La dureté de l'eau est essentiellement une mesure de la concentration de cations divalents (principalement Ca²⁺ et Mg²⁺, et incluant également de petites quantités de Sr²⁺, Ba²⁺ et Fe²⁺).
Dans la chimie de l’eau et le traitement technique, la dureté est classée en dureté temporaire et dureté permanente. La dureté temporaire est la concentration d'ions calcium et magnésium liés aux bicarbonates (HCO₃⁻) et aux carbonates (CO₃²⁻) dans l'eau. Le pH de l'eau naturelle étant généralement inférieur à 8,3, elle existe principalement sous forme de bicarbonates (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂).
Lorsque l'eau est chauffée au-dessus de 60 à 70 degrés, une réaction de décomposition thermique se produit, précipitant des carbonates :
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂↑ + H₂O (produit intermédiaire, ensuite hydrolysé en Mg(OH)₂)
Sa valeur théorique maximale est limitée par l'alcalinité totale de l'eau (principalement HCO₃⁻). Lorsque dureté totale > alcalinité totale, dureté carbonatée=alcalinité totale. C’est le cœur des calculs du bilan hydrique.
La dureté permanente est un sel formé par la combinaison de calcium, de magnésium et d'anions d'acide fort tels que le sulfate (SO₄²⁻), le chlorure (Cl⁻) et le nitrate (NO₃⁻) (par exemple, CaSO₄, MgCl₂).
Ces sels ont une solubilité élevée (par exemple, la solubilité du CaSO₄ est d'environ 2,1 g/L à 25 degrés) et ne produisent pas de précipités de carbonate après ébullition, d'où le terme « permanent ». Cependant, à température et pression élevées (comme dans les chaudières), leur solubilité s'inverse (diminue avec l'augmentation de la température), formant un tartre de sulfate de calcium dur et dense, qui est plus nocif.
Au niveau international, le mg/L CaCO₃ (calculé en carbonate de calcium) est utilisé comme unité standardisée pour faciliter le calcul et la comparaison.
Les *Guidelines for Drinking-qualité de l'eau* de l'OMS ne fixent pas de limite de dureté obligatoire, mais indiquent que la plage idéale peut être comprise entre 60 et 120 mg/L et soulignent le risque de corrosion lié à une dureté trop faible (<30 mg/L).
Les *Normes chinoises de qualité de l'eau potable* stipulent une limite de dureté de 450 mg/L (basée sur des considérations sensorielles et sur l'eau-utilisant l'équipement).
La plupart des compagnies des eaux aux États-Unis recommandent une dureté inférieure à 150-200 mg/L.
Dureté calcique vs dureté magnésium
1 mmol/L de Ca²⁺ contribue à 100 mg/L sous forme de CaCO₃, tandis que 1 mmol/L de Mg²⁺ contribue à 122 mg/L sous forme de CaCO₃. Cela signifie qu’à même concentration massique, les ions magnésium contribuent à une dureté molaire plus élevée.
Le tartre de carbonate de calcium (CaCO₃) est dense et dur et on le trouve couramment dans les conduites d'eau chaude. L'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)₂) ou le tartre de silicate de magnésium sont plus lâches et glissants, mais plus stables à haute température.
Magnesium is an essential element for the human body. Studies have shown a negative correlation between magnesium content in drinking water and cardiovascular disease mortality. The World Health Organization recommends that the magnesium content in drinking water should be >10 mg/L (environ 41,5 mg/L de dureté CaCO₃ magnésium).
La recherche indique que l'eau avec un rapport massique proche de 2:1 (Ca:Mg) peut être plus bénéfique pour le métabolisme minéral humain et est plus proche du rapport de l'eau minérale naturelle de haute qualité-.