Un aperçu de la technologie ultrasonique dans la purification de l’eau

Par Matthew Taylor, chercheur associé et écrivain chez Save The Water ™ | 30 mars 2021

 

Toutes les technologies de purification de l’eau ne correspondent pas efficacement à une situation donnée. Par exemple, leur capacité à éliminer certains contaminants de l’eau, leur coût et leur capacité les limitent. Nous avons besoin de nouvelles technologies pour résoudre ces problèmes. La technologie ultrasonique pourrait apporter une solution.

 

Qu’est-ce que la technologie ultrasonique ?

La technologie ultrasonique fonctionne sur la base des ondes ultrasonores. Il s’agit d’ondes à haute fréquence trop élevées pour qu’un humain puisse les entendre, généralement 20 kilohertz et plus. Les appareils à ultrasons produisent ces ondes qui se propagent dans l’eau sous forme d’ondes de pression. Des appareils appelés transducteurs convertissent l’énergie électrique en vibrations. Les transducteurs produisent le plus souvent ces ondes.

 

Il existe deux types de transducteurs : les transducteurs piézoélectriques et les transducteurs magnétostrictifs. Dans les transducteurs piézoélectriques, la vibration est créée à l'aide de cristaux piézoélectriques. Ces cristaux vibrent lorsque l’électricité les traverse. Avec les transducteurs magnétostrictifs, le courant électrique passe à travers des bobines, ce qui forme un champ magnétique. En conséquence, le noyau du transducteur se dilate et se contracte.

 

Comment ça marche pour purifier l’eau ?

Les appareils à ultrasons produisent des ondes de pression. Ces ondes sont constituées de pressions positives et négatives, qui alternent en cycles. Dans l'eau, lorsque la pression dépasse la résistance à la traction de l'eau , c'est-à-dire sa capacité à résister à une force qui tend à la séparer, un processus appelé cavitation commence à se produire.

 

Lors de la cavitation, des bulles se forment, grossissent puis implosent. La pression et la température atteignent des niveaux énormes à l’intérieur des bulles. Lorsqu’ils implosent, ils libèrent une grande quantité d’énergie sous forme d’onde de choc. Ces ondes de choc peuvent briser la matière organique. Par conséquent, la technologie ultrasonique peut lutter contre la pollution bactérienne et algale dans l’eau. Nous pourrions par exemple utiliser la technologie des ultrasons pour atténuer la prolifération d’algues nuisibles dans les Grands Lacs.

 

Les ondes ultrasoniques peuvent être produites en continu ou par impulsion. Dans le traitement de l’eau, ils sont le plus souvent produits en continu afin de pouvoir purifier l’eau plus efficacement. Les bulles qui se forment avec des ondes ultrasonores pulsées produisent moins d’énergie lorsqu’elles éclatent, ce qui les rend moins efficaces.

 

Quels sont les avantages de l’utilisation de la technologie ultrasonique dans la purification de l’eau ?

La technologie ultrasonique présente plusieurs avantages dans la purification de l’eau :

Réduction de la turbidité : La turbidité fait référence à la clarté de l'eau. La technologie ultrasonique peut aider à rendre l’eau moins trouble, réduisant ainsi sa turbidité. Une étude de 2011 a révélé que les ondes ultrasonores peuvent réduire la turbidité jusqu'à 76 %.

Désinfection de l’eau : les ondes ultrasoniques sont très efficaces pour lutter contre la contamination bactérienne et algale de l’eau. Les bulles formées lors du processus de cavitation atteignent une température de plusieurs milliers de degrés et une pression de plusieurs milliers d'atmosphères. L’implosion qui en résulte et l’onde de choc qui en résulte, le stress et le changement soudain de température tuent les bactéries. En conséquence, cela limite la capacité des bactéries à se reproduire. Une étude de 1997, par exemple, a révélé qu'après 15 minutes d'exposition aux ultrasons, 80 % des bactéries E. coli présentes dans l'eau potable mouraient.

Dégradation des polluants organiques : La technologie ultrasonique peut décomposer les contaminants organiques autres que les bactéries et les algues. Il peut également décomposer les polluants organiques tels que les pesticides, le phénol et même les explosifs. Une étude de 2004, par exemple, a révélé que les ondes ultrasonores dégradaient presque complètement certains hydrocarbures, notamment le naphtalène et l'acénaphtylène, présents dans l'eau.

Développements futurs pour la technologie ultrasonique

La technologie ultrasonique présente également des inconvénients que les chercheurs doivent résoudre avant de pouvoir se généraliser : 

Nouvelle technologie : les chercheurs doivent effectuer davantage de recherches et d’analyses pour faciliter la conception des systèmes à ultrasons. Ils doivent développer davantage de modèles de données théoriques pour normaliser la conception des appareils à ultrasons. Nous pourrons augmenter l’utilisation des appareils à ultrasons une fois que ces modèles auront été développés. Plus important encore, cela nous permettra de les augmenter pour purifier de plus grands volumes d’eau.

Coût prohibitif : les technologies ultrasoniques peuvent avoir des coûts de maintenance élevés. Cela est dû à l’entretien et au remplacement de la sonde à ultrasons, qui est endommagée lors de l’activité ultrasonore.

Peut se briser facilement : si les appareils à ultrasons tombent en panne, ils peuvent avoir besoin d’un spécialiste pour les réparer. Cette exigence peut laisser une zone sans traitement de l’eau pendant un certain temps. Par conséquent, les technologies plus abordables et plus faciles à réparer sont beaucoup plus courantes.

Espérons que la technologie ultrasonique devienne plus accessible, fiable et abordable. Cette technologie est un autre outil précieux que nous pouvons utiliser pour rendre l’eau plus propre pour tous.