Mesure de conductivité

Certains liquides et plus particulièrement les solutions aqueuses, ont la propriété de conduire même faiblement l'électricité.
De très nombreux sels minéraux ou organiques se dissocient en solution dans l'eau, formant des ions.
Placés dans un champ électrique entre deux électrodes maintenues à des potentiels différents, ils se déplacent au sein de la solution, générant ainsi un courant électrique qui peut être mesuré.
La conductivité des liquides comme celle des solides, est l'inverse d'une résistivité et s'exprime en:
- ohm-1.cm-1
- ou bien en mho.cm-1
- ou bien encore en Siemens.cm-1
La conductivité des solutions dépend de:
- la mobilité des ions
- de leur concentration
- le coefficient de dissociation des molécules en solution
On défini la conductivité équivalente des ions comme le ratio de la conductivité d'une solution sur la concentration en ion responsable de cette conductivité exprimée en équivalent-gramme/cm3.
Le nombre d'équivalent-gramme est la concentration en mole-gramme multipliée par la valence de l'ion.
Exemple:
35,5 mg/cm3 de chlorure (Cl- M=35,5) correspond à 1 miliéquivalent-gramme/cm3
96 mg/cm3 de sulfate (SO4-- M=96) correspond à 2 miliéquivalent-gramme/cm3

La conductivité équivalente dépend elle-même de la concentration. Aussi on définit une conductivité équivalente limite extrapolée pour une dilution infinie.
La conductivité équivalente varie peu entre 0 et 0,1 éq-g/cm3 pour les électrolytes forts, beaucoup pour les électrolytes faibles.
L'usage pratique de cette notion devra donc être réservée aux électrolytes forts ou faible mais très dilués.

Des tables donnent des valeurs de conductivité spécifique équivalente limite. Quelques exemples sont donnés ci-dessous:

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Cations   Conduct    Anions    Conduct
         S.cm2/éq             S.cm2/éq
-------  --------    -------  --------
 H+        350         OH-      200
 K+         74         Cl-       76
 Na+        50         Br-       78
 NH4+       73         NO3-      72
 Ca++       60         ClO4-     68
 Mg++       53         SO4--     80
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Avantages

Cette technique est parfaitement adaptée pour le contrôle en ligne de procédés.
Le capteur de mesure peut être introduit directement dans la tuyauterie du procédé ou dans la capacité.

Applications

Les mesures de conductivité sont utilisées pour:
- le contrôle en ligne de la concentration de solutions salines
- le contrôle du bon fonctionnement de systèmes de déminéralisation d'eau de chaudière

Exemples de calcul de conductivité

Conductivité de l'eau pure

concentration en H+: 1E-7 mole/l à pH=7 ==> 1E-10 éq/cm3
concentration en OH-: 1E-7 mole/l à pH=7 ==> 1E-10 éq/cm3
conductivité = 350x1E-10 + 200x1E-10 = 550E-10 = 0,055 µS/cm

Conductivité d'une solution d'acide Sulfurique

Concentration en acide: 1mg/l (M=98) = 1E-5 mole/l
concentration en H+: 2E-5 mole/l ==> 2E-8 éq/cm3
concentration en OH-: 5E-10 mole/l ==> 5E-13 éq/cm3 (peut être négligé)
concentration en SO4--: 1E-5 mole/l ==> 2E-8 éq/cm3
conductivité = 350x2E-8 + 80x2E-8 = 550E-10 = 8,6 µS/cm

Conductivité d'une solution de Chlorure de Sodium

concentration en Chlorure de Sodium: 1mg/l (M=58,5) = 1,7E-5 mole/l
concentration en H+: 1E-7 mole/l à pH=7 ==> 1E-10 éq/cm3
concentration en OH-: 1E-7 mole/l à pH=7 ==> 1E-10 éq/cm3
concentration en Na+: 1,7E-5 mole/l ==> 1,7E-8 éq/cm3
concentration en Cl-: 1,7E-5 mole/l ==> 1,7E-8 éq/cm3
conductivité = 350x1E-10 + 200x1E-10 + 50x170E-10 + 76x170E-10 = 20000E-10 = 2 µS/cm