Le carbonate de calcium CaCO3, aussi appelé calcaire ou tartre, existe sous plusieurs formes, dont les deux principales sont l’aragonite (fines aiguilles) et la calcite (entités plus volumineuses). Le carbonate de calcium est très peu soluble dans l’eau pure à température ambiante, et cette solubilité varie selon plusieurs paramètres, dont principalement la température et la présence de dioxyde de carbone.

La solubilité de la plupart des substances chimiques est de plus en plus grande lorsque la température de l’eau est de plus en plus élevée. Pour comprendre ceci, il suffit d’introduire du chlorure de sodium (sel de cuisine) dans de l’eau froide jusqu’à ce que cette substance ne se solubilise plus; ensuite, on chauffe l’eau et on constate qu’on peut continuer à ajouter du sel, qui se dissout dans l’eau; la solubilité du sel de cuisine dans l’eau augmente donc lorsque la température de l’eau augmente (il a été amplement traité de ce sujet sur RTS-Découverte).

La particularité exemplaire du carbonate de calcium est que cette substance est MOINS soluble à chaud qu’à froid: plus on chauffe une solution contenant des ions carbonate CO32– et calcium Ca2+, moins cette solution est soluble et plus le calcaire précipite sous forme solide. C’est justement la raison pour laquelle on rencontre des dépôts de calcaire (communément appelés tartre) dans les bouilloires ou dans les tuyauteries d’eau chaude.

En présence de dioxyde de carbone CO2 gazeux, le calcaire se dissout. En effet, le dioxyde de carbone réagit avec l’eau pour former de l’acide carbonique H2CO3, qui à son tour acidifie (légèrement) l’eau. En milieu acide, le calcaire CaCO3 réagit pour former de l’hydrogénocarbonate de calcium Ca(HCO3)2 qui se décompose à son tour sous forme Ca2+ et HCO3–. Etant donné que la solubilité du dioxyde de carbone gazeux est plus élevée dans l’eau froide que dans l’eau chaude, le calcaire sera conséquemment plus soluble dans l’eau froide que dans l’eau chaude puisque l’eau froide sera plus acide.

On comprend que pour éviter, ou pour le moins limiter les dépôts de calcaire dans les installations véhiculant de l’eau chaude, il faut ajouter de l’acide, puisque ce dernier, quel qu’il soit (pas uniquement l’acide carbonique), réagit avec le calcaire et le dissout. Les produits vendus dans le commerce pour détartrer (dissoudre le calcaire) dans les installations telles que bouilloires ou machines à café contiennent de l’acide sulfamique, ou de l’acide formique, ou de l’acide citrique, ou de l’acide phosphorique, mais pas de l’acide chlorhydrique ou nitrique ou sulfurique (acides beaucoup trop agressifs et corrosifs).