Brevet FR2640614A1 — publié le 19900622

DISPOSITIF POUR LE TRAITEMENT DE LIQUIDES TELS QUE DE L'EAU, NOTAMMENT DE PISCINES, PAR IONISATION DE LONGUE DUREE La présente invention concerne un traitement électrophysique de liquides par émission in situ d'ions métal, généralement cuivre et argent, particulièrement bien adapté 3 l'eau des piscines publiques ou privées mais ce traitement est également applicable au lait en vue de sa conservation et de sa consommation, à des eaux destinées à la consommation humaine ou animale, à l'élevage d'animaux aquatiques, à l'obtention de fertilisants, etc. Néanmoins, pour illustrer l'invention on ne retiendra ici que le seul exemple des piscines. Lors de la création d'une piscine, les éléments déterminants sont essentiellement d'ordre économique immédiat et esthétique emplacement, dimensions, choix des matériaux, couleurs, équipement, environnement paysager etc. Il suffit de quelques jours pour s'apercevoir que la préoccupation dominante est la surveillance et la maintenance de la qualité de l'eau car celle-ci est constamment menacée : apparition d'algues, troubles, odeurs déplaisantes, sans même évoquer les risques plus graves tenant à l'impureté bactériologique. Une piscine en plein air voit son eau profondément affectée par les changements de saison, les variations de température, la pluie, l'orage, un vent chargé de poussières et, ce qui est moins immédiatement perceptible, par la qualité de l'eau d'alimentation qui vient parfois d'assez loin et dont on ne réalise pas toujours qu'elle a des caractéristiques physico-chimiques & hangeantes dues à des conditions diverses : le cours d'eau naturel dans lequel elle est pompée a un niveau variable et draine avec lui plus ou,moins de produits acides ou basiques, une pluie d'orage intervenue plusieurs heures ou plusieurs jours avant a modifié son état et il ne s'agit ici que des quelques exemples les plus fréquents.Il est évident que le maintien des qualités de l'eau est très difficile à réaliser en prati que car les utilisateurs de piscines sont toujours très exigeants et veulent disposer constamment d'une eau non seulement stérile sur le plan biologique mais aussi pure, cristalline, douce, insipide et inodore. Même en cas d'absence prolongée, l'utilisateur entend avoir une eau irréprochable. L'eau d'arrivée (eau d'alimentation) est d'abord filtrée mais les filtres, généralement à sable, ne peuvent arrêter que les grosses impuretés : particules de dix microns au moins alors que virus et bactéries mesurent au plus trois microns et souvent moins d'un micron. Puisqu'ils passent à travers les filtres, il faut les tuer afin de stériliser l'eau avant son introduction dans la piscine. Pour cela, on sait depuis longtemps utiliser des produits chimiques tels que le chlore ou le brome que l'on introduit dans l'eau en amont de la piscine et, sauf absence prolongée du propriétaire ou du personnel d'entretien, il est théoriquement possible de porter une attention constante à l'eau d'arrivée, de l'analyser et d'en mesurer les paramètres à chaque instant pour rectifier en conséquence les apports chimiques en sélectionnant divers produits et en dosant chacun d'eux avec soin. Dans la réalité, cette surveillance constante est impossible à envisager sérieusement et le minimum de surveillance, d'analyse et de mesure est déjà considéré comme fastidieux et pénible. Mais, surtout, l'utilisation de produits chimiques est de moins en moins acceptée, pour le traitement de l'eau des piscines en particulier, car elle est ressentie comme non naturelle et, selon la sensibilité réelle ou imaginaire des usagers, elle peut se limiter à des désagréments : mauvais goût, odeur déplaisante, ou provoquer des réactions plus graves : irritation de la peau, des muqueuses, des yeux, allergies, détérioration des cheveux, maux d'estomac, vomissements, etc. En outre, l'utilisation de produits chimiques suppose l'ajout régulier de doses plus ou moins importantes mais qui, de toutes façons, provoquent des dépenses inévitables non négligeables. On compte qu'en dix ans les dépenses d'entretien équivalent à la moitié du prix de construction. Une petite piscine de 10 mètres de long et 5 mètres de large nécessite, en France, un entretien qui coûte annuellement - 2.500 F Si l'eau est traitée au chlore, - 3.940 F si l'eau est traitée avec un polymère d'hexamé thylène biguanide, - 4.000 F si l'eau est traitée au brome. Devant ces inconvénients, on a déjà pensé à utiliser d'autres procédés que l'addition de produits chimiques. C'est ainsi que l'on utilise depuis quelques années un procédé électrophysique par lequel on disperse dans l'eau des ions métal, généralement cuivre et argent. Ce procédé est la mise en oeuvre pratique d'un phénomène mis en évidence à la fin du XIXème siècle, selon lequel d'infimes quantités de métaux ont des effets puissants sur les bactéries, algues et champignons. On dit qu'ils sont "oligodynamiques" (de "oligo", petit et "dynamos", force). Le procédé électrophysique consiste à plonger deux électrodes métalliques dans l'eau et à les porter à des potentiels électriques différents afin de provoquer, par arrachements microscopiques, l'émission d'ions du même métal que celui de l'électrode dont il est issu. Il n'est pas nécessaire de décrire ici les mécanismes physiologiques mis en jeu car ils sont bien connus en soi. Il faut seulement rappeler que les ions métal cuivre (Cu) et argent (Ag) provoquent l'anéantissement des bactéries, algues et champignons vite et efficacement quand une certaine concentration est atteinte et que l'on évalue a environ 0,2 à 1 PPM (partie par million) pour le cuivre et 10 PPB (partie par milliard) pour l'argent. Concrètement, le circuit d'eau d'un bassin tel qu'une piscine est essentiellement un circuit fermé avec recyclage total ou partiel de l'eau extraite. L'alimentation en eau pure comprend une arrivée complexe qui sera décrite ci-après, une pompe de mise en mouvement, un filtre et au moins une arrivée débouchant dans le bassin, généralement sous sa surface mais que l'on peut aussi réaliser par chute, notamment sous forme d'une cascade par exemple. L'arrivée est dite "complexe" parce qu'elle comporte au moins trois conduits distincts : un conduit provenant d'une bonde située au fond du bassin, un conduit provenant d'au moins une bonde (généralement appelée "skimmer") située au bord du bassin, à la manière d'un trop-plein et un conduit provenant d'une source extérieure. Le procédé électrophysique est appliqué en aval de la pompe et en amont du filtre pour provoquer la floculation des matières en suspension, la Invention des flocs par le filtre et la destruction des micro-organismes créateurs d'algues et de mousses. Sur un conduit qui relie ces deux organes, on intercale un vase d'ionisation dans lequel se trouvent les électrodes qui sont "léchées" par l'eau en mouvement, laquelle se charge d'ions métal dégagés sous l'effet du courant électrique continu basse tension conduit aux électrodes par des fils isolés reliant lesdites électrodes à une alimentation située dans un boîtier. Les installations de ce type qui existent actuellement ne donnent pas entière satisfaction pour les raisons suivantes L'eau emportant les ions métal arrachés aux électrodes, celles-ci s'usent et doivent être remplacées régulièrement. Or, cette usure a pour conséquence d'augmenter corrélativement la distance qui les sépare. Il en résulte une augmentation régulière, de nature exponentielle, de la résistance électrique considérée entre les électrodes. En outre, même si l'on prend soin d'inverser régulièrement la polarité des électrodes, il se produit des effets d'entartrage et d'encrassage qui troublent le fonctionnement normal et régulier du système. La surveillance de l'état des électrodes est donc une sujétion qui s'impose à l'utilisateur et qu'il ressent comme d'autant plus pénible que l'accès aux électrodes est plus difficile : accès visuel pour leur vérification et accès physique pour leur remplacement ou pour le nettoyage du vase d'ionisation. Parallèlement, interviennent de manière tout à fait aléatoire les phénomènes rappelés ci-dessus (pluie, variations de température, orage, etc.) qui ont une influence directe sur la résistivité électrique de l'eau. La conjonction de ces deux facteurs est actuellement la cause d'importantes variations absolument incontrôlables de la concentration d'ions métal dans l'eau. Le dégagement d'ions anarchique déstabilise la concentration voulue (0,5 PPM pour l'ensemble des deux métaux) et peut conduire à des désagréments importants : taches noirâtres sur les parois du bassin quand il y a excès de cuivre, absence de sécurité, risque pathologique quand il y a carence d'ions. La présente invention remédie à tous les inconvénients cidessus en permettant au système de s'adapter à tous les changements intervenant dans les conditions d'emploi et en procurant à l'usager un très grand confort physique et moral : surveillance réduite à l'ex- trême, sécurité de fonctionnement, facilité de maintenance, suppression de tous produits chimiques, exceptionnelle qualité de l'eau assurée constamment, maintien des conditions optimum même en cas d'absence prolongée, etc. A cette fin, l'invention a pour objet un dispositif de traitement permanent d'un liquide tel que de l'eau en vue de sa purification par émission in situ d'ions métal à partir d'électrodes plongées dans un courant de ce liquide et portées à des potentiels électriques différents, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un vase d'ionisation pour au moins trois électrodes. Selon d'autres caractéristiques de ce dispositif il comporte au moins un vase d'ionisation pour un nombre impair d'électrodes; les électrodes sont disposées selon une seule ligne; les électrodes sont disposées aux sommets d'un polygone virtuel; les électrodes sont disposées en quinconce selon au moins deux lignes paralèles; ~ les électrodes sont disposées selon un parallélogramme virtuel. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée ci-après faite en référence au dessin annexé. Bien entendu, la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La figure 1 est un schéma illustrant le phénomène d'ionisa tion d'un liquide à partir de deux électrodes habituelles, selon l'état de la technique. La figure 2 est un schéma illustrant l'émission d'ions avec deux électrodes habituelles, selon l'état de la technique. La figure 3 est un schéma illustrant l'émission d'ions avec quatre électrodes habituelles, selon l'état de la technique. Les figures 4 à 9 sont des schémas illustrant l'émission d'ions avec des électrodes disposées conformément à l'invention, selon plusieurs variantes. Traditionnnellement, les électrodes utilisées pour l'ionisation de liquides sont cylindriques et placées en lignes. Or, une observation attentive du phénomène d'émission des ions a conduit l'inventeur à des constatations surprenantes, permettant de parvenir à des perfectionnements importants. En se reportant aux figures 1 et 2, on voit deux électrodes classiques A et B cuivre-argent plongées dans de l'eau. L'électrode h est positive, c'est une anode. L'électrode B est négative, c'est une cathode. Après inversion de polarité (par exemple toutes les sept minutes), l'électrode A sera une cathode négative et l'électrode B sera une anode positive. Les explications ci-après sont bien entendu valables mutatis mutandis pour une polarité inverse. L'anode positive A émet des ions C par arrachement dû au champ électrique créé par le passage du courant dans le milieu conduc teur séparant les électrodes. Ces ions ne se dirigent pas directement vers la cathode négative B car le phénomène est assez complexe et on a schématisé sur la figure 5 les combinaisons qui se produisent, combi naisons que l'on a déjà évoqué plus haut. Bien que la cathode ne soit pas totalement "inactive", on peut admettre, pour la démonstration, que le schéma de la figure 2 est proche de la réalité. On a figuré par des flêches l'émission des ions C et bien que l'émission ne soit pas strictement limitée au demi-périmètre de l'anode A, on comprend que deux électrodes ne peuvent créer qu'un seul champ électrique générant une certaine émission à partir de l'anode et aucune émission à partir de la cathode. Par convention on admet ici qu'un système à deux électrodes a une "efficacité" d'arrachement d'ions de 0,5. Lorsque l'on a besoin d'une émission d'ions plus importante, c'est-à-dire quand on doit réaliser une installation pour un bassin de grand volume, on utilise quatre électrodes à polarité alternée (et bien entendu inversée périodiquement), comme cela est représenté sur la figure 3. Selon la convention énoncée ci-dessus, un tel système à une efficacité de 1,5, soit trois fois plus importante que celle d'un système à deux électrodes. En effet, l'anode E émet selon toute sa surface, d'une part vers la cathode D et d'autre part vers la cathode F pendant que l'anode G émet vers la cathode F. On peut, ainsi, réaliser des systèmes à quatre, six, huit, dix électrodes, etc. On peut ainsi dresser le tableau ci-après Nombre Efficacité d'électrodes d'arrachement 2 0,5 4 1,5 6 2,5 8 3,5 10 4,5 12 5,5 14 6,5 etc. etc. On remarque tout de suite que l'efficacité différentielle va en diminuant et qu'elle est maximale entre les systèmes a deux et à quatre électrodes (300 X). Or, en ce qui concerne les piscines, 35 X d'entre elles ont un volume de 5 à 70 m3 pour lesquelles il faut un système à deux électrodes; 50 X ont un volume de 70 à 100 m3 pour lesquelles il faut un système a quatre électrodes. En d'autres termes, 85 X des piscines doivent être équipées avec un système soit à deux, soit à quatre électrodes, Le saut brusque d'efficacité a pour conséquence que beaucoup de piscines sont "sous ionisées" et d'autres sont "sur ionisées". Exemple : pour ioniser une piscine de 40 à 70 m3 avec deux électrodes, il faut plus de deux semaines et parfois un mois en adoptant une ionisation permanente jour et nuit en vue d'obtenir une concentration de 0,5 PPM de cuivre pour une eau normalement conductrice. Pendant une période aussi longue, il est indispensable de compenser l'insuffisance de protection par l'emploi de produits chimiques (essentiellement du chlore). Avec une eau dite "douce" c'est-àdire à moyenne concentration en sels minéraux (souvent du carbonate de calcium), il faut plus d'un mois pour obtenir difficilement 0,3 PPM d'ions cuivre. Avec une eau très doucie', c'est-à-dire à faible concentration (moins de 0,6 gramme par litre) en sels minéraux, il est pratiquement impossible d'obtenir une concentration discernable. Autre exemple avec une piscine de 70 à 90 m3 nécessitant quatre électrodes : en un ou deux jours, suivant la minéralité de l'eau, la concentration en cuivre atteint 0,8, voire 1 ou 1,5 PPM au lieu de 0,5. Il faut compter deux semaines pour faire baisser cette concentration, ce qui signifie qu'il faut arrêter l'installation, situation incompréhensible et inquiétante pour un utilisateur d'attention moyenne à qui on llimpose à chaque remise en route (chaque printemps par exemple). On vient de montrer que les connaissances actuelles de l'homme de métier ne lui permettent pas d'obtenir une adéquation convenable d'un système d'ionisation et d'une piscine pour toute la gamme des capacités rencontrées couramment. Conformément à l'invention, on utilise un système à trois électrodes, groupées soit comme indiqué sur la figure 8, soit comme indiqué sur la figure 9. Sur la figure 4, les trois électrodes 250, 251 et 252 sont respectivement une cathode (-), une anode (+) et une autre cathode (-). Ainsi, l'anode 251 émet à la fois vers la cathode 250 et vers la cathode 252, soit une efficacité de 1 selon la convention ci-dessus. Il en est de même avec le cas de la figure 5 mais on a observé, sans pouvoir l'expliquer tout à fait, que la disposition de la figure 5, selon laquelle les électrodes sont placées aux sommets d'un triangle équilatéral virtuel, procure une ionisation particulièrement régulière et constitue une solution privilégiée. Après inversion des polarités, on aura une anode 250, une cathode 251 et une autre anode 252 ce qui procurera encore une efficacite de 1 puisque les deux "demi" anodes émettront ensemble vers la cathode unique. On a alors poursuivi les études des systèmes à nombre impair d'électrodes pour s'apercevoir que leur rendement est bien meilleur que celui des systèmes à nombre d'électrodes pair. Sur la figure 6, par exemple, on voit un système à cinq électrodes en lignes 253, 254, 255, 256 et 257. On comprend que les deux anodes 254 et 256 émettent vers les cathodes 253, 255 et 257, soit une efficacité de 2 qui demeurera après inversion de polarité puisque l'on aura une anode 255 à efficacité 1 et de "demi" anodes 253 et 257 qui donnent ensemble une efficacité de 1, soit 2 au total. On a groupé les cinq électrodes 253 à 257 selon un trapèze, c'est-a-dire aux cinq sommets de deux triangles ayant un sommet commun, triangles virtuels et indiqués en trait mixte sur la figure 7. Le résultat est moins bon qu'avec l'alignement de la figure 6 car si on établit leur polarité comme indiqué sur cette figure, on a deux cathodes 253 et 255 et trois anodes 254, 256 et 258 et l'on voit que l'on a deux anodes voisines : 254 et 258. On ré-équilibre le système en ajoutant une sixième électrode 259 à polarité négative de cathode pour aboutir, finalement, à une disposition de six électrodes (nombre pair) selon deux lignes et en quinconces, l'ensemble ayant en plan la forme d'un parallélogramme. On voit qu'avec la polarité indiquée, l'anode 254 émet vers trois cathodes 253, 259 et 255 et les anodes 255 et 258 respectivement vers les cathodes 253-255 et 255-259. L'inversion de polarité conserve exactement la méme efficacité d'arrachement d'ions. En groupant les électrodes en nombre impair au lieu des les grouper en nombre pair comme cela est le cas jusqu't aujourd'hui, on obtient une bien meilleure répartition d'efficacité puisque leurs valeurs différentielles sont plus régulières Nombre Efficacité d'électrodes d'arrachement 3 1 5 2 7 3 9 4 11 5 13 6 etc. etc. Si l'on compare les dispositions des figures 6 et 7 d'une part et les tableaux d'efficacité avec électrodes en nombre pair et en nombre impair, on voit que, finalement, l'invention a deux modes de réalisation essentiels : ou bien le nombre d'électrodes est impair et il est préférable de les placer en ligne, sauf dans le cas exceptionnel où le nombre d'électrodes est de trois, auquel cas on préférera la disposition en triangle de la figure 5; ou bien on désire placer les électrodes autrement qu'en ligne et, par exemple, sur au moins deux lignes, selon un cercle, selon un polygone etc. auquel cas il est meilleur d'adopter un nombre d'électrodes pair. Cela apparaît bien sur la figure 8 qui représente le cas où quatre électrodes (nombre pair) 260, 261, 262 et 263 sont placées aux quatre angles d'un carré virtuel. Les flêches montrent que les deux anodes 261 et 262 émettent vers les deux cathodes 260 et 263 donnant ainsi au système une efficacité de 2 alors que la disposition classique en ligne (voir tableau des nombres pairs) donne une efficacité de 1,5 pour quatre électrodes. Sur la figure 9, on a représenté un système à six électrodes (nombre pair) 270, 271, 272, 273, 274 et 275 sont placées en deux lignes mais pas en quinconce, contrairement au cas de la figure 11. L'expérience montre que cette disposition a un rendement un peu inférieur à celui du même système avec électrodes en quinconce, probablement en raison du fait que le champ électrique est plus dispersé avec la disposition de la figure 9. Les systèmes à nombre d'électrodes impair donnent une solution beaucoup plus souple au problème de l'adaptation d'une installation conforme à l'invention à des bassins de différentes capacités. Pour les faibles volumes (moins de 70 m3) leur efficacité est parfaite, l'ionisation est atteinte rapidement, même en eau "douce" et "très douce", ce qui est une performance jamais atteinte à ce jour. A partir de 70 m3, on économise une électrode tout en ayant une meilleure ionisation grâce au bon équilibre des émissions d'ions. On peut disposer les électrodes en cercle (c'est-à-dire selon un polygone virtuel) et en prévoir au moins une autre à l'intérieur du cercle. Généralement, on prévoit un écartement de quarante millimètres entre les axes des électrodes, lesquelles ont actuellement un diamètre de vingt millimètres, ce qui donne un écartement minimum lorsque les électrodes sont neuves de vingt millimètres mesurés linéairement de surface à surface. Il faut remplacer les électrodes quand leur diamètre n'est plus que de cinq millimètres environ, leur écartement étant alors d'environ trente cinq millimètres, ce qui est presque le double de l'écartement d'origine. REVENDICATIONS 1- Dispositif de traitement permanent d'un liquide tel que de l'eau en vue de sa purification par émission in situ d'ions métal à partir d'électrodes plongées dans un courant de ce liquide et portées à des potentiels électriques différents, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un vase d'ionisation pour au moins trois électrodes (250-251-252). 2- Dispositif selon la revendication t, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un vase d'ionisation pour un nombre impair d'électrodes (250-251-252, 253-254-255-256-257). 3- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (250-251-252 et 253 à 257) sont disposées selon une seule ligne. 4- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (250-251-252 et 253-254-255-259-256-255-258 et 260-261262-263 et 270-271-272-273-274-2753 sont disposées aux sommets d'un polygone virtuel. 5- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (253-254-259-256-255-258) sont disposées en quinconce selon au moins deux lignes paralèles. 6- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (260-261-262-263 et 270 à 275) sont disposées selon un parallélogramme virtuel.