Concepts physico-chimiques
Modélisation en géochimie des eaux - Concepts et applications en environnement

2.1 Équilibres chimiques

Une des tâches principales des logiciels hydro-géochimiques est de calculer le spectre des espèces aqueuses pour une configuration chimique donnée, la concentration de chacune des espèces dépendant des caractéristiques de la solution telles que pH, potentiel redox, alcalinité, force ionique ou température. Les premiers logiciels ont utilisé l’approche de l’équilibre thermodynamique. En effet, beaucoup de réactions chimiques en phase aqueuse sont rapides à l’échelle du temps du procédé industriel ou du milieu naturel, et peuvent donc être considérées à l’équilibre.

Il existe cependant un certain nombre de réactions spécifiques (réactions redox, précipitation de solides, etc.) qui sont contrôlées par la cinétique sur la période de référence. Certains concepteurs ont ainsi décidé de développer des logiciels exprimant toutes les réactions chimiques en termes de formulations cinétiques du premier et du second ordres. Une telle approche permet elle aussi de simuler des réactions à l’équilibre sous l’hypothèse que, dans ces conditions, la réaction nette de création-destruction d’une espèce soit nulle (principe de microréversibilité).

Une troisième alternative, privilégiée dans le présent document, consiste en une combinaison mixte cinétique-thermodynamique. L’idée est intéressante car elle permet de recycler les logiciels existants, et les méthodes numériques associées, développés dans le cadre de la thermodynamique à l’équilibre. Bien que générant des problèmes numériques relativement complexes, l’approche mixte est plus rapide et plus précise que la méthode complètement cinétique pour les systèmes qui sont dominés par les réactions à l’équilibre. Mais surtout, les bases de données internationales, relativement stables et cohérentes, sont disponibles pour la chimie à l’équilibre ; plusieurs centaines de réactions simultanées peuvent ainsi être prises en compte. Par contraste, les bases de données cinétiques restent pour l’instant limitées, en développement et dépendantes par essence des conditions chimiques.