Savon et eau dure ou calcaire : dépôt, chélatants et rinçage

La dureté de l’eau est, selon sa plus ancienne définition, une mesure de ce que l’eau fait au savon. Le document de référence de l’Organisation mondiale de la santé sur le sujet commence ainsi : « Water hardness is the traditional measure of the capacity of water to react with soap, hard water requiring considerably more soap to produce a lather. » Ce guide suit cette réaction du lavabo jusqu’à la peau, la chiffre, et sépare ce qui aide vraiment de ce que les savonniers espèrent voir aider.

Ce qu’est la dureté

L’eau dure contient du calcium et du magnésium dissous, pris au calcaire et à la craie, avec de plus petites quantités de fer, de manganèse et d’autres métaux. On l’exprime en milligrammes de carbonate de calcium par litre, quels que soient les ions réellement présents, et le document de l’Organisation mondiale de la santé sur la dureté utilise les classes habituelles.

OMS, Hardness in Drinking-water (2011). Votre distributeur d’eau publie le chiffre pour votre commune.

Une conversion pratique : divisez le chiffre par 100 pour obtenir des millimoles de calcium et de magnésium par litre. Une eau à 300 mg/L en contient 3 mmol dans chaque litre.

Ce qui se passe quand le savon la rencontre

Une molécule de savon est une chaîne d’acide gras qui porte une charge négative à une extrémité, équilibrée dans le savon par un ion sodium. Dans l’eau, le sodium s’éloigne. Un ion calcium ou magnésium porte deux charges positives : il s’associe donc à deux molécules de savon à la fois, et le composé qu’ils forment est insoluble :

2 savon⁻ + Ca²⁺ → savon de calcium (solide)

Ce solide, c’est le dépôt. Le manuel de savonnerie de Thomssen, en 1922, appelle ces composés « insoluble soaps of lime and magnesia » et note qu’ils « act as inert bodies as far as their value for the common use of soap is concerned ». Ils ne moussent pas et ne lavent pas, et le savon qui les a formés est perdu. La mousse ne se forme qu’une fois la dureté de l’eau épuisée, et c’est pourquoi l’eau dure demande plus de savon pour la même mousse.

La perte se calcule facilement. Deux molécules de savon par ion, multipliées par le poids d’une molécule de savon, donnent le savon que détruit chaque litre.

Masses molaires moyennes tirées du milieu de la plage d’indice de saponification de chaque huile, sur sa fiche : environ 305 g/mol pour le savon de sodium de l’huile d’olive et 228 g/mol pour celui de l’huile de coco.

L’endroit où se forme le dépôt dépend du rapport entre savon et eau. Pendant que vous faites mousser, beaucoup de savon rencontre un peu d’eau : la dureté de cette eau est épuisée d’un coup et le reste du savon mousse. Au rinçage, un soupçon de savon rencontre des litres d’eau dure, et presque tout finit en savon de calcium : dans le lavabo, en cet anneau gris que l’OMS appelle « bathtub ring », et sur vous.

Le même savon secoué dans une eau douce (à gauche) et dans une eau dure (à droite). L’eau dure se trouble de savon de calcium et garde peu de mousse.

Sur la peau et les cheveux

Le dépôt ne part pas entièrement dans la canalisation. Tanaka et ses collègues le disent sans détour : « Mineral ions in tap water react with fatty acids in soap, leading to the formation of insoluble precipitate (metallic soap) on skin during washing. » Dans la partie de leur étude menée chez l’humain, se laver avec une eau douce ultra-pure pendant quatre semaines a réduit la sécheresse et les démangeaisons chez des personnes à la peau sèche.

Les meilleures mesures portent sur un tensioactif de synthèse plutôt que sur le savon. Danby et ses collègues ont lavé des zones test sur la peau de 80 volontaires avec du laurylsulfate de sodium dans des eaux de différentes duretés. Une eau dure à environ 395 mg/L laissait sur la peau 2,8 fois plus de tensioactif que l’eau déminéralisée, et un adoucissement par échange d’ions à moins de 25 mg/L réduisait nettement le résidu. Ce résidu augmentait la perte d’eau à travers la peau et provoquait une irritation, surtout chez les personnes atteintes d’eczéma porteuses d’une mutation du gène de la filaggrine.

Ce que cela signifie pour la peau au quotidien est moins établi. Dans un essai randomisé portant sur 336 enfants atteints d’eczéma et vivant dans des régions à eau dure, l’installation d’un adoucisseur d’eau à échange d’ions n’a apporté aucune amélioration supplémentaire de la sévérité de l’eczéma sur 12 semaines (Thomas et ses collègues, 2011). L’eau dure laisse plus de tensioactif sur la peau ; l’importance que cela a varie d’une personne à l’autre, et les preuves qu’adoucir l’eau aide l’eczéma sont minces.

Sur les cheveux, la chimie est la même, même si nous n’avons trouvé aucune étude contrôlée de savons solides sur les cheveux en eau dure. Le savon de calcium resté dans les cheveux est la raison pour laquelle un rinçage acide fait partie du lavage des cheveux au vrai savon : un acide dilué, du vinaigre ou de l’acide citrique dans l’eau, retransforme le savon de calcium en acide gras libre et en un sel de calcium soluble, qui part au rinçage. Le guide du shampoing solide traite du rinçage, et notre recette de shampoing solide en suppose un.

Pourquoi le savon de coco s’en sort le mieux

Le savon fait d’huile de coco ou de palmiste a trois avantages dans l’eau dure ou salée, et ils ont des causes différentes.

Il reste dissous dans la saumure. Le sel chasse le savon de la solution ; les savonniers s’en servent, c’est le relargage, pour séparer leur savon de la lessive. Le manuel de Simmons et Appleton, en 1908, note que le savon de suif est le plus facile à relarguer, et que « soaps made from cocoa-nut and palm-kernel oils require very large amounts of salt to grain out thoroughly », parce qu’ils se dissolvent dans une saumure faible. C’est pourquoi les savons de marine, faits pour se laver à l’eau de mer à bord des navires, étaient faits d’huile de coco ou de palmiste : ils sont « soluble in brine » et donc « capable of use in sea-water ». Thomssen donne la même raison à leur nom : le savon de marine forme facilement « a lather with salt water ».

Il perd moins en poids. La dureté détruit le savon molécule par molécule, et les molécules du savon de coco sont plus légères : le même litre coûte donc environ un quart de savon de moins en poids, 1,37 g contre 1,83 g de savon d’huile d’olive à 300 mg/L.

Il se dissout dans l’eau fraîche. En dessous d’une température appelée point de Krafft, un savon de sodium se comporte comme un sel peu soluble et ne forme pas de micelles. Pour le laurate de sodium, le principal savon de l’huile de coco, ce point se situe vers 25 °C (77 °F), et pour le myristate à 45 °C (113 °F). Pour le palmitate et le stéarate, qui forment une bonne part du savon d’huile de palme et de suif, il est de 60 °C (140 °F) et 71 °C (160 °F) (Raiguel et ses collègues, 2025). Un savon de coco libère vite son savon dans l’eau fraîche, assez pour submerger la dureté dans la mousse et en garder de reste.

Rien de tout cela n’empêche le dépôt. L’eau de mer est le cas extrême : à la composition de référence, elle contient 0,41 g de calcium et 1,28 g de magnésium par kilogramme, soit une dureté d’environ 6300 mg/kg en carbonate de calcium, 35 fois le seuil « très dure » de l’OMS. Chaque litre peut transformer environ 30 g de savon de coco en savon de magnésium et de calcium. Le savon de marine fonctionne parce que la mousse sur votre peau contient beaucoup de savon dans très peu d’eau, pas parce que la chimie l’épargne.

Les avantages du coco s’accompagnent de son défaut : son savon lave de façon agressive. Notre savon spa au sel rose, à 70 % d’huile de coco, a un surgraissage de 18 % pour cette raison, et un savon 100 % coco de 20 %. Aucun des deux ne rince net en eau dure : un savon au sel fait du dépôt comme n’importe quel autre savon. Le guide du savon au sel traite de cet équilibre.

Ce que peut un chélatant dans le savon

Les chélatants comme l’EDTA et le citrate de sodium fixent le calcium et le magnésium, et les savonniers en ajoutent à leurs savons en partie pour cette raison. Le problème, c’est l’arithmétique. Un chélatant présent dans un savon ne passe dans l’eau qu’au rythme du savon, et chaque molécule peut retenir au plus un ion calcium ou magnésium.

Un ion calcium ou magnésium par molécule de chélatant. C’est un plafond : le citrate fixe le calcium bien plus faiblement que l’EDTA et en retient moins en pratique. Les chiffres du citrate valent pour une fournée de 1000 g d’huiles, d’environ 1,4–1,5 kg.

Un chélatant dans le savon ne peut donc rien pour le rinçage. L’EDTA aux doses du savon solide est là pour un autre travail, fixer le fer et le cuivre qui font rancir, dont traite le guide des antioxydants et des chélatants ; Dow range aussi une mauvaise mousse et un mauvais rinçage parmi les problèmes que causent les ions métalliques dans le savon solide. Le citrate de sodium est celui que les savonniers dosent pour la dureté, « more for hard water, less for soft » selon le guide d’un fournisseur. Mais le citrate est un chélatant faible, et Nouryon, qui en fabrique un plus fort, rapporte qu’ajouter du citrate à un savon liquide dans une eau moyennement dure n’a eu qu’un « limited benefit » contre le dépôt. Nos recherches n’ont trouvé aucun essai de citrate dans un savon artisanal en eau dure.

Ce qui fonctionne agit sur l’eau ou sur la chimie du lavage :

1. Une eau plus douce. Un adoucisseur à échange d’ions remplace le calcium et le magnésium par du sodium, que le savon tolère. Les résidus mesurés par Danby ont nettement baissé sous 25 mg/L.
2. Un rinçage acide, pour les cheveux surtout, qui décolle le savon de calcium déjà déposé.
3. Un autre nettoyant. Les tensioactifs non ioniques ne réagissent pas avec les ions de la dureté comme le font le savon et les autres tensioactifs anioniques, note Nouryon. Les anioniques ne sont pas épargnés pour autant : le laurylsulfate de sodium est justement le tensioactif qu’a mesuré Danby. Si vous voulez fabriquer une barre qui n’est pas du savon, le calculateur de syndet fait les calculs.

Faire du savon avec une eau du robinet dure

L’eau d’une recette est une autre affaire que l’eau avec laquelle vous vous lavez, et sa dureté n’y compte presque pas. Un savon d’huile d’olive pour 1000 g d’huile, avec une solution de soude à 33 %, emploie 261,2 g d’eau. À 300 mg/L, cette eau apporte 0,78 mmol de calcium et de magnésium, de quoi gâcher 0,48 g de savon dans une fournée de 1390 g : 0,03 %. Cela ne changera ni la mousse ni la dureté du savon. Ce n’est pas non plus la poudre blanche sur un savon en cure, qui est de la cendre de soude, formée à partir de la soude et de l’air.

Deux raisons de prendre de l’eau distillée résistent au calcul.

Les traces de métaux. Les normes secondaires de l’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA), ses valeurs guides pour les substances gênantes dans l’eau potable, sont de 0,3 mg/L de fer et de 1,0 mg/L de cuivre. À ces niveaux, les mêmes 261,2 g d’eau apportent 0,08 mg de fer et 0,26 mg de cuivre, ce qui met environ 0,19 ppm de cuivre dans la fournée. C’est proche des 0,2 ppm que le brevet de savon de Lever jugeait suffisants pour altérer la couleur et l’odeur. Ce sont des limites hautes, pas des valeurs typiques : le rapport annuel sur la qualité de l’eau de votre distributeur donne les vrais chiffres, et des canalisations en cuivre qui se corrodent, comme le note l’EPA, peuvent en ajouter. Le fer du robinet compte moins : la norme du Codex permet à un kilogramme d’huile vierge de contenir jusqu’à 5,0 mg de fer, plus de soixante fois ce qu’apporte l’eau. Les savonniers accusent souvent l’eau du robinet des taches orange. Les chiffres disent qu’elle peut y contribuer, par le cuivre, mais les huiles apportent leurs propres métaux, et aucun essai contrôlé à notre connaissance n’a comparé les deux.

Le savon transparent. Pour le savon transparent, la dureté se voit. Simmons et Appleton prévenaient qu’une eau dure « is liable to produce opaque streaks of lime soap », et Failor demande de l’eau distillée ou douce dans ses recettes transparentes.

Les savonniers veulent une eau douce pour leur lessive depuis bien plus d’un siècle : Simmons et Appleton demandaient une eau « free from calcium and magnesium salts ». L’eau distillée coûte peu, supprime cette variable et fait qu’une recette se comporte de la même façon dans toutes les villes. Si vous utilisez quand même l’eau du robinet, de l’EDTA dissous dedans avant d’ajouter la soude fixera les métaux qu’elle apporte.