La mesure du pH
Par J-M Schaeffer 
Néo3+
Néo3+ Cette première Information récifale à pour thème la mesure du pH. Cette donnée est probabement parmi les plus importantes à surveiller pour maintenir un aquarium sain .../...
Le pH c'est quoi ? :
Le pH ou potentiel hydrogène, est une mesure indiquant l'équilibre entre les ions hydrogène H+ et OH- dans une solution. Le pH a été défini par la formule mathématique pH=log(1/[H+] en 1893 par le chimiste danois Sørensen. Concrètement, le pH permet de définir si une solution est acide ou basique avec une échelle de mesure logarithmique (on multiplie la concentration par 10 pour passer d'une unité pH 1 à pH2) allant de 1 à 14.
Pourquoi mesurer le pH en aquariophilie:
Le pH d'un aquarium récifal a un impact important sur la croissance et la santé des organismes hébergés. Malheureusement, de nombreux éléments agissent sur la stabilité du pH, entrainant un risque de dérive important. Un pH trop bas va, par exemple, limiter voire interrompre le dépôt de carbonate de calcium dans les squelettes des coraux et autres organismes sessiles, mais aussi générer une sécrétion excessive de mucus par les poissons, des dommages aux nageoires, voire un risque de suffocation. Un pH vraiment trop bas va commencer à dissoudre le squelette calcaire des coraux. Ce principe est d'ailleurs utilisé dans le principe de fonctionnement des réacteurs à calcaire ou le CO2 acide dissout un substrat calcique. C'est pourquoi le pH est un paramètre que l'aquariophile doit surveiller régulièrement pour éviter tout risque d'acidose du milieu.
Qualité des sondes pH :
La première électrode pH a été développée en 1909 par deux chercheurs polonais Fritz Haber et Zygmunt Klemensiewicz. Son principe de fonctionnement repose sur la différence de concentration en ions H+ existant de part et d'autre d'une membrane de verre très fine génèrant une différence de potentiel électrique proportionnel au pH de la solution dans laquelle l'électrode est plongée. Ce facteur de proportionnalité est -59,1 mV par unité pH. La différence de potentiel est mesurée par rapport à un fil référence en argent. Les électrodes modernes sont principalement de deux types, celles à fuite de KCl liquide (généralement en verre) nécessitant un remplissage régulier et celles à gel sans remplissage (généralement en plexi). Les électrodes à KCl liquide ne sont pas adaptées à de la mesure en continu en aquariophilie, d'autant que ces électrodes relarguent des ions K+ et CL- dans le milieu.
Néanmoins ces électrodes à simple jonction présentent un autre inconvénient, leur jonction est en contact direct avec le milieu mesuré et dans le cas de mesures en continu, elles sont facilement perturbées par une contamination de la jonction sous forme d'un précipité entrainant une réponse lente et une erreur de mesure progressive, ceci est d'autant plus vrai que la solution mesurée est très acide ou basique ce qui est le cas en aquariophilie avec les ajouts de la méthode Balling par exemple. Pour limiter ce problème, il existe des sondes à double jonction, nettement plus rares sur le marché et généralement plus chères, elles présentent cependant de nombreux avantages. Une électrode simple jonction permet au système de référence d'être directement en contact avec la solution qui peut pénétrer dans le système de référence contaminant ainsi la sonde. Une électrode à double jonction, possède deux jonctions, dont une seule entre directement en contact avec la solution à mesurer. La référence, séparée physiquement de l'électrolyte, intègre la seconde jonction. La référence est ainsi mieux protégée en cas de pénétration de solution et la contamination ainsi considérablement réduite. Dans une électrode simple Ag/AgCl, l'électrolyte de référence contient des ions chlore et argent dissous, formant un précipité qui colmate vite le diaphragme si elle entre en contact avec le milieu. Il en résulte un signal de mesure lent et instable. Dans les électrodes pH à double jonction, l'électrolyte du compartiment secondaire ne contient pas de chlorure dissous. La première jonction ne peut donc pas souffrir de colmatage. L'électrolyte du second compartiment où baigne le filament de référence, contient du chlorure d'argent dissout. Mais le contact entre la seconde jonction et le mélange électrolyte s'effectuant seulement par diffusion ionique, le risque de colmatage de la seconde est très limité, d'où une longévité nettement accrue et une mesure plus stable.
Entretien des sondes pH :
Un entretien régulier des électrodes pH permet d'en prolonger la durée de vie, il doit avoir lieu dès que le temps de réponse de la sonde tend à diminuer. Les sondes pH sont fragiles et sensibles au chocs, il convient de les manipuler avec précaution, notamment lors de la mise en place dans un presse étoupe par exemple ou il faut veiller à un serrage modéré. Elles ne doivent pas être maintenues sèches, les conserver dans une solution de chlorure de potassium 3M. Ne jamais les conserver dans de l'eau distillée, au pire utiliser de l'eau du robinet. Une électrode ayant sèchée, peut être réhydratée en la maintenant 24 heures dans une solution de chlorure de potassium (KCl) avant utilisation. Si le bulbe présente des saletés, ne jamais tenter de les enlever par friction pour éviter tout risque d'erreurs de mesure suite à polarisation. L'entretien général se fait en trempant environ une heure le bout de la sonde dans une solution d'acide citrique (C6H8O7), la présence d'algues peut être facilement éliminée en trempant la sonde une heure dans de l'hypochlorite de sodium à 3,6% (NaClO), pour les cas difficiles ou pour régénérer la sonde, l'immerger une dizaine d'heures dans une solution d'acide chlorhydrique (HCl) à 10%.
Choix d'un régulateur pH :
Le choix d'un ph-mètre ou d'un régulateur ph semble simple puisqu'on attend simplement de cet appareil d'afficher la valeur du ph mesuré et éventuellement de piloter une sortie permettant de gérer l'injection de produit en vue de maintenir stable la valeur du ph en fonction d'une consigne. Globalement il existe 3 type d'appareil permettant la mesure du ph, les ph-mètre stylo, d'un coût faible ils ont aussi une précision assez relative et leur sonde n'est pas remplaçable, les modules d'acquisition pH qui se raccordent sur un ordinateur de gestion d'aquarium et enfin les régulateurs ph autonomes. Voilà les principaux points permettant de faire son choix: précision de la mesure, précision de la lecture, affichage rétroéclairé, hystérésis réglable, régulation au dessus et en dessous de la consigne, alarme de surdosage sur deuxième consigne, alarme de durée d'activation de sortie, étalonnage sur 1,2 ou 3 points, enregistrement des valeurs mini/maxi, étalonnage automatique, test de sonde, programmation horaire, sortie normale ou inversable ou cyclique, filtrage du signal d'entrée, protection contre les courants de fuite, possibilité de choix entre la régulation du pH et/ du redox, etc...Il est également intérressant de vérifier que le régulateur pH est compatible avec différent types d'actionneurs, comme une électrovanne, une prise commandée ou une pompe doseuse.
Questions /réponses autour de la mesure du pH :
- A quelle fréquence faut il étalonner une sonde ph ?
Eh bien on étalonne le ph-mètre, pas les sondes, elles, elles se contentent de dériver plus ou moins vite ! Toujours est-il qu'une calibration par mois pour une utilisation en continu est souhaitable, il convient aussi de faire une calibration chaque fois que l'on entretien une sonde ou lors de son remplacement. Toujours utiliser une solution étalon récente et non polluée, commencer par la solution pH7, puis pH4 ou pH9, ou suivre les indications du ph-mètre et toujours rincer dans de l'eau osmosée et égoutter entre chaque changement de solution étalon.
Le pH ou potentiel hydrogène, est une mesure indiquant l'équilibre entre les ions hydrogène H+ et OH- dans une solution. Le pH a été défini par la formule mathématique pH=log(1/[H+] en 1893 par le chimiste danois Sørensen. Concrètement, le pH permet de définir si une solution est acide ou basique avec une échelle de mesure logarithmique (on multiplie la concentration par 10 pour passer d'une unité pH 1 à pH2) allant de 1 à 14.
Pourquoi mesurer le pH en aquariophilie:
Le pH d'un aquarium récifal a un impact important sur la croissance et la santé des organismes hébergés. Malheureusement, de nombreux éléments agissent sur la stabilité du pH, entrainant un risque de dérive important. Un pH trop bas va, par exemple, limiter voire interrompre le dépôt de carbonate de calcium dans les squelettes des coraux et autres organismes sessiles, mais aussi générer une sécrétion excessive de mucus par les poissons, des dommages aux nageoires, voire un risque de suffocation. Un pH vraiment trop bas va commencer à dissoudre le squelette calcaire des coraux. Ce principe est d'ailleurs utilisé dans le principe de fonctionnement des réacteurs à calcaire ou le CO2 acide dissout un substrat calcique. C'est pourquoi le pH est un paramètre que l'aquariophile doit surveiller régulièrement pour éviter tout risque d'acidose du milieu.
Qualité des sondes pH :
La première électrode pH a été développée en 1909 par deux chercheurs polonais Fritz Haber et Zygmunt Klemensiewicz. Son principe de fonctionnement repose sur la différence de concentration en ions H+ existant de part et d'autre d'une membrane de verre très fine génèrant une différence de potentiel électrique proportionnel au pH de la solution dans laquelle l'électrode est plongée. Ce facteur de proportionnalité est -59,1 mV par unité pH. La différence de potentiel est mesurée par rapport à un fil référence en argent. Les électrodes modernes sont principalement de deux types, celles à fuite de KCl liquide (généralement en verre) nécessitant un remplissage régulier et celles à gel sans remplissage (généralement en plexi). Les électrodes à KCl liquide ne sont pas adaptées à de la mesure en continu en aquariophilie, d'autant que ces électrodes relarguent des ions K+ et CL- dans le milieu.
Néanmoins ces électrodes à simple jonction présentent un autre inconvénient, leur jonction est en contact direct avec le milieu mesuré et dans le cas de mesures en continu, elles sont facilement perturbées par une contamination de la jonction sous forme d'un précipité entrainant une réponse lente et une erreur de mesure progressive, ceci est d'autant plus vrai que la solution mesurée est très acide ou basique ce qui est le cas en aquariophilie avec les ajouts de la méthode Balling par exemple. Pour limiter ce problème, il existe des sondes à double jonction, nettement plus rares sur le marché et généralement plus chères, elles présentent cependant de nombreux avantages. Une électrode simple jonction permet au système de référence d'être directement en contact avec la solution qui peut pénétrer dans le système de référence contaminant ainsi la sonde. Une électrode à double jonction, possède deux jonctions, dont une seule entre directement en contact avec la solution à mesurer. La référence, séparée physiquement de l'électrolyte, intègre la seconde jonction. La référence est ainsi mieux protégée en cas de pénétration de solution et la contamination ainsi considérablement réduite. Dans une électrode simple Ag/AgCl, l'électrolyte de référence contient des ions chlore et argent dissous, formant un précipité qui colmate vite le diaphragme si elle entre en contact avec le milieu. Il en résulte un signal de mesure lent et instable. Dans les électrodes pH à double jonction, l'électrolyte du compartiment secondaire ne contient pas de chlorure dissous. La première jonction ne peut donc pas souffrir de colmatage. L'électrolyte du second compartiment où baigne le filament de référence, contient du chlorure d'argent dissout. Mais le contact entre la seconde jonction et le mélange électrolyte s'effectuant seulement par diffusion ionique, le risque de colmatage de la seconde est très limité, d'où une longévité nettement accrue et une mesure plus stable.
Entretien des sondes pH :
Un entretien régulier des électrodes pH permet d'en prolonger la durée de vie, il doit avoir lieu dès que le temps de réponse de la sonde tend à diminuer. Les sondes pH sont fragiles et sensibles au chocs, il convient de les manipuler avec précaution, notamment lors de la mise en place dans un presse étoupe par exemple ou il faut veiller à un serrage modéré. Elles ne doivent pas être maintenues sèches, les conserver dans une solution de chlorure de potassium 3M. Ne jamais les conserver dans de l'eau distillée, au pire utiliser de l'eau du robinet. Une électrode ayant sèchée, peut être réhydratée en la maintenant 24 heures dans une solution de chlorure de potassium (KCl) avant utilisation. Si le bulbe présente des saletés, ne jamais tenter de les enlever par friction pour éviter tout risque d'erreurs de mesure suite à polarisation. L'entretien général se fait en trempant environ une heure le bout de la sonde dans une solution d'acide citrique (C6H8O7), la présence d'algues peut être facilement éliminée en trempant la sonde une heure dans de l'hypochlorite de sodium à 3,6% (NaClO), pour les cas difficiles ou pour régénérer la sonde, l'immerger une dizaine d'heures dans une solution d'acide chlorhydrique (HCl) à 10%.
Choix d'un régulateur pH :
Le choix d'un ph-mètre ou d'un régulateur ph semble simple puisqu'on attend simplement de cet appareil d'afficher la valeur du ph mesuré et éventuellement de piloter une sortie permettant de gérer l'injection de produit en vue de maintenir stable la valeur du ph en fonction d'une consigne. Globalement il existe 3 type d'appareil permettant la mesure du ph, les ph-mètre stylo, d'un coût faible ils ont aussi une précision assez relative et leur sonde n'est pas remplaçable, les modules d'acquisition pH qui se raccordent sur un ordinateur de gestion d'aquarium et enfin les régulateurs ph autonomes. Voilà les principaux points permettant de faire son choix: précision de la mesure, précision de la lecture, affichage rétroéclairé, hystérésis réglable, régulation au dessus et en dessous de la consigne, alarme de surdosage sur deuxième consigne, alarme de durée d'activation de sortie, étalonnage sur 1,2 ou 3 points, enregistrement des valeurs mini/maxi, étalonnage automatique, test de sonde, programmation horaire, sortie normale ou inversable ou cyclique, filtrage du signal d'entrée, protection contre les courants de fuite, possibilité de choix entre la régulation du pH et/ du redox, etc...Il est également intérressant de vérifier que le régulateur pH est compatible avec différent types d'actionneurs, comme une électrovanne, une prise commandée ou une pompe doseuse.
Questions /réponses autour de la mesure du pH :
- A quelle fréquence faut il étalonner une sonde ph ?
Eh bien on étalonne le ph-mètre, pas les sondes, elles, elles se contentent de dériver plus ou moins vite ! Toujours est-il qu'une calibration par mois pour une utilisation en continu est souhaitable, il convient aussi de faire une calibration chaque fois que l'on entretien une sonde ou lors de son remplacement. Toujours utiliser une solution étalon récente et non polluée, commencer par la solution pH7, puis pH4 ou pH9, ou suivre les indications du ph-mètre et toujours rincer dans de l'eau osmosée et égoutter entre chaque changement de solution étalon.
- La valeur affichée par le ph-mètre n'est pas stable ou varie très vite avec de grandes amplitudes.
Un ph-mètre n'est rien d'autre qu'un millivoltmètre très perfectionné, avec une grande impédance sur son entrée, cela engendre sur les modèles d'entrée de gamme ou insuffisamment protégés contre les courants de fuite, des erreurs de mesures qui peuvent être non négligeables et directement liées à la perturbation électrique du milieu. Or dans nos aquariums, il y a nombre de courants induits, liés à l'électricité statique générée par la rotation des pompes, mais aussi aux courants générés par les effets de pile entre différents matériaux, ou par une liaison équipotentielle défectueuse, etc... Il est important de mettre à la terre le milieu par le biais d'une électrode de mise à la terre par exemple. Ce problème est également fréquent lors de l'utilisation de plusieurs sondes pH et/ou redox dans le même système, très peu de régulateurs sont conçus pour pouvoir effectuer simultanément plusieurs mesures dans le même système hydraulique, le régulateur pH digiph+++pro a par exemple spécialement été développé pour cet usage.
- Quelle consigne de pH dois-je régler pour mon réacteur à calcaire ?
Là encore, la réponse dépend du type de substrat que vous utilisez, voilà quelques valeurs pour les substrats usuels, l'aragonite ou ARM se dissout à pH7.5, le corail finger ou Coralith se dissout à partir de pH7.1, la calcite se dissout à partir de pH7.15 et les coquilles d'huitre à partir de pH6.8
Là encore, la réponse dépend du type de substrat que vous utilisez, voilà quelques valeurs pour les substrats usuels, l'aragonite ou ARM se dissout à pH7.5, le corail finger ou Coralith se dissout à partir de pH7.1, la calcite se dissout à partir de pH7.15 et les coquilles d'huitre à partir de pH6.8
Date de création : 14/01/2016 06:57
Catégorie : Eau de Mer - Technique Recifale
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