d'accord pour dire que c'est très cher payé, et pas indispensable.

Kooka.

Ces tableaux sont archi connus, mais :
-Jamais trouvé de fondement théorique aux valeurs indiquées.
-En admettant que les valeurs qu'on y trouve soient vraies, l'interprétation sur le taux de CO2 est soumise aux précisions de mesure. Difficile de demander mieux que +/- 0,1 avec un pH-mètre correct. Même chose pour la mesure du KH.


Tableau honteusement détourné de l'article de JakezDaniel publié sur Aquabase.
http://www.aquabase.org/articles/html.php3/tableau-des-relations-kh-ph-sub-sub=845.html

A+,

Philippe.

[Kookaburra]

et je me base sur l'aspect des plantes (et des poissons) pour régler le débit.

La mesure du couple KH + pH est une aide précieuse aussi ;)

[Sted]

J'ai de gros doutes sur la fiabilité des mesures d'un pHmetre aquario, en plus cela demande un étalonnage régulier et des changement de sondes (chéres) fréquent.

J'utilise une électrovanne pour injecter pendant la photo-période et je me base sur l'aspect des plantes (et des poissons) pour régler le débit.

[philippe2]

Salut,

Je fais simple :
L'injection de CO2 fait baisser le PH.
Pendant la journée (photopériode), les plantes cosomment le CO2, ce qui fait monter le pH.

Il y a donc un équilibre à trouver entre ce qui est consommé et ce que l'on injecte (débit => bulles par mn). Cet équilibre se traduit par une certaine stabilité du pH, mais est fortement influencé par un tas de facteurs. Le pHmètre peut être utile pour observer tout cela (mais pas indispensable).

A+,

Philippe.

[Flop]

qu'est ce que vous appeler le bon débit ? et en quoi le ph metre peux m'aider ?

[philippe2]

Salut,

D'accord avec les avis précédents. Mais si tu as déjà ce matériel, effectivement, cela peut être une aide pour chercher le bon débit de CO2.

A+,

Philippe.

[Guillaume]

Mellonman t'as tout dit !

Mais si jamais tu as déjà le matériel c'est dommage de s'en priver .

(enfin je dis ça mais j'ai tout revendu lol ^^)

[Mellonman]

A mon avis, c'est loin d'etre indispensable : une fois que tu as trouve le debit correct de CO2 en tatonnant un peu, si tu ne changes plus ce debit, ni la qualite de l'eau, c'est bon... 

[Flop]

bonjour à tous, je maintenais avant des discus. et j'utilisais un ph metre dennerle et du CO2 pour gérer le PH, arretant le discus et voulant faire un BP ai je encore besoin du ph metre pour le CO2 ou vaut 'il mieux le revendre pour acheter des plantes, poissons, pompe..