PROCEDE ET DISPOSITIF DESTINES A CREER DES CHAMPS ELECTRIQUES BASSE TENSION DANS DES SOLUTIONS AQUEUSES

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SOLUTIONSAQUEUSES.

La présente invention concerne un procédé et dispositif permettant de créer des champs électriques basse tension dans les solutions aqueuses minéralisées.

On sait que si on applique un champ électrique entre au moins deux électrodes mises au contact d'une solution aqueuse minéralisée, donc de conductivité élevée, il se forme presque immédiatement des déplacements de charges électriques au sein du liquide, qui s'opposent très rapidement à la pénétration du champ électrique dans le milieu et une conduction ionique apparaît. Le champ ne pénètre donc dans la solution aqueuse que pendant un temps très court après la mise sous tension.

On sait également que la conductivité des solutions aqueuses minéralisées est élevée et que cela se traduit par le fait que le temps durant lequel le champ électrique pénètre la solution aqueuse est excessivement court.

Pour permettre la propagation de champs électriques dans les solutions aqueuses minéralisées, on utilise traditionnellement des champs de hautes fréquences faisant appel à des électrodes isolées. Or en raison des problèmes de fabrication il est extrêmement difficile de réaliser des isolants de très faible épaisseur, si bien que l'on est obligé d'utiliser des champs de haute tension.

Par ailleurs on sait que, pour provoquer un échauffement des solutions aqueuses, on utilise des micro-ondes qui génèrent des agitations extrêmement rapides des molécules d'eau (four à micro-ondes). Les micro-ondes sont générées par de très hautes fréquences, ce qui implique qu'elles ne peuvent provoquer des déplacements de charges ioniques dans la solution mais uniquement des phénomènes d'agitation au niveau de certaines molécules.

Les systèmes utilisant des électrodes isolées sont utilisés pour provoquer des réactions catalytiques permettant divers traitements des solutions aqueuses. Cependant, ces techniques sont difficiles à mettre en oeuvre, onéreuses et n'utilisent, du fait de la haute tension, que des champs continus lorsqu'une seule électrode est isolée. Il faut entendre comme une seule électrode le fait que seule la (ou les) cathode(s) est isolée alors que l'anode est conductrice ou, inversement, que la (ou les) anode(s) est isolée alors que la cathode est conductrice.

Les techniques traditionnellement utilisées et décrites ci-dessus ont donc de fortes limites d'utilisation : les systèmes à micro-ondes ne peuvent être employés que pour chauffer les solutions aqueuses, les systèmes à électrodes isolées ne peuvent être employés qu'avec des hautes tensions, ce qui oblige à isoler toutes les électrodes en cas de champs alternatifs et de n'utiliser que des champs continus dans le cas où l'une au moins des électrodes n'est pas isolée.

La présente invention a pour but de proposer un dispositif de production d'un champ électrique qui permet de générer, au sein d'une solution aqueuse, soit un champ électrique basse tension continue soit un champ électrique basse tension et basse fréquence et, enfin, soit un champ électrique basse tension et haute fréquence.

La présente invention a ainsi pour objet un dispositif pour la production d'un champ électrique basse tension dans des solutions aqueuses minéralisées, comprenant au moins deux électrodes, à savoir au moins une anode et au moins une cathode, alimentées par une source de courant électrique et immergées dans ladite solution, caractérisé en ce que l'anode est constituée d'un élément conducteur électrique recouvert d'au moins un oxyde de titane.

Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention l'élément conducteur est constitué de titane.

La présente invention a également pour objet un procédé de production d'un champ électrique basse tension dans des solutions aqueuses minéralisées, du type dans lequel on utilise au moins deux électrodes, à savoir au moins une anode et au moins une cathode, qui sont alimentées par une source de courant électrique et qui sont immergées dans ladite solution, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préliminaire dans laquelle on utilise, en tant qu'anode provisoire, un élément de titane, de façon à recouvrir cet élément d'un film adhérent d'au moins un oxyde de titane, et que l'on utilise ensuite l'élément de titane recouvert dudit oxyde en tant qu'anode définitive. Suivant les utilisations souhaitées du dispositif objet de l'invention le générateur de tension peut générer une tension continue, une tension continue à laquelle des impulsions sont superposées à l'anode, une tension alternative ou une tension continue à laquelle est superposée une tension alternative à l'anode. Les schémas des spectres électriques ci-après correspondent respectivement aux différentes tensions d'alimentation ci-dessus énumérées : a) une tension continue (fig la). b) une tension continue et des impulsions positives (fig lb). c) une tension alternative (fig le), d) une tension continue positive à laquelle on superpose une tension alternative (fig ld).

Le demandeur a constaté que les fréquences des impulsions ou des champs alternatifs doivent se situer, préferentiellement dans une plage de fréquences comprise entre 10 et 200 Hertz au regard du comportement particulier de l'oxyde de titane, dans le cas où l'on cherche à provoquer des phénomènes de polarisation ionique au sein de la solution et, dans le domaine de la très haute fréquence dans le cas où l'on cherche à chauffer la solution aqueuse. Le demandeur a également établi qu'il était préférable d'appliquer entre l'anode et la cathode une différence de potentiel maximale de 50 volts. Toujours au regard du comportement particulier de l'oxyde de titane il est intéressant de relier la borne négative de la source de courant électrique, et donc la cathode du dispositif, à la masse, ou de l'utiliser comme masse flottante ce qui signifie que le potentiel de la cathode ne doit sensiblement pas varier lors de la mise sous tension.

Un moyen intéressant pour obtenir un revêtement fin d'oxyde de titane sur l'anode consiste à immerger un élément de titane (anode provisoire) dans une solution aqueuse minéralisée, et à appliquer audit élément une tension positive, variable ou non. Au contact de la solution aqueuse minéralisée, le titane est soumis à une tension positive face à une cathode immergée dans la même solution aqueuse, il s'oxyde rapidement. Le produit d'oxydation à savoir un ou des oxydes de titane adhère sur la surface immergée du titane sous la forme d'un film mince, le courant passant initialement dans la solution par conduction ionique (à la mise sous tension), puis chutant très rapidement ensuite, ce qui signifie que ce produit d'oxydation adhérant à la surface de l'anode constitue un élément diélectrique.

Les oxydes de titane se créent ainsi naturellement par réaction électrochimique à la surface immergée de l'anode. Les essais effectués par le demandeur donnent, pour ces oxydes, des caractéristiques diélectriques pouvant atteindre les valeurs suivantes : constante diélectrique : 3 à 200 résistance spécifique : 10° àl0 ¹⁵ -*vc_m angle de perte : 10 x 10~ ⁴ rigidité diélectrique :2rl,5 à 8kV/mm

De telles caractéristiques témoignent d'une excellente qualité isolante et, à une tension inférieure ou égale à 50 volts, et d'une fréquence inférieure à 100 Hertz jusqu'à une très haute fréquence, les oxydes de titane formés à la surface de l'anode présentent une excellente stabilité, si bien que quelques microns d'épaisseurs de ce diélectrique formé sur la surface de l'anode suffisent à diminuer fortement le passage des charges électriques entre l'électrode et la solution aqueuse.

Le demandeur à établi que la densité surfacique de courant anodique était, pour des eaux froides potables, inférieure à 5 mA/cm2 pour une tension puisée de l'ordre de 40 volts.

Le dispositif formée par l'ensemble constitué de la cathode, de la solution aqueuse, et de l'anode constitue un ensemble de condensateurs en série, celui dont la capacité est la plus importante étant le condensateur formé entre la solution aqueuse minéralisée, le diélectrique constitué par la couche d'oxydes de titane et l'anode en titane. Un tel dispositif permet de générer, au sein de la solution, des champs électriques continus, puisés, alternatifs ou polarisés et alternatifs superposés suivant le mode d'alimentation électrique choisi. Les applications d'un tel dispositif sont très nombreuses elles sont notamment : dans le cas de champs continus : le traitement antitartre de l'eau par germination catalytique du carbonate de calcium, dans le cas de champs variables : le traitement algicide et bactéricide des eaux, le détartrage et le nettoyage des parois métalliques lorsqu'elles sont utilisées comme cathodes dans le dispositif, le détartrage et le nettoyage des tamis de filtre et membranes de filtration lorsque ceux-ci sont disposés entre au moins une anode et au moins une cathode, l'homogénéisation et la cristallisation de certaines suspensions en solutions aqueuses, la β précipitation par électrofloculation de certaines suspensions en solution aqueuses, le réchauffement de celles-ci par excitation des molécules d'eau,

- dans le cas des champs variables puisés : outre les applications ci-dessus citées, le fait de générer des champs variables puisés entre l'anode et une paroi métallique utilisée comme cathode dans une même solution aqueuse, permet de neutraliser immédiatement les phénomènes de corrosion et/ou d'entartrage existant sur ladite paroi.

On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel :

Les figures la à ld sont des représentations graphiques des principaux types de tensions appliquées à l'anode par rapport à la cathode prise comme électrode de référence.

La figure 2 est une représentation schématique d'un mode de mise en oeuvre de l'invention. On a ainsi représenté sur la figure 2 un exemple de mise en oeuvre de l'invention dans lequel on a placé une anode constituée d'un matériau conducteur du courant électrique recouvert d'une mince couche d'oxyde de titane au sein d'un ballon métallique. Cet exemple correspond particulièrement à une protection contre la corrosion dudit ballon ainsi qu'à une protection antitartre, bactéricide et algicide. Le dispositif objet de l'invention, tel que représenté sur la figure 1, se compose d'un ballon métallique 1 rempli d'une solution aqueuse minéralisée 2. A sa partie supérieure, le ballon 1 est percé et équipé d'un bouchon étanche 3 réalisé dans un matériau isolant électriquement, ce bouchon étant traversé par une anode 4 qui est disposée verticalement au centre du ballon 1 et qui est immergée dans la solution aqueuse minéralisée 2 sans aucun contact avec les parois du ballon 1 autre que par l'intermédiaire de la solution aqueuse 2.

L'extrémité externe de l'anode 4 est reliée, par un conducteur 7a, à la borne positive 7 d'une source de courant électrique constituée d'un générateur 5 au travers d'un interrupteur 6. Le corps métallique du ballon 1 est relié à la borne négative 8 du générateur 5 par un conducteur 8a, si bien qu'il constitue la cathode du dispositif. Le ballon 1 est relié à la terre 9. Dans le dispositif décrit, le générateur 5 est prévu pour délivrer une tension continue de 1 volt entre l'anode 4 et la cathode 1 à laquelle est superposée un train d'impulsions rectangulaires positives de 40 volts, de façon que la tension efficace entre l'anode 4 et la cathode 1 soit régulée à une valeur de 3 volts. Les impulsions positives sont délivrées avec une fréquence de 25 Hertz. Un tel dispositif a été utilisé avec succès par le demandeur pour arrêter une corrosion et un entartrage déjà avancés d'un ballon 1. Ainsi pour ce faire, après la mise en oeuvre du dispositif et du procédé suivant l'invention, on a observé un nettoyage des parois du ballon 1 en contact avec la solution aqueuse minéralisée 2 ainsi qu'une baisse sensible du pouvoir entartrant de celle-ci. La chute du courant a été observée dans les minutes qui ont suivi la mise sous tension des électrodes 1 et 4. En fin d'expérience, l'anode 4 a été démontée et il a été observé la présence d'un film mince d'oxyde de titane sur toute la surface immergée de ladite anode 4.

L'expérience a été renouvelée sur différents sites avec différents types de tensions, continues, puisées ou alternatives, ainsi qu'avec des électrodes en cuivre recouvertes dès l'origine d'oxyde de titane, et l'on a pu observer dans tous les cas les résultats escomptés. Le dispositif suivant l'invention permet également, en disposant de part et d'autre d'une membrane de filtration une anode revêtue d'au moins un oxyde métallique isolant, tel qu'un oxyde de titane, et une cathode alimentée par une tension électrique puisée, suivant l'objet de l'invention, de nettoyer et détartrer la membrane progressivement sous l'action du champ électrique puisé produit. Enfin, le demandeur a établi d'une part qu'un champ électrique puisé entre au moins deux électrodes, mis en oeuvre suivant l'objet de l'invention, constituait une barrière efficace pour empêcher le passage entre les deux électrodes d'organismes vivants et, d'autre part, qu'il était possible de détecter un tel passage par la variation de tension générée par ledit passage de l'organisme entre lesdites électrodes. Un tel dispositif peut donc être utilisé en pisciculture et en protection.

La présente invention peut également être mise en oeuvre en faisant appel à des anodes constituées d'un matériau conducteur, qui sont recouvertes, de fabrication, d'au moins un oxyde de titane.