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Des métaux tels que le cuivre et l'argent peuvent être
utilisés pour la désinfection
de l'eau s'ils sont ionisés.
Quand le mécanisme de désinfection par le cuivre et l'argent
a-t-il été découvert?
Les recherches archéologiques montrent que les êtres humains utilisent
le cuivre depuis 11 000 ans et l'argent depuis 5 000 ans. Le cuivre
peut-être facilement extrait et utilisé. Il y a plus de 7 000 ans, les
humains développèrent un mécanisme d'extraction des minerais de
cuivre. L'empire Romain épuisa la plupart de ressources en cuivre de
Chypre, l'île qui donna son nom au cuivre.
De nos jours, le cuivre est principalement extrait des minerais sous
forme de cuprite (CuO2), tenorite (CuO), malachite (CuO3·Cu(OH)2),
chalcocite (Cu2S), covelite (CuS) et de bornite (Cu6FeS4).
De larges dépôts de minerais de cuivre ont été trouvés à travers
les Etats-Unis, le Chili, la Zambie, le Zaïre, le Pérou et le Canada.
L'argent peut être obtenu à partir de dépôts purs, ou de minerais
tels que l'argentite (Ag2S) et le chlorure d'argent (AgCl), ou
bien combiné avec des minerais qui contiennent du plomb, de l'or ou du
cuivre.
L'argent et le cuivre ont, tous les deux été utilisés depuis des
siècles en raison de leur vertus désinfectantes. Les Vikings
utilisaient des cordes de cuivre sur leurs bateaux afin de prévenir la
croissance des algues et des coquillage. Les bateaux modernes utilisent
toujours la même technologie.
La plupart des peintures protectrices contiennent du cuivre, ce qui a
pour effet de réduire le nombre d'espèces marines sur les parois du
bateaux. Grâce à cela les bateaux peuvent atteindre leur destination
plus rapidement.
Les nomades utilisaient des pièces en argent pour améliorer la
qualité de l'eau qu'ils buvaient. L'eau des puits contenant des pièces
en argent et en cuivre est très lumineuse en raison de l'effet
désinfectant de ces métaux.
Depuis 1869, des publications variées sont parues sur les propriétés
désinfectantes de l'argent. Certains villages européens et russes
utilisent le cuivre pour désinfecter l'eau destinée à la consommation
depuis de nombreuses années.
Le procédé d'ionisation cuivre-argent fut développé à la fois en
Europe et aux Etats-Unis dans les années 1950.
Figure 1: les Vikings utilisent des cordes en
cuivre pour prévenir la formation des algues sur les bateaux
Comment les ions cuivre-argent sont-ils produits?
L'ionisation cuivre-argent est provoqué par électrolyse. Un courant
électrique est créé à travers le système cuivre-argent, provoquant
la formation d'ions chargés positivement de cuivre et d'argent.
L'ionisation cuivre-argent se réfère à de la chimie basique: l'ion (un atome chargé électriquement) a une charge positive lorsqu'il cède
un électron et une charge négative lorsqu'il en intègre un. Un ion
chargé positivement est un cation et, un ion chargé négativement est
un anion. Pendant l'ionisation, l'atome devient cation ou anion.
Lorsqu'une ionisation cuivre-argent est appliquée, des ions
positivement chargés de cuivre (Cu+ et Cu2+)
et d'argent (Ag+) sont formés.
Les électrodes sont placées de manière à ce qu'elles soient proche
l'une de l'autre. Le flux d'eau à désinfecter passe par ces
électrodes. Un courant électrique est créé, provoquant la perte
progressive d'un électron des atomes externes de l'électrode et
ceux-ci devenant positivement chargé. La plus grande partie des ions
s'éloignent à travers l'eau, avant de retrouver l'électrode opposée.
Généralement, la quantité d'ions argent pour une quantité de cuivre
oscillent entre 0.15 et 0.4 ppm est environ entre 5 et 50 ppb.
La concentration en ions est déterminée par le débit d'eau. Le nombre
d'ions libérés augmente lorsque la charge électrique est plus
importante.
Lorsque les ions cuivres (Cu+) sont dissous dans l'eau, ils sont
immédiatement oxydés pour former des ions Cu2+. Le cuivre
peut être trouvé dans l'eau sous forme libre. Il est communément lié
aux particules d'eau. Les ions de cuivre (Cu+) sont instables
dans l'eau, a moins qu'un ligand stabilisant soit présent.
Quelles sont les application de l'ionisation cuivre-argent?
L'ionisation cuivre-argent est utilisée dans de nombreuses
applications. Cela devient populaire lorsque la NASA utilisa ce
procédé d'ionisation pour la production d'eau destinée à la
consommation à bord d'Apollo dans l'espace en 1960. Le générateur
d'ion utilisé était de la taille d'une boite d'allumettes.
En raison de l'ionisation cuivre-argent, l'eau destinée à la
consommation pouvait être produite dans l'espace sans utilisation de chlore.
Figure 2: la NASA utilisa les vols Apollo pour
l'une des premières ionisation cuivre-argent.
En Angleterre, l'ionisation cuivre-argent est appliquée
dans environ 120 hôpitaux de manière efficace pour la désinfection des
bactéries légionnelles.
Aux Etats-Unis, l'ionisation cuivre-argent est principalement utilisée
pour la désinfection des piscines. Le cuivre-argent est souvent
utilisé pour limiter les sous-produits créés par une désinfection au
chlore.
A cause de ces propriétés spécifiques, l'ionisation cuivre-argent est
très conseillée pour désinfecter les bassins de poissons.
L'ionisation cuivre-argent ne dépend pas des températures. Elle est
active dans la totalité du système d'eau.
L'ionisation cuivre-argent est utilisée par les entreprises de mise
d'eau en bouteille et celles qui recyclent l'eau à travers tous les
Etats-Unis.
Quel est le mécanisme de désinfection par ionisation cuivre-argent?
Les ions de cuivre électriquement chargés (Cu2+) dans l'eau
cherchent des particules de polarité opposée, telles que les
bactéries, les virus et les mycètes. Les ions cuivre chargés
positivement forment des composés électrostatiques avec les membranes
des cellules des microorganismes chargées négativement. Ces composés
modifient la perméabilité des membranes des cellules et font échouer la
prise nutritive des cellules. Les ions cuivre pénètrent à l'intérieur
des membranes des cellules et permettent la création d'une entrée pour
les ions argent (Ag+). Ceux-ci pénètrent le noyau du
microorganisme. Les ions argent s'assimilent à différentes parties de
la cellule, telles que l'ADN et l'ARN, les protéines cellulaires et les
enzymes respiratoires, provoquant l'immobilisation de tous les systèmes
de vie des cellules. Cela provoque en effet l'arrêt de la croissance et
de la division des cellules, causant donc l'arrêt de la multiplication
des bactéries et éventuellement leur mort. Les ions restent actifs
jusqu'à ce qu'ils soient absorbés par un microorganisme.
Quels sont les applications de la désinfection par ionisation
cuivre/argent?
Les piscines et la désinfection par ionisation cuivre-argent
Aux Etats-Unis, l'ionisation cuivre-argent est appliquée comme une
alternative à la désinfection au chlore. L'utilisation du chlore peut
ainsi être réduite de 80%. Cependant, un autre désinfectant doit
être ajouté en addition au cuivre-argent. C'est à cause du fait que
le cuivre-argent ne peut éliminer la matière organique, tels que les
tissus de la peau, les cheveux, l'urine de l'eau des piscines.
Les tours de refroidissement et la désinfection par ionisation
cuivre-argent
Les tours de refroidissement d'eau ont besoin de procédés de
désinfection pour empêcher le développement de microorganismes. Ceci
peut être provoqué par la combinaison d'une ionisation cuivre-argent
et une désinfection au chlore. Les concentrations en chlore alors
requises sont largement diminuées.
L'ionisation cuivre-argent peut aussi être utilisée pour tuer les
légionnelles dans les tours de refroidissement.
Légionnelles dans les hôpitaux et les maisons de repos et ionisation
cuivre/argent
L'ionisation cuivre-argent est appliquée dans les hôpitaux et les
maisons de repos pour empêcher la formation des légionelles. La
principale source de propagation des légionelles est le système d'eau
chaude. Les circonstances dans les systèmes d'eau chaude sont idéales
pour la croissance et la multiplication des légionelles. La contagion se
fait principalement par la vapeur des douches. L'ionisation
cuivre-argent permet de tuer la bactérie légionelle.
L'eau destinée à la consommation et l'ionisation cuivre-argent
Aux Etats-Unis, plusieurs compagnies produisant de l'eau potable utilisent
l'ionisation cuivre-argent comme alternative à la désinfection au chlore
et pour empêcher la formation de sous-produits. La norme pour les trihamométhanes à diminuer de 100 à 80µg/L.
Lorsque l'ionisation cuivre-argent est combinée à la désinfection au
chlore, c'est un excellent mécanisme lorsqu'il s'agit de désactiver
des virus et des bactéries.
Quelles sont les conditions d'application de l'ionisation
cuivre/argent?
L'efficacité de la désinfection cuivre-argent dépend de nombreux
facteurs:
Premièrement, la concentration des ions cuivre et argent dans l'eau
doit être suffisante. La concentration requise est déterminé par le
débit d'eau, le volume d'eau dans le système, la conductivité de
l'eau et la concentration des microorganismes.
Deuxièmement, les électrodes doivent être dans de bonnes conditions.
Lorsque l'eau est dure ou qu'un encrassement a lieu en raison de la
dureté et de la qualité de l'eau, l'efficacité des électrode est alors
réduite. En utilisant de l'argent et du cuivre pure, l'apport de cuivre
et d'argent peut être régulé séparément. Ces électrodes sont
détériorés par l'encrassement et la réduction de formation de
pierres à chaux.
Troisièmement, l'efficacité de l'ionisation cuivre-argent dépend de
la valeur du pH de l'eau. Lorsque la valeur du pH est élevée, les ions
cuivre sont moins efficaces. Lorsque la valeur du pH excède 6, des
complexes insolubles de cuivre se formeront. Lorsque la valeur du pH est
5, les ions cuivre existent principalement sous forme de Cu(HCO3)+;
lorsque la valeur du pH est de 7 le Cu(CO3) est formé, et
lorsque la valeur du pH est 9 on trouve plutôt du Cu(CO3)22-.
Quatrièmement, l'efficacité de l'ionisation cuivre argent est
déterminée par la présence du chlore. Le chlore provoque la formation
d'un complexe chlore-argent. Lorsque cela se produit, les ions argent ne
sont plus efficace pour la désinfection.
Quel est l'efficacité de l'ionisation cuivre-argent?
L'ionisation cuivre-argent peut désactiver la bactérie legionella
et d'autres microorganismes dans l'eau à faible débit et dans
l'eau stagnante. Les bactéries legionella sont vraiment sensibles à
l'ionisation cuivre-argent.
Il apparaît que l'ionisation cuivre-argent provoque la chute du nombre
de bactéries Legionella. Après un court laps de temps, cependant, le
nombre de bactéries Legionella augmentera à nouveau car elles peuvent
aussi se trouver à l'intérieur du biofilm. Le cuivre qui reste
derrière le biofilm prend soin de ces bactéries. Lorsque les ions
cuivre et argent sont additionnés à l'eau de manière constante, la
concentration en bactérie Legionella reste faible.
Le taux de désactivation de l'ionisation cuivre-argent est plus bas que
celui de l'ozone ou des UV. L'avantage de l'ionisation cuivre-argent
vient du fait que les ions restent dans l'eau pour une longue période.
De ce fait la désinfection est une désinfection à long terme et de
plus elle protège d'une éventuelle décontamination. Les ions cuivre et
argent restent dans l'eau jusqu'à ce qu'ils précipitent ou qu'ils
absorbent une bactérie ou une algue et qu'ils soient éliminer de l'eau
par filtration après ça.
Quels sont les avantages et les désavantages d'une désinfection par
ionisation cuivre/argent?
Avantages
L'ionisation cuivre-argent désactive effectivement les bactéries
Legionella et le biofilm et améliore la qualité de l'eau. L'ionisation
cuivre-argent a un plus large effet résiduel que la plupart des autres
désinfectants. Les ions cuivre et argent restent dans l'eau pendant une
longue période. En raison de leur efficacité locale, l'effet est plus
large que celui des UV. Le cuivre-argent est efficace à travers le
système d'eau entier, même dans des zones ou l'eau est stagnante ou
bien où il y a un faible débit. L'efficacité de ce système ne
dépend pas de la température. Lorsque le système cuivre-argent est
utilisé, la maintenance du système d'eau devient moins importante. Le
cuivre-argent n'est pas corrosif; cela cause moins de contraintes sur le
système de distribution. En raison d'une baisse de l'utilisation de
produits chimiques, les vannes et les pompes ne sont pas affectées. De
plus, les paumes de douches, les réservoirs et les robinets ne sont pas
contaminés. L'ionisation cuivre-argent n'implique de complications
liées au stockage et au transport.
Désavantages
L'efficacité du système cuivre-argent dépend de la valeur du pH de
l'eau. pour une valeur du pH de 9, seulement un dixième des bactéries
Legionella sont éliminés. Lorsque la concentration en solides dissous
est élevée, l'argent a de fortes chances de précipiter. Cela signifie
que les ions argent ne sont alors plus efficaces pour la désinfection.
Les ions argent réagissent aisément avec les chlorures et les nitrates
qui sont présents dans l'eau, et sont donc désactivés.
Certaines espèces de microorganismes peuvent devenir résistantes aux
ions argent. Elles peuvent peuvent éliminer le métal de leur système
et le convertir en un produit moins toxique. Ces microorganismes peuvent
devenir résistants à l'ionisation cuivre-argent.
Bien qu'il soit suggéré que la bactérie Légionella peut développer
une résistance à l'ionisation cuivre-argent, ce désinfectant
apparaît néanmoins comme le plus efficace pour la combattre.
Pour tuer efficacement les microorganismes pathogènes, les ions cuivre
et argent devraient être présents dans la totalité du système de
traitement de l'eau. Lorsque le système utilisé est petit et que le
débit est assez lent, ou lorsque il y a des points morts dans le
système, cela peut poser des problèmes pour la désinfection.
Quels sont les effets sur la santé de l'ionisation cuivre-argent?
Pas assez d'études ont été menées pour montrer les effets d'une
exposition à long terme à l'ionisation cuivre-argent. Les effets
généraux sur la santé de l'ionisation cuivre-argent sont méconnus.
Législation concernant l'ionisation cuivre-argent
UE
L'Union Européenne ne dicte aucune limite concernant la concentration
en argent dans l'eau. Le cuivre, cependant, doit avoir une valeur
maximale de 20
μg/L, car il provoque la corrosion des systèmes de transports
d'eau. Les concentration en cuivre devraient être mesurées dans l'eau
du robinet (directive de l'UE concernant l'eau destinée à la
consommation 98/83/EC, 1998). )
OMS
L'OMS ne dicte aucune limite concernant la concentration en argent dans
l'eau car l'OMS à trouver que les données concernant les risques sur
la santé de cette substance étaient insuffisantes (Lignes
directrices concernant l'eau destinée à la consommation dictées par
l'OMS, 3ième édition).
USA
Les Etats-Unis dictent une valeur maximale d'1 mg/L de cuivre et de 0,1 mg/L
d'argent (EPA, National Secundary
Drinking Water regulations, 2002)
Comment l'ionisation cuivre-argent est-elle contrôlée?
Lorsque l'ionisation cuivre-argent est appliquée, un contrôle du
système entier doit être appliqué. Des analyses d'eau et des tests
doivent être conduits pour prouver l'efficacité du système, car cela
concerne une alternative à la désinfection. La première analyse doit
avoir lieu avant l'application de l'ionisation cuivre-argent. Les
concentrations en cuivre et en argent dans l'eau sont alors mesurées et
la quantité en bactéries Legionella et leur développement (dans un
milieu aérobie à 22 ˚C et à 37 ˚C) sont déterminés. Lorsque le
système est mis en place, un contrôle mensuel de l'eau à la sortie du
traitement est fortement recommandé.
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