Balance de Taylor et Equilibre de l’Eau

Mis à jour le 4 avril 2022

La balance de Taylor est un outil mathématique utilisé pour matérialiser visuellement l’interconnexion entre plusieurs indicateurs et l’interdépendance entre les valeurs de ces indicateurs.

Sa matérialisation visuelle est un diagramme qui a pris le nom de son inventeur, le diagramme de Taylor.

Cet outil permet de prévoir et de quantifier l’intensité de la réaction d’un indicateur par rapport à l’évolution des autres indicateurs qui sont mis dans la balance. Karl E. Taylor est un chercheur en géophysique. L’outil qu’il a conceptualisé peut s’appliquer à plusieurs domaines scientifiques. Il est surtout utilisé pour l’étude de la météorologie et des changements climatiques.

Appliqué au domaine de l’eau, le diagramme de Taylor permet de présenter l’acidité, l’alcalinité et la dureté de l’eau comme un ensemble d’indicateurs interconnectés. Les valeurs de ces 3 indicateurs doivent rester en équilibre les unes par rapport aux autres pour éviter qu’un évènement extérieur vienne perturber l’apparence ou le comportement de l’eau.

La balance de Taylor permet de savoir sur quel indicateur agir et dans quelle fourchette de valeurs le maintenir pour qu’il reste en équilibre par rapport aux valeurs des autres indicateurs. Explications…


L’eau est en équilibre instable

Les chimistes nous disent que la formule H2O désigne une molécule d’eau pure. Elle est constituée de 2 atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène. Cependant, dans la nature, elle n’est jamais pure en permanence. C’est un amalgame en équilibre instable.

Etat liquide, solide ou gazeux

Comme toutes les matières, l’eau réagit à la chaleur. Elle se présente sous forme liquide quand sa température est comprise entre 0°C et 100°C. Elle se solidifie quand sa température descend en dessous de 0°C. Au dessus de 100°C, elle s’évapore et devient gazeuse.

Sa densité et sa volatilité changent en fonction de sa température, occasionnant des réactions chimiques avec les amalgames qu’elle contient.

Acidité, alcalinité et dureté

Le potentiel hydrogène (pH) est l’indicateur qui permet de mesurer l’acidité de l’eau. Un pH égal à 7 indique une eau neutre, mais l’eau n’est pas neutre en permanence. Son acidité varie en fonction de sa température et des substrats chimiques qui la compose.

Ces substrats chimiques peuvent être des sels minéraux, des chlorures, des carbonates, des particules métalliques, des cellules ou des micro-organismes. Leur présence et leur niveau de concentration dans l’eau varient selon le moment où on les mesure.

Le titre alcalimétrique complet (TAC) est l’indicateur qui permet de mesurer son alcalinité, c’est à dire sa teneur en carbonates et en bicarbonates.

Le titre hydrotimétrique (TH) est l’indicateur qui permet de mesurer sa dureté, c’est à dire sa teneur en sels de calcium et de magnésium.

Pour résumer

  • Le pH (acidité), le TAC (alcalinité) et le TH (dureté) sont les indicateurs de base utilisés pour évaluer l’équilibre chimique de l’eau.
  • Ces indicateurs s’influencent mutuellement. Si la valeur de l’un évolue, les valeurs des autres indicateurs évoluent aussi.
  • Ils sont par ailleurs influencés par d’autres éléments ou indicateurs. En matière d’eau, il s’agit de la lumière, de la température et de substrats chimiques présents dans l’eau, en particulier le carbone.

L’équilibre calco-carbonique de l’eau

Comme l’eau, le carbone est un élément constitutif de toute forme de vie connue. Le carbone organique peut créer la vie : protéine, lipide, glucide, biomasse. Le carbone inorganique peut créer de la matière : gaz carbonique ou CO2, minéraux.

Dans la nature, l’eau contient toujours du carbone. Etant l’élément le plus léger, il s’amalgame et se recombine facilement sous différentes formes.

Pour équilibrer l’eau chimiquement, il faut aussi prendre en compte le carbone.

L’équilibre calco-carbonique d’une eau peut être représentée via l’équation chimique suivante :
Ca(HCO3)2 <–> CaCO3 + CO2 + H2O
BiCarbonate de Calcium <–> carbonate de calcium + gaz carbonique + eau

Pour résumer

  • S’il rencontre les conditions favorables dans l’eau, le carbone peut créer de la vie (photosynthèse, algues, micro-organismes) ou de la matière inorganique (sels de calcium, sels minéraux).
  • Si pour une raison quelconque (brassage de l’eau, chauffage de l’eau, ajout de produits désinfectants…) le gaz carbonique tend à disparaître, la relation se déplacera vers la droite pour rétablir l’équilibre, avec formation de carbonate de calcium insoluble qui provoquera une précipitation calcaire (eau trouble) et un entartrage (dépôt sur les surfaces).
  • Si l’eau est acide (pH bas), elle entraînera une libération de gaz carbonique acide, qui conduira à de la corrosion et à de l’inconfort en cas d’immersion (irritation de la peau et des muqueuses).

Appliqué aux piscines et aux spas, la balance de Taylor permet de limiter le risque de déséquilibre calco-carbonique de l’eau en agissant sur ses niveaux d’acidité, d’alcalinité ou de dureté.

Le but étant de neutraliser ou limiter la probabilité d’apparence d’événements indésirables : prolifération d’algues, changement de couleur, baignade désagréable, corrosion des équipements et des surfaces, amalgames tartreux.

La balance de Taylor appliquée à l’univers piscine / spa

Passons maintenant aux applications pratiques de la balance de Taylor pour les piscines et les spas.

L’acidité est l’indicateur le plus important. C’est celui qui fluctue le plus par rapport aux autres et qui impacte le plus le comportement chimique de l’eau. Pour cette raison, le pH est toujours au centre du diagramme. Il a sa propre échelle de valeurs de 0 à 14 qui part du bas vers le haut.

Les indicateurs de dureté (TH) ou d’alcalinité (TAC) peuvent indifféremment se placer à gauche ou à droite du pH. Ce sont eux qui véhiculent ou produisent des résidus dans l’eau. Si vous chauffez l’eau jusqu’au point d’ébullition, elle s’évaporera et vous verrez ces résidus. Le TAC et le TH ont une échelle de valeurs communes qui part du haut vers le bas, à l’inverse du pH. L’échelle de valeurs peut être exprimée en degrés français (f°), en milligrammes par litre (mg/l) ou en parties par million (ppm).

Exemple 1

A l’aide de ce diagramme, nous pouvons par exemple déterminer une valeur de pH d’équilibre, à partir des valeurs de TH et de TAC.

balance-de-taylor-équilibre-eau-piscine
La balance ou diagramme de Taylor

Ici on multiplie les valeurs de TH et TAC exprimées en degrés français (°F).
TH x TAC = 400 -> pH d’équilibre = 7,2
TH x TAC = 300 -> pH d’équilibre = 7,3
TH x TAC = 200 -> pH d’équilibre = 7,5
TH x TAC = 100 -> pH d’équilibre = 7,8

Plus simplement, il suffit de tracer un trait entre les 2 indicateurs connus pour en déduire le 3ème.

Exemple 2

Cas n°1 (ligne rouge)
On mesure : TAC = 16°F . pH = 7,6 . TH = 28°F
La balance de Taylor donne un pH d’équilibre : pHé = 7,3 < 7,6
L’eau étant dure (TH = 28°F), les sels de calcium risquent de troubler l’eau et d’entartrer le bassin.
Solution : baisser le pH à 7,3

Cas n°2 (ligne bleue):
On mesure : TAC = 5°F . pH = 7,4 . TH = 11°F
La balance de Taylor donne un pH d’équilibre : pHé = 8,2 > 7,4
Eau douce et alcalinité basse, il y a un risque de corrosion.
Solution : monter le TAC et le TH pour diminuer le pH d’équilibre.

Cas n°3 (ligne verte) :
On mesure : TAC = 10°F . pH = 7,6 . TH = 22°F
La balance de Taylor donne un pH d’équilibre : pHé = 7,6
L’eau est donc équilibrée.

Limite de cette méthode pour l’analyse chimique de l’eau

La balance de Taylor est pratique et utile pour ne pas tomber dans le piège d’une gestion isolée de chaque indicateur, mais elle a des limites.

Température de l’eau

La Balance de Taylor représente l’équilibre calco-carbonique de l’eau à la température de 24°C. Il s’agit de la température recommandée pour les piscines publiques couvertes mais c’est en dessous de la température idéale pour la plupart des personnes.

La température d’une piscine fluctue au fil de l’année. Or la valeur du pH d’équilibre dépend de la température de l’eau. En dessous de 15°C on peut laisser de côté ce type de calcul car il n’y a pas de gros risque. Au dessus de 28°C toutes les conditions sont réunies pour que ces indicateurs fluctuent rapidement : soleil, baignade, photosynthèse, évaporation des désinfectants.

La balance de Taylor a une utilité très limitée pour ceux qui ont un spa. La température de confort des spas est située entre 34 et 39°C selon les personnes, jamais à 24°C. En cas de problème ou de grave dérive chimique, il vaut mieux vider et reremplir le spa plutôt que de s’acharner à jouer au chimiste.

Autres indicateurs

Elle prend en compte le TH, le TAC et le pH mais n’intègre pas les autres facteurs qui ont une incidence sur l’équilibre de l’eau :

  • Température et conditions d’ensoleillement.
  • Nature et niveau de concentration des autres substrats chimiques présents dans l’eau : résidus azotés, carbonés ou métalliques.
  • Salinité de l’eau. Pensez aussi à la mesurer si vous traitez votre piscine au sel. Sa conductivité a aussi une incidence sur l’équilibre de l’eau.
  • Le désinfectant et son niveau de concentration dans l’eau. Quand vous utilisez la balance de Taylor, n’oubliez jamais de relever aussi le niveau de désinfectant présent dans l’eau. Impossible de gérer correctement une piscine ou un spa sans désinfectant. C’est grâce à lui que vous pouvez maintenir de bonnes conditions de baignade.

A retenir

  • Même s’il existe des outils et accessoires pour analyser l’eau des piscines et des spas, cet abaque de Taylor est toujours utile à connaître et à comprendre.
  • Diminution du pH = Diminution du TAC.
  • Le pH d’équilibre change si le TAC et/ou le TH changent.
  • La salinité et la température de l’eau interviennent aussi dans cette formule, mais elles n’y sont pas représentées.
  • La valeur du pH d’équilibre dépend de la température de l’eau.
  • Pour avoir une eau équilibrée, n’oubliez pas de désinfecter l’eau et de mesurer aussi le niveau de concentration du désinfectant que vous utilisez.
  • Les professionnels piscine / spa sont équipés de matériels de tests et d’analyse qui balayent tous les indicateurs de l’eau.

Pour aller plus loin :

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