Brome
Le brome peut être
utilisé pour la désinfection des piscines et pour les tours de
refroidissement. Il n'est pas utilisé pour la désinfection de l'eau
potable.Quand le brome a-t-il été découvert?
En 1825, C.Löwig, un chimiste allemand encore
étudiant conduisit des recherches sur la vase de l'eau de marais (en réalité
riche en bromure de magnésium). Après avoir éliminer le
chlore
de celle-ci, il injecta du chrome gazeux.
Durant cette expérience, une nouvelle substance apparue: le brome. Löwig
isola le brome à l'aide d'une extraction à l'éther puis d'une
distillation. Un chimiste français, A. Ballard, découvrit du brome dans
un extrait d'algue après avoir éliminé le chlore de celle-ci. Ballard
développa des méthodes industrielles pour isoler différents sels issus
de l'eau de mer. Le mot brome a pour origine le mot grec bromos qui
signifie odeur, à cause de l'odeur déplaisante et dérangeante
du brome.
Quelles sont les caractéristiques
du brome?
Le brome a pour numéro atomique le numéro 35. Comme le chlore, c'est
un halogène et, de ce fait, il réagit facilement avec les autres
éléments. Dans la nature on le trouve uniquement sous des formes
dérivées. Ces combinaisons sont appelées bromures. Les bromures sont
utilisés pour obtenir du brome pure et pour produire
des produits bromés. Après le fluor, le
brome est l'élément le plus réactif. Il réagit avec de nombreuses
substances différentes, il est très corrosif et destructeur de matière
organique.
Brome est le seul élément non-métallique qui est liquide à
température ambiante dans des conditions de pression normale. C'est un
liquide rouge qui s'évapore facilement sous forme de vapeur. Le brome
est approximativement 3.12 fois plus lourd que l'eau. A la température de
58.5°C, il devient gazeux alors que à partir de -7.3°C, il devient
solide.
Le brome est un agent de blanchiment. C'est un poison sous forme liquide
et les vapeurs de brome sont très agressives pour la peau humaine, les yeux
et le système respiratoire. Il peut provoquer des brulures sérieuses.
Une concentration d'1 ppm peut causer une irritation des yeux, et lorsqu'on inhale une concentration en brome supérieure à 10 ppm cela provoque
des toux et une irritation des voies respiratoires.
Le brome peut facilement être dissout dans l'eau (35g par litre d'eau),
le bisulfite de carbone ou d'autres solutions organiques. Ajouté à
l'eau, le brome forme de l'acide hypobromeux. L'acide hypobromeux est un
acide faible. Il est partiellement dissocié en ions
hydrogène
et hypobromeux. Le taux d'acide hypobromeux et d'ions hypobromeux
est déterminé grâce à la valeur du pH de l'eau. Lorsque la valeur du
pH est comprise entre 6.5 et 9, les deux formes peuvent être trouvées
dans l'eau.
Si l'eau contient de l'ammoniac, alors des bromamines peuvent être
formées (NH2Br, NHBr2 and NHBr3). Pour
la désinfection les bromamines sont aussi efficaces que l'acide
hypobromeux. La variation du pH a une influence sur la nature des
bromamines formées: mono-, di-, et tribromamines.
Où le brome peut-il être trouvé
Dans la nature le brome peut être trouvé sous forme de sels et de
substances organiques bromées. Ces substances sont produites par divers
organismes marins. Le brome est la plupart du temps présent sous forme sel
soluble dans l'eau de mer, dans l'eau de lac, et dans l'eau saumure.
L'eau de mer contient approximativement 65 ppm de brome. La concentration
en brome trouvée dans l'eau saumure est plus élévée, entre 2500 et 10 000
ppm.
Le brome est obtenu à partir de sources d'eaux saumures aux Etats-Unis et en
Chine, à partir de la Mer Morte en Israël et en Jordanie, et à partir
de l'eau de l'océan au japon et aux Pays de Galles. D'autres places
riches en bromes peuvent être trouvées en France, en Italie, en Turquie,
en Ukraine, en Azerbeidzjan et en Allemagne. Le brome peut aussi être
trouvé dans des roches et dans la croûte terrestre.
Figure 1: Le brome existe surtout sous forme de sels
bromés dans la mer.
Comment peut-on produire du
brome?
Le brome fut découvert pour la première fois en 1825, mais ce ne fut pas avant
1860 qu'il fut produit à grande échelle. Dans le passé le brome était
produit en obtenant une réaction entre les bromures ,l'oxyde de
manganèse et l'acide sulphurique.
MnO2 + 4 H+ + 2 Br- → Mn2+
+ 2 H2O + Br2
De petites quantités de brome peuvent aussi être produites par réaction
entre du bromure de sodium (NaBr) et de l'acide sulphurique
concentré (H2SO4). En premier lieu le bromure
d'hydrogène est formé. Le gaz est alors oxydé par l'acide sulphurique
en brome et en dioxyde de soufre.
NaBr (s) + H2SO4 (l) → HBr (g) +
NaHSO4 (s)
2HBr (g) + H2SO4 (l) → Br2
(g) + SO2 (g) + 2H2O (l)
Une autre méthode consiste à électroliser une solution contenant des
ions bromures. A la cathode se forme du brome.
2 Br- → Br2
+ 2 e-
De nos jours le brome est surtout créé par injection de chlore dans une
solutions riche en ions bromures à un pH de 3.5.
L'eau de mer est traitée avec du chlore gazeux et de l'air. C'est le
chlore gazeux qui va oxyder les ions bromure en brome. Lorsque une eau
chlorée est ajoutée à une eau bromée, celle-ci vire au marron en raison
de la formation de brome.
2Br- + Cl2 → 2Cl-
+ Br2
Quelles sont les applications
du brome?
La première application connue du brome est la couleur pourpre. Cette
substance par les escargots pourpres et fut utilisée par les Romains
pour peindre les vêtements en pourpre. C'était une activité très
demandée et seuls les romains riches pouvaient acheter ces vêtements.
De nos jours, le brome a de nombreuses applications. Dans l'industrie comme
dans l'agriculture on produit de nombreuses substances contenant du brome.
Le brome était utilisé principalement pour produire du dibromure
d'éthylène un constituant du plomb dans le fuel. Mais en raison de ces
effets néfastes sur l'environnement, ce produit n'est plus utilisé. Le
brome est utilisé en médecine, en photographie, dans la production
de pétrole, en peinture et dans certains pesticides. Dans le traitement
de l'eau, le brome est utilisé comme alternative au chore pour la
désinfection des piscines, ainsi que pour la désinfection des
tours de refroisissement.
Désinfection au brome
En France, le brome a été utilisé comme désinfectant de l'eau
depuis les années 1930.
Le brome peut-il être utilisé pour désinfecter
l'eau des piscines?
Les substances bromées sont désinfectantes et peuvent être
utilisées comme une alternative au chlore. Dans les piscines, le brome est
utilisé contre la formation des algues, des bactéries et des odeurs dans
les piscines. Aux Etats-Unis, le brome fut utilisé dès 1936 pour traiter
l'eau des piscines. Durant la seconde guerre mondiale le chlore devint
rare et beaucoup de piscines furent désinfectées au brome.
Le brome peut être appliqué dans les liquides ou les mélanges. Lorsque
le brome est appliqué dans un liquide, l'équilibre suivant est établi:
Br2 + 2H2O «
HOBr + H3O+ + Br-
HOBr + 2H2O «
OBr- + H3O-
Cet équilibre dépend fortement de la valeur du pH. Pour une valeur du
pH qui est habituellement trouvée dans les piscines, le brome est
principalement trouvé d'acide hypobromeux (HOBr). Le brome doit être
combiné avec un agent oxydant (par exemple le chlore ou l'ozone).
Br2 + 2H2O «
HOBr + H3O+ + Br-
HOBr + 2H2O «
OBr- + H3O-
Tableau 1: influence du pH sur la formation d'acide hypobromeux.
| Acide hypobromeux (HOBr) |
|
ion hypobromeux (OBr-) |
| % brome sous forme de HOBr |
pH |
% brome sous forme de OBr- |
| 100 |
6,0 |
0,0 |
| 99,4 |
6,5 |
0,6 |
| 98,0 |
7,0 |
2,0 |
| 94,0 |
7,5 |
6,0 |
| 83,0 |
8,0 |
17,0 |
| 57,0 |
8,5 |
43,0 |
Un bâton de brome fut développé en 1958, en raison des risques que
peuvent engendrer l'usage du brome à l'état liquide. Ce bâton existe
sous forme de brome-chlore-diméthylhydantoïne (Dihalo,DMH). A la fois le
chlore et le brome sont attachés à un atome d'azote qui agit comme
support organique. Appliqué à l'eau le DMH est hydrolisé et forme de
l'acide hypochloreux. Du HOCl est aussi formé. L'ion hypochlorite réagit
avec le brome pour former de l'acide hypobromeux. Le
bromo-chloro-diméthylhydantoine (BCDMH) est une substance organique
après la désinfection est et l'oxydation des brome libre demeurent.
Lorsque le BCDMH est dissous dans l'eau, l'acide hypobromeux et l'acide
hypochloreux sont libérés. Ces substances réagissent avec des ions
bromures (Br-), produisant l'ajout additionel d'acide hypobromeux. C'est
pourquoi le brome peut-être utilisé à la fois comme agent désinfectant
et oxydant. La concentration du BCDMH dans l'eau ne devrait pas dépasser
200mg/L, où l'équilibre entre le désinfectant résiduel et la matière
organique pourrait être perturbé. L'avantage du BCDMH est qu'il ne
présente pas de risques importants au niveau du stockage. Il est
également facile à appliquer. Seule la valeur du pH doit occasionellement être ajustée.
Le BCDMH est fournit sous forme de tablette ou de cartouches. Il a une
longue durée de vie et se dissout très lentement. Un autre système peut
consister en la dissolution du sel de brome (bromure de sodium) dans l'eau
et l'activer par addition d'un d'un oxydant (hypochlorite ou ozone). En
premier, le sel est ajouté à l'eau. En second lieu, un oxydant est
additioné pour activer le brome et l'acide hypobromeux formé.
Pendant la désinfection, l'acide hypobromeux se dissocie en ions
bromures. Ces ions peuvent être réactivés.
Le brome réagit avec d'autres substances de l'eau pour former des
substances bromées. Ces substances sont désinfectantes et ne donnent
normalement pas d'odeurs particulières. Le brome n'oxyde pas l'ammoniac
ou d'autres substances azotées. L'acide hypobromeux réagit avec la
lumière du soleil.
Lorsque la valeur du pH est située entre 7 et 8.5 le dibroamine est la
forme majoritaire du brome. Le dibromoamine est aussi effectif tout comme
le chlore libre pour tuer les microorganismes. Il est très actif et se
dissocie rapidement en ions bromures. De ce fait il n'y a pas de brome
résiduel dans l'eau.
Figure 2: différentes formes du brome selon la
variation du pH et de la concentration en ammoniac.
Les substances bromé les plus utilisées sont le bromure de sodium et
le BCDMH.
Le brome
peut-il être utilisée pour la désinfection de l'eau destinée à la consommation?
Le dibrome (Br2) n'est pas utilisé pour le traitement de l'eau
potable. Il réagit en effet trop rapidement avec les substances
organiques, et aucun résidu ne reste présent. De plus, le brome donne un gout désagréable à l'eau. Le brome ne devrait
être utilisé que dans des cas d'extrême urgence.
le
brome peut-il être utilisé comme désinfectant dans les tours de refroidissement?
Le brome peut être utilisé pour la désinfection des tours de
refroidissement. L'acide hypobromeux est légèrement moins efficace que
l'acide hypochloreux pour éliminer les microorganismes. La valeur du pH
de la tour de refroidissement permet de déterminer sous quelle forme le
brome est présent. Lorsque la valeur du pH est en dessous de 8.7, de
l'acide hypobromeux est formé. Cet acide est plus efficace que les ions
hypobromeux, qui seront plus abondant au-dessus de 8.7. C'est pourquoi, le
brome est un meilleur désinfectant pour les tours de refroidissement alcaline que le chlore. A un pH de 7.6 et plus haut, des ions
hypochloreus sont formés. Ceux-ci sont bien moins efficaces que l'acide
hypochloreux. Le brome réagit avec l'ammoniac pour former de bromoamines.
En contraste avec les chloramines, les bromamines sont instables et ont
tendance à se dissocier en acide hypobromique. La plupart des
microorganismes dans les tours de refroidissement peuvent être traitées
à l'aide du brome, jusqu'à ce qu'une quantité suffsante de brome soit
présente.
Figure 3: dissociation de l'acide hypobromeux est de
l'acide hypochloreux en fonction du pH
Quels
sont les avantages et les désavantages d'une désinfection au brome?
Avantages
Le brome se dissout dans l'eau trois fois plus facilement que le
chlore. Lors de son utilisation, il n'y a pas d'émission de gaz dangereux. La durée
d'activité du brome dans l'eau est courte.
L'avantage provient du fait que la concentration résiduelle est faible et
donc il n'est pas nécessaire d'ajouter d'autres substances pour
éliminer le brome.
Désavantages
Le brome est très réactif. Pour maintenir un niveau de
désinfection adéquat, la quantité de brome à ajouter est plus
importante. Le brome réagit aggressivement avec les métaux et
est très corrosif.
Des mesures de sécurité importantes doivent être prises lorsque le
brome est transporté, stocké ou utilisé.
Quel est l'éfficacité
du brome?
Les bromoamines qui sont formés lorsque du brome est ajouté est
additioné à une eau riche en ammoniac sont aussi efficaces que le
chlore libre en ce qui concerne l'élimination des microorganismes.
Quels
sont les effets sur la santé de l'usage du brome
Une concentration avoisinant 0.5mg/L de brome dans les piscines
peut provoquer l'irritation des yeux est des membranes muqueuses et peut
engendrer à des odeurs désagréables.
Dans la nature le brome est trouvé dans les substances inorganiques.
Durant le vingtième siècle, les hommes ont produits du brome organique
dans plusieurs applications. Le brome organique n'est pas une substance
naturelle et cause des dommages importants dans l'environnement. Les
êtres humains peuvent absorber du brome organique à travers leur peau, en
mangeant, ou par inhalation. Il est très utilisé dans les
spray pour tuer les insectes. Le brome
organique est dangereux pour les hommes et les animaux. Il affecte la
glande thyroïde, le système génétique et le système nerveux.
Quels
sont les effets sur l'environnement de l'usage du brome?
Le brome est utilisé comme désinfectant, car il est nocif pour les
microorganismes. Lorsque des substances organiques pénètrent dans les
eaux de surfaces, cela a des effets négatifs sur la santé des organismes
marins de toutes sortes.
Lorsque le brome est utilisé dans la désinfection de l'eau, les bromamines et l'acide hypobromeux réagissent avec la matière organique de
l'eau pour former des sous-produits bromés liés à la désinfection. Ceci
peut être nocif pour la santé.
Quel est
la législation concernant l'usage du brome comme désinfectant?
Union Européenne
En France le brome est utilisé pour désinfecter les piscines. La norme
française concernant la concentration en brome utilisée dans les
piscines est de 0.7mg/L. Une concentration de l'ordre de 0.5mg/L peut
entraîner une irritation des muqueuses et des yeux et peut dégager des odeurs nauséabondes.
|
