Brevet FR2784674A1 — publié le 20000421

La présente invention a pour objet un dispositif d'épuration de fluide par impulsions photoniques. Il est en particulier destiné au traitement de l'eau en général, aussi bien de l'eau destinée à un réseau de distribution, de rejet ou de consommation, que de l'eau contenue dans des réservoirs ou des bassins tels que ceux destinés à la pisciculture. Le fluide traité peut cependant tre un gaz tel que l'air ou un liquide autre que l'eau. Les polluants chimiques ou organiques présents dans un fluide peuvent tre éliminés au sens d'une épuration, soit par des procédés passifs de type filtration, soit par des procédés actifs mettant en jeu des technologies visant à transformer les polluants en produits neutres. On peut distinguer quatre grandes familles de procédés actifs : -Les procédés chimiques, consistant en une addition de composés venant fixer les polluants (chloration de l'eau par exemple). -Les procédés thermiques, qui relèvent de la pasteurisation imposant une durée déterminée d'exposition à une température et une pression données. -Les procédés organiques, caractérisés par la mise en oeuvre, dans le milieu pollué, d'organismes produisant une digestion des polluants. -Les procédés photoniques basés sur les effets photo-biologiques de la lumière, incluant la lumière visible (380-780 nanomètres), la lumière presque ultra-violette (300-380 nm) et la lumière fortement ultra-violette (190-300 nm). Les procédés photoniques ont été étudiés pendant de nombreuses années et des efforts ont été réalisés pour appliquer ce principe à l'épuration ou à la stérilisation de l'eau ou d'autres cibles. Par exemple, le brevet US N 2 072 417 décrit l'irradiation de substances telles que le lait, avec des rayons actifs de type UV, le brevet US N 3 817 703 décrit la stérilisation d'un matériel au moyen d'une lumière laser pulsée et le brevet US N 3 941 670 fait état d'une méthode de stérilisation des matériels, ainsi que des produits alimentaires, en les exposant à un rayonnement laser pour désactiver les micro-organismes, le brevet FR N 2 482 459 concerne un système de stérilisation des couches épaisses d'"aspergillus niger" utilisant une ampoule de type"flash"contenant un gaz rare émettant intensément dans la gamme de radiations ultra-violettes. Cette méthode s'est avérée plus efficace que celles utilisant une lampe de stérilisationà émission continue du type à vapeur de mercure. Ces techniques présentent cependant des insuffisances, en particulier une capacité de débit limitée, une conversion d'énergie inefficace (de l'électricité à la lumière), et un couplage photonique de la partie utile de la lumière à la cible non optimal. L'objectif de la présente invention est de proposer un dispositif d'épuration de fluide permettant d'obtenir des gains importants en rendement de puissance consommée, et de passer des débits importants dans un dispositif très compact. Il est constitué d'une lampe impulsionnelle au Xénon de forme hélicoïdale à une ou plusieurs spires émettant un rayonnement photonique allant du bas ultraviolet à l'infrarouge sans discontinuité, et montée sur un tube cylindrique en quartz dans lequel passe le fluide à traiter, cette lampe étant éventuellement associée à une lampe longitudinale de mme type immergée au centre du tube, l'ensemble étant disposé dans une enceinte dont les parois internes réfléchissent les rayonnements ultra-violets. Sur les dessins schématiques annexés, donnésà titre d'exemples non limitatifs de formes de réalisation de l'objet de l'invention : la figure 1 représente le système dans son ensemble, la figure 2 est une coupe axiale agrandie de l'enceinte, la figure 3 représente dans les mmes conditions une variante d'exécution comportant une lampe d'irradiation immergée et une hélice destinée à rendre cyclonique le flux du fluide traité et les figures 4 et 5 sont des coupes longitudinales de deux variantes de réalisation de tubes de passage du fluide. Le dispositif, figures 1 à 3, est constitué d'une enceinte 1 formant la cellule de traitement et d'un module d'alimentation électrique 2. L'enceinte 1 est traversée par la canalisation 3 dans laquelle passe le fluide à traiter et contient la ou les lampes d'irradiation 4,5. Cette enceinte, de préférence cylindrique, sera constituée, ou revtue sur la face interne 6 de sa paroi, d'un matériau de nature à favoriser la réflexion de la gamme de longueur d'onde comprise dans la gamme des rayonnements ultraviolets (UV). Il s'agira avantageusement d'un aluminium pur, dont la couche d'oxyde présente un taux de réflexion des UV proche de 80 %. Le rayonnement photonique est obtenu au moyen d'au moins une lampe hélicoïdale 1 à irradiation concentrique montée sur un tube cylindrique 7 dans lequel passe le fluide cible, et réalisé en quartz transparent aux longueurs d'onde souhaitées pour le traitement visé. Ce principe permet des gains importants en rendement de puissance consommée et permet de passer des débits importants dans un dispositif très compact. Le principe d'irradiation concentrique offert par la disposition hélicoïdale de la ou des lampes permet toutes options en matière de couplage photonique. Il est en effet possible, suivant le coefficient d'extinction dû à l'absorption du rayonnement par le fluide cible, de compenser la perte par une irradiation supplémentaire fournie par une lampe complémentaire 5 immergée au centre du tube 7 de quartz. Cette lampe, à émission excentrique, permet alors une augmentation d'environ 65 % du débit admissible à traitement équivalent (épaisseur du fluide traversé augmenté d'environ 30 %). Sur la figure 4, le tube 7 de passage du fluide se présente sous la forme d'un tronçon de faible longueur et de fort diamètre par rapport à celui de la canalisation 3. Cette configuration permet un fort ralentissement du fluide du fait de l'importante section de la zone de traitement sans nécessiter une lampe 4 de longueur importante, ladite lampe pouvant avantageusement tre mono-spire. L'intért majeur de cette disposition est d'augmenter le temps de présence d'un volume unitaire de fluide en regard de l'irradiation photonique. Le tube 7 comporte une entrée centrale et des sorties périphériques de manière à ce que le parcours du fluide se fasse du centre vers l'extérieur, donc des énergies surfaciques les plus élevées vers les plus faibles, à la périphérie. Les sections équivalentes d'entrée et de sortie seront constituées d'une multitude de trous favorisant la turbulence et la maîtrise du parcours moyen de chaque volume élémentaire de fluide. En plus du tube central 7, le dispositif peut comporter un tube périphérique 8 de passage du fluide, externe à la lampe 4 et dont le rôle est de permettre une augmentation de section de passage de l'ordre de 25 % et donc une augmentation de débit d'environ 50 % (figure 5). La ou les lampes 4,5 sont des lampes de type "flash"au xénon émettant une lumière impulsionnelle s'étalant sur un spectre allant du bas UV au visible, et offrant un rendement extrmement favorable dans la conversion énergétique de l'électricité à l'optique. L'effet épurateur est alors obtenu par l'émission UV (germicide) complétée par la densité énergétique visible générant une onde de choc liée à la détente de la décharge photonique. La concentration de ce flash sur une durée allant de 100 microsecondes à 100 millisecondes offre une densité d'énergie photonique permettant de traverser une couche de fluide compatible d'une part avec les débits à traiter et, d'autre part, avec leur teneur en particules solides en suspension définie comme étant une turbidité moyenne. La morphologie électrique de l'impulsion de courant générant chaque flash est telle qu'elle permet un rendement entre 2 et 15 % dans le spectre dit germicide, qui est le spectre d'absorption de l'ADN, centré sur la longueur d'onde de 257 nanomètres. Lors de la génération de l'impulsion de courant sont systématiquement mesurées et contrôlées des valeurs telles que l'impédance caractéristique de la lampe comme valeur significative de vieillissement ou de défaut. Ces informations pouvant tre exploitées comme tout signal fourni à un automate externe. Le contrôle du vieillissement de la ou des lampe (s) pourra tre complété par un capteur 9 de type diode UV intégré dans la paroi de l'enceinte 1. Dans le cas d'une lampe périphérique 4 multispires, afin de rendre cyclonique la nature du flux traversant le dispositif d'épuration, celui-ci pourra avantageusement comporter une hélice 10 immergée dans la conduite d'amenée. Cet effet de giration du flux dans la cellule de façon turbulente apporte une augmentation de l'efficacité de traitement du fait que l'on peut alors considérer que toute particule cible passe au moins une fois au plus près de la ou des lampe (s), et que le parcours moyen d'un volume élémentaire est sensiblement allongé augmentant ainsi le temps de présence et en favorisant la dose de rayonnement intégrée. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 1 . Dispositif d'épuration de fluide par impulsions photoniques, destiné en particulier au traitement de l'eau, mais utilisable pour un gaz ou un liquide autre que l'eau, caractérisé par la combinaison d'une lampe impulsionnelle à irradiation concentrique (4) de forme hélicoïdale à une ou plusieurs spires émettant un rayonnement photonique allant du bas à l'infrarouge sans discontinuité, et montée sur un tube central (7) en quartz dans lequel passe le à traiter, l'ensemble étant disposé dans une enceinte (1) comportant des parois internes (6) favorisant la réflexion de la gamme de longueur d'onde comprise dans la gamme des rayonnements ultraviolets. 2 . Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que la lampe hélicoïdale (4) est associée à une lampe longitudinale (5) de mme type immergée dans le fluide au centre du tube central (7). 3 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la ou les lampe (s) (4,5) sont des lampes de type "flash"au xénon. 4 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'impulsion de courant générant chaque flash émis par la ou les lampe (s) (4,5) est telle qu'elle permet un rendement de 2 à 15 % à la longueur d'onde de 257 nanomètres. 5 . Dispositif selon la revendication 4, se caractérisant par le fait que la durée de chaque flash émis par la ou les lampe (s) (4,5) a une durée comprise entre 100 microsecondes et 100 millisecondes. 6 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le tube central (7) de passage du fluide se présente sous la forme d'un tronçon de faible longueur et de fort diamètre par rapport à celui de la canalisation (3), ledit tube comportant une entrée centrale et des sorties périphériques de manière à ce que le parcours du fluide se fasse du centre vers l'extérieur, les sections équivalentes d'entrée et de sortie étant constituées d'une multitude de trous favorisant la turbulence de chaque volume élémentaire de fluide. 7 . Dispositif selon la revendication 6, se caractérisant par le fait qu'il comporte, en plus du tube central (7), un tube périphérique (8) de passage du fluide, externe à la lampe hélicoïdale (4) et déterminé pour permettre une augmentation de section de passage de l'ordre de 25 % et donc une augmentation de débit d'environ 50 %. 8 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'enceinte (1) est réalisée dans un aluminium pur, dont la couche d'oxyde présente un taux de réflexion des rayons ultra-violets voisin de 80 %. 9 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'un capteur (8) de type diode UV est intégré dans la paroi de l'enceinte (1) de manière à permettre le contrôle du vieillissement de la ou des lampe (s) (4,5). 10 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la conduite d'amenée du fluide comporte une hélice (10) immergée apte à rendre le flux dudit fluide cyclonique et turbulent.