Les ultrasons peuvent-ils être utilisés pour la stérilisation microbienne ?

Oui, la technologie ultrasonique peut être appliquée pour stériliser les micro-organismes. La technologie ultrasonique a un large éventail d’applications dans le domaine de la microbiologie, notamment l’utilisation d’ondes ultrasonores pour tuer et stériliser les micro-organismes.

Les ondes ultrasoniques génèrent des ondes vibratoires à haute fréquence dans les liquides, entraînant des effets physiques intenses tels que la cavitation, les courants de Foucault et les effets de résonance. Ces effets peuvent provoquer la rupture des membranes cellulaires des micro-organismes, endommager les structures cellulaires et entraîner la mort cellulaire.

Dans les applications pratiques, la technologie ultrasonique est généralement utilisée en conjonction avec des désinfectants ou des solutions stérilisantes appropriées pour améliorer l'efficacité de la stérilisation. Les ondes ultrasoniques peuvent aider les désinfectants à pénétrer plus efficacement dans les cellules des micro-organismes, accélérant ainsi la destruction et la mort des cellules.

Par conséquent, la technologie ultrasonique est largement utilisée en microbiologie dans divers domaines, notamment l’inactivation bactérienne dans les laboratoires, la désinfection et le nettoyage des instruments médicaux, le contrôle microbien dans l’industrie alimentaire, etc. Grâce à l’utilisation appropriée de la technologie ultrasonique, des opérations efficaces de stérilisation et de destruction microbienne peuvent être réalisées efficacement.

Le système de traitement par ultrasons s’est avéré efficace pour tuer les bactéries, le plancton et les organismes plus gros. La cavitation ultrasonique dans le traitement des eaux de ballast est une méthode de traitement mécanique/physique qui évite l'ajout de substances chimiques actives coûteuses aux eaux de ballast. Cela garantit que l'environnement n'est pas pollué tout en obtenant un effet biologique élevé en détruisant et en désactivant les organismes et les micro-organismes présents dans les eaux de ballast.

Contexte :
Lorsque les navires n'ont pas une cargaison complète, du lest est nécessaire pour maintenir leur stabilité et leur sécurité. L'eau est couramment utilisée comme lest, mais lorsqu'elle est collectée à sa source, divers organismes pénètrent dans l'eau, comprenant généralement des communautés planctoniques. Ces organismes peuvent être introduits dans un nouvel écosystème à destination, provoquant potentiellement une pollution biologique inutile. Pour prévenir cette contamination potentielle, un système de désinfection efficace doit être utilisé pour traiter les eaux de ballast.

La propagation invasive d'organismes aquatiques a été identifiée par le Fonds pour l'environnement mondial (FEM) comme l'une des quatre menaces majeures auxquelles sont confrontés les océans. Cela peut avoir des conséquences extrêmement graves sur l’environnement, l’économie et la santé publique. Afin d'éviter l'introduction de mollusques nuisibles (comme les moules zébrées, les palourdes asiatiques, etc.), divers traitements de stérilisation des eaux de ballast (également appelés désinfection ou neutralisation) peuvent être utilisés. Une méthode de traitement courante consiste à nettoyer chimiquement les eaux de ballast, mais les produits chimiques utilisés sont nocifs pour l’environnement et coûteux. Avec les réglementations croissantes sur les lois sur la gestion des eaux de ballast, les navires intègrent diverses méthodes de traitement des eaux de ballast telles que la désinfection par ultrasons pour se conformer aux réglementations.

Stérilisation de l'eau sous pression par ultrasons

Le traitement de l’eau sous pression par ultrasons est une méthode mécanique/physique qui évite l’utilisation de produits chimiques nocifs et coûteux. La force de cavitation peut tuer les petits organismes aquatiques et les micro-organismes. Certaines études ont montré que les ondes ultrasonores ont un effet biologique important sur les moules zébrées, les nématodes, les bactéries et les virus.

Désinfection par cavitation par ultrasons
Les ondes ultrasoniques de haute puissance génèrent des bulles de cavitation dans le liquide, entraînant la génération de forces de cisaillement intenses et de contraintes élevées. Lorsque des ondes ultrasonores intenses se couplent au liquide, les ondes sonores se propagent dans le milieu liquide, provoquant des cycles alternés de haute et de basse pression, en fonction de la fréquence. Pendant les cycles à basse pression (phase de raréfaction), des ondes ultrasonores de haute intensité créent de petites bulles de vide ou des espaces dans le liquide. Lorsque les bulles atteignent un volume où elles ne peuvent plus absorber d'énergie, elles s'effondrent violemment lors des cycles de haute pression (phase de compression). Ce phénomène est connu sous le nom de cavitation. Lors de l'implosion, des températures et des pressions localisées très élevées (environ 5 000 K) (environ 2 000 atm) sont atteintes. L’implosion des bulles de cavitation entraîne également des vitesses de jet de liquide pouvant atteindre 280 m/s.

Cette génération et cet effondrement de bulles à haute énergie entraînent des forces de cisaillement hydrodynamiques et des oscillations ultrasoniques, perturbant les parois cellulaires des organismes, les tuant efficacement. L’impact environnemental des techniques assistées par ultrasons ne présente actuellement aucun problème environnemental connu ou anticipé.

Effets biologiques des ondes ultrasoniques
Certaines études ont montré que les ondes ultrasonores peuvent affecter efficacement les virus et les bactéries. Des études de désinfection utilisant des appareils à ultrasons sur un débit de 100 gpm (gallons par minute), équivalent à 23 m3/h, ont montré une réduction de 7 log pour le poliovirus (<5 μm), une réduction de 6 à 7 log pour la bactérie Cryptosporidium. Un taux de mortalité de 100 % a été atteint avec les nématodes (Ascaris) (8-10 μm) et les mollusques moules zébrées (70 μm). Dans un système à débit de 600 gpm, le taux de mortalité des moules zébrées était le même.

Le taux d'inactivation des grands organismes a atteint 100 %, tandis que le taux d'inactivation des bactéries et des virus a diminué de 6 à 7 log. Exposé dans un système expérimental à flux continu pendant 20 secondes, le taux d'inactivation des oocystes de Cryptosporidium était de 93 à 98,6 %, diminuant à 10 secondes (4 log) dans un réacteur discontinu expérimental. Des taux d'inactivation ont également été signalés pour Cryptosporidium (7 log), les œufs de vers viables (4,2 log), le poliovirus (8 log), Salmonella (9 log) et E. coli (9 log).

Une réduction de 2 log signifie que 99 % des organismes initialement présents dans l’eau ont été inactivés. Une réduction de 3 log signifie que 99,9 % ont été inactivés, et ainsi de suite.

La capacité de traitement des systèmes à ultrasons dépend également de la puissance de sortie. Les appareils à ultrasons haute puissance/haute intensité nécessitent moins de temps d'exposition pour l'inactivation, ce qui permet de traiter des débits plus élevés. Ce système à ultrasons peut être utilisé pour la pressurisation et la dépressurisation.

Avantages du traitement de l’eau sous pression par ultrasons

· Sans produits chimiques

· Respectueux de l'environnement

· Efficace

· Effets synergiques

· Faible entretien

· Sûr et facile à utiliser

· Robuste et fiable

· évolutif à n'importe quelle taille

La recherche sur les technologies de traitement combinées montre que les ultrasons sont hautement synergiques lorsqu'ils sont utilisés conjointement avec d'autres méthodes de désinfection de l'eau sous pression (telles que l'ozone, la chloration, l'irradiation UV, la température ou la haute pression). En raison de leur installation facile et de leur faible encombrement, les équipements à ultrasons sont bien adaptés à la mise à niveau et à l’amélioration des systèmes de traitement d’eau sous pression existants.