6 juillet 2014

Quels matériaux choisir pour son ballon d’eau chaude : inox, cuivre, acier émaillé

Le type et la qualité du matériau utilisé pour la fabrication d’un ballon d’eau chaude sanitaire (préparateur ECS, chauffe-eau électrique, ballon intégré à une chaudière) a un grand impact sur la résistance à la corrosion de celui-ci et donc de sa durée de vie.


On trouve principalement aujourd'hui des ballons d’eau chaude en acier émaillé (émail), en acier inoxydable, et (de moins en moins) en acier recouvert de cuivre.

Suivant notamment la qualité de l’eau qui sera stockée, il convient de choisir un type de ballon avec une protection contre la corrosion appropriée. La qualité de l’eau constitue en effet un facteur important sur la longévité d’une cuve. Or suivant les régions, des puits de captage, de l’acheminement de l’eau, des traitements, … la composition et les propriétés corrosives de l’eau varient d’un endroit à l’autre, entraînant un choix entre l’un des trois types de protection contre la corrosion - le cuivre, l’émail ou l’acier inoxydable - utilisé dans un ballon d’eau chaude.


Les propriétés des eaux de distributions doivent répondre à un certain nombre d’exigences notamment sanitaires, mais aussi certaines comme le pH, qui doit être compris dans une plage déterminée, et qui influencera l’agressivité de l’eau. Les propriétés corrosives de l’eau dépendent des proportions des substances qui la composent et de la façon dont elles interagissent les unes avec les autres.  Seule une analyse de l’eau permet de déterminer précisément le type de protection contre la corrosion le mieux adapté.

Plusieurs facteurs affectent l’eau :
  • Valeur du pH : aussi appelée acidité de l’eau consiste à la mesure de la quantité d’ions hydrogène contenus dans l’eau ; les eaux dont le pH est bas sont agressives et dissolvent entre autres les métaux.
  • Dureté de l’eau : mesurée en degrés français (°f), elle indique la quantité de calcium et de magnésium présents dans l’eau ; les eaux dures entraînent un dépôt de calcaire sur les surfaces de chauffe.
  • Dioxyde de carbone agressif : c’est la part de dioxyde de carbone libre disposant de propriétés corrodantes ; la présence de dioxyde de carbone agressif à des valeurs basses du pH et/ou de la dureté rend l’eau agressive.
  • Charge de chlorure : une forte charge de chlorure peut engendrer une eau agressive, en particulier si celle-ci est calcaire.
  • Conductivité : mesure la composition de l’eau en sels dissous tels que les chlorures et les sulfates.


En fonction de la qualité de son eau, il convient donc de choisir un matériau approprié pour son ballon d’eau chaude.


Acier inoxydable

C’est le type de ballon le plus haut de gamme, pour des exigences les plus élevées en matière d’hygiène et de durabilité, grâce aux propriétés inégalables de l’acier inoxydable. Les ballons d’eau chaude en inox garantissent une tenue remarquable à la corrosion et assurent une hygiène irréprochable même dans les milieux les plus exigeants. L’acier inoxydable, même s’il peut être utilisé pour le résidentiel, convient aussi tout particulièrement aux cuisines, aux laboratoires, aux hôpitaux et à l’industrie agroalimentaire. Son état de surface est très homogène et reste efficace même après de longues années d’utilisation, ne réclamant aucun entretien, au contraire des ballons en acier émaillé qui nécessitent un remplacement régulier de l’anode magnésium.

La qualité de l’acier inoxydable utilisé a un grand impact sur la résistance à la corrosion d’un ballon d’eau chaude. Il est préférable de choisir un acier inoxydable austénitique (21% de chrome et 7% de nickel), une famille d'aciers auxquels on ajoute essentiellement du chrome et qui, au-delà de 11% en solution, provoque la formation d'une couche protectrice d'oxyde de chrome qui confère à ces aciers leur inoxydabilité. Il existe aussi des nuances d’acier ferritique qui contiennent 18% de chrome et 2% de molybdène, mais presque pas de nickel. Comme l’acier est ferritique, il n’est pas sensible à la corrosion mécanique, ce qui signifie qu’il résiste aux fortes concentrations de chlorures.

La quantité élevée de chrome et plus particulièrement la concentration en molybdène améliorent la résistance à la corrosion par piqûre, et la très faible concentration en nickel est un avantage pour la santé et l’environnement car aucun ion nickel n’est dissous, ce qui pourrait autrement être le cas lors de la première phase de fonctionnement du ballon d’eau chaude.

En plus du choix de l’inox, les différentes étapes de production du ballon ont leur importance. Après la soudure d’un ballon d’eau chaude, il est important que la surface qui sera en contact avec l’eau ait une composition homogène. On réalise pour cela un décapage passivant la surface et qui recréer une pellicule uniforme d’oxyde sur toute la surface interne du ballon d’eau chaude. Il convient donc de choisir des ballons d’eau chaude en inox de fabricants connus et de renom !

Cependant, même avec un ballon inox, de la corrosion par piqures peut survenir. La corrosion par piqûres n'est généralement pas due à une hétérogénéité du matériau mais à la présence accidentelle d'une poussière métallique qui, en milieu humide, forme une pile électrique. La surface de l'acier constitue alors la cathode et se corrode.

Enfin avec des eaux à très forte concentration en chlorure, une corrosion par piqûre peut aussi survenir, en particulier si les eaux sont très dures et que des dépôts calcaires se forment : dans ce cas, l’oxygène naturel contenu dans l’eau ne peut atteindre la surface de l’acier et de la corrosion peut se former sous le dépôt.


Acier émaillé

Les ballons d’eau chaude en acier émaillé sont très présents sur le marché, car moins couteux que les ballons inox. L’émail est un matériau lisse, aux propriétés vitreuses, appliqué sur l’intérieur du ballon d’eau chaude par chauffage. Le revêtement vitreux en émail apporte une « surface hygiénique », des études ayant démontré que l’émail ne constitue pas un lieu de couvaison pour les bactéries.

L’émail prend sa forme et s’étale sur la surface en acier grâce à un processus de chauffage à une température d’environ 860 °C. Cependant, après traitement, la surface d’émaillage comporte toujours de microscopiques pores pouvant laisser la surface en acier du ballon en contact avec l’eau et entrainer des points de corrosion. Pour empêcher la corrosion, une anode protectrice est placée à l’intérieur des ballons d’eau chaude en acier émaillé. L’anode est généralement composée d’un alliage à base de magnésium. Le magnésium étant un métal moins noble que l’acier, l’anode est « sacrifiée » (d’où le terme d’anode sacrificielle) pour empêcher la corrosion de l’acier de façon électrochimique. Les pores de la couche d’émail sont ainsi comblés de composés de calcium et de magnésium.

L’anode magnésium se consomme à une vitesse dépendant principalement de la qualité de l’eau. Il faut donc vérifier régulièrement l’anode pour évaluer sa durée de vie et la remplacer au besoin.

Ou bien choisir un ballon équipé d’une anode en titane inusable reliée à un générateur qui impose un courant électrique de quelques volts permettant de capter certains minéraux naturellement présents dans l'eau (magnésium et calcium) pour les précipiter sur les parois de la cuve et ainsi la protéger. Ce système est souvent appelé « ACi » (Anode à Courant Imposé - brevet Atlantic) ou « AEP » (Anode Electronique de Protection). Cette protection offre l'énorme avantage de durer dans le temps, mais nécessite aussi une eau riche en magnésium et en calcium pour être efficace.

Pour s'affranchir de la qualité de l'eau suivant la région où le ballon d’eau chaude est installé, il existe enfin une protection dynamique qui combine les avantages de l'anode en magnésium et de l'anode en titane : c'est l'anode « hybride ». Il s'agit d'une anode en titane recouverte de magnésium. Même si l’eau contient très peu de magnésium, dès la mise en service du ballon, le courant émis par l'anode projette le magnésium protecteur contenu sur l’anode sur les micro-porosités de l'émail recouvrant la cuve. Cette barrière protectrice est ensuite maintenue durant toute la vie du ballon grâce au courant imposé par l'anode en titane inusable. Cette protection dynamique prolonge la durée de vie des chauffe-eau jusqu'à 2 fois plus longtemps lorsque l'eau est agressive.

Les ballons d’eau chaude en acier émaillé sont généralement considérés comme moins robustes que leurs homologues en acier inoxydable. Mais il y a émaillage et émaillage ! Nous démontons régulièrement des préparateurs d’eau chaude en acier émaillé, par exemple sur des chaudières fioul Viessmann, toujours en état et qui ont pourtant plus de 40 ans ! Tout dépend à nouveau de la qualité de fabrication du ballon, de la qualité de l’eau, et si l’entretien préconisé par le fabriquant a été respecté tout au long des années (remplacement de l’anode).


Cuivre

On trouve enfin sur le marché quelques ballons d’eau chaude dont la cuve en acier, est intégralement recouvert d’une couche de cuivre de 0,4 à 0,7mm d’épaisseur soudée avec de l’argon comme gaz protecteur. La cuve en acier résiste à la pression de l’eau, tandis que la feuille de cuivre la recouvrant intégralement empêche la corrosion.

En tant que métal semi-noble et naturel, le cuivre résiste à la plupart des types d’eaux de consommation, parmi lesquelles la plupart des eaux de distribution dont une valeur de pH minimum est le plus souvent atteinte. Les ballons d’eau chaude protégés contre la corrosion par du cuivre, comme les ballons d’eau chaude en acier inoxydables, ne nécessitent pas d’entretien, car ils n’ont pas besoin d’anode protectrice.

Le cuivre présente aussi d’autres avantages. Le cuivre un matériau de recyclage idéal et il peut être régénéré de nombreuses fois. Le cuivre constitue le meilleur choix de matériau pour réduire le risque de légionellose, son effet anti-microbien gardant l’eau saine. Enfin, l’ingestion de cuivre en petite quantité est en principe essentielle à tous les êtres vivants.

Un ballon d’eau chaude en cuivre peut être utilisé sans restriction avec de l’eau potable si le pH est supérieur ou égal à 7,4, ou si le pH est compris entre 7,0 et 7,4 et que la valeur TOC (Total Carbone Organique) n’excède pas 1,5mg/l.

À pH faible (eaux acides), ou en présence de fortes concentrations en chlorure (eau saumâtre par exemple), le cuivre à tendance à se dissoudre. Des problèmes d’ordres esthétiques peuvent alors survenir entraînant une décoloration de la porcelaine des sanitaires et une coloration verdâtre des cheveux blonds sous la douche. En cas de forte concentration en chlorure, de la corrosion par piqûres peut intervenir, mais le risque est inversement proportionnel à la concentration en calcium (dureté).


En conclusion :
  • avant de choisir un type de ballon d’eau chaude, il est préférable de connaitre précisément la composition de son eau ;
  • le ballon d’eau chaude inox reste à privilégier si on ne connait pas la qualité de son eau et qu’on ne souhaite prendre « aucun risque » notamment en termes de durée de vie pour son ballon ;
  • il faut privilégier des produits issus de réels fabricants de ballons (sur leurs chaines de production internes) et qui maîtrisent parfaitement les techniques d’émaillage tels Atlantic ou Viessmann (avec en plus une fabrication 100% française pour ces deux sociétés !)
  • enfin quel que soit le type de ballon retenu, dans certains cas, il sera quand même nécessaire d’installer un filtre ou un traitement d’eau spécifique pour obtenir une qualité d’eau compatible avec ses équipements.




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