Écumeur

Définition

Un écumeur désigne un appareil exploitant la coalescence, utilisé surtout en aquarium d'eau de mer pour évacuer des protéines et d'autres composés colloïdaux, en combinaison avec des pierres vivantes dans la méthode berlinoise pour épurer l'eau de l'aquarium. L'écume est créée depuis un forçage d'injection d'air dans l'eau sous la forme de petites bulles; ce sont ces bulles qui vont, par capillarité, transporter vers le godet de récupération de l'écume, les produits théoriquement peu désirables.

Modèle 200^ème d'un écumeur de la marque Bubble Magus :

Un écumeur moderne est un coalesceur de petite dimension, permettant le fractionnement de la mousse pour l'élimination de certains déchets dans les aquariums.

Explications

Chaque écumeur dispose d'éléments de conceptions légèrement différentes pour chaque marque, mais ce sera surtout la pompe écumeur et le nombre de litres d'air par heure injecté dans le corps de l'appareil qui donnera son rendement effectif.

L'écumeur, ou un écrémeur de surface dans le cadre à grande échelle comme avec un ruisseau ou une rivière, permet un développement rapide des procédés chimiques utilisés dans l'élimination à grande échelle des contaminants de flux d'eaux usées et l'enrichissement des solutions de biomolécules.

L'écumage élimine certains composés organiques, y compris les protéines et les acides aminés, à l'aide de la polarité de la protéine elle-même. En raison de leur charge intrinsèque, d'origine hydrique, les protéines sont soit repoussées ou attirées par l'interface air/eau et ces molécules peuvent être décrites comme hydrophobes (tels que des graisses ou des huiles) ou hydrophiles (tels que le sel, le sucre, l'ammoniac, les acides aminés, et des composés inorganiques). Cependant, certaines molécules organiques plus importantes peuvent avoir des parties hydrophobes et hydrophiles. Ces molécules sont appelées amphipathique ou amphiphile.

Les écumeurs commerciaux travaillent en générant une grande interface air/eau, en particulier en injectant un grand nombre de bulles dans la colonne d'eau. En règle générale, plus les bulles sont de petit diamètre, plus efficace est l'écumage car la surface de petites bulles qui occupent le même volume est beaucoup plus grand que le même volume de plus grosses bulles.

Un grand nombre de petites bulles d'air présentent une énorme surface de contact avec l'eau pour des molécules hydrophobes organiques et des molécules organiques amphiphiles à collecter sur la surface de la bulle (l'interface air/eau). La circulation de l'eau accélère la diffusion de molécules organiques, ce qui provoque effectivement un plus grand contact des molécules organiques au niveau de l'interface air/eau et les molécules organiques permettent de s'accumuler sur la surface des bulles d'air par coalescence. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que l'interface soit saturée, à moins que la bulle ne sorte de l'eau ou n'éclate, auquel cas les molécules accumulées sont libérées de nouveau dans la colonne d'eau. Cependant, il est important de noter que l'exposition supplémentaire d'une bulle d'air saturée de molécules organiques peut continuer à entraîner des changements que les composés qui se lient plus fortement peuvent remplacer ces molécules avec une liaison plus faible qui sont déjà accumulés sur l'interface.

Bien que certains aquariophiles croient que l'augmentation du temps de contact (ou temps d'arrêt comme on l'appelle parfois) est toujours bon, il est inexact de prétendre qu'il est toujours préférable d'augmenter le temps de contact entre les bulles et l'eau de l'aquarium dans une cuve technique. En augmentant le nombre de bulles près de la partie supérieure de la colonne d'eau d'un écumeur à protéines (d'où le succès des écumeurs en forme de cône selon un concept conçu à l'origine par Klaus Jensen en 2004), elles deviennent plus denses et l'eau commence à s'écouler et créer de la mousse qui portent les molécules organiques à la coupelle de collecte d'écume ou d'un collecteur de déchets distinct pour l'écume et les molécules organiques, et toute molécule inorganique qui peut avoir été liée aux molécules organiques, seront exportés à partir du courant d'eau.

En plus des protéines enlevées par capillarité et coalescence, il existe un certain nombre d'autres molécules organiques et inorganiques qui sont généralement éliminées. Celles-ci comprennent une variété de graisses, d'acides gras, d'hydrates de carbone, des métaux tels que le cuivre et des oligo-éléments tels que l'iode. D'autres particules et détritus sont également supprimés, par effet mécanique dû au débit d'eau important, ainsi que du phytoplancton et des bactéries, y compris les bactéries mortes résultant de l'emploi de biopellets (ou Ecostick Purety, ou Nitra-Guard Bio-Cubes de Orca Labs par exemples). Cette suppression est fortement souhaitée par l'aquariophile et elle est souvent soulignée par la mise en place de l'écumeur avant d'autres formes de filtration afin d'alléger la charge du système de filtration dans son ensemble.

En aquaculture, les écumeurs sont utilisés pour récolter les algues et le phytoplancton, assez doucement pour maintenir la viabilité de la culture ou de la vente commerciale des cultures vivantes.

Tous les écumeurs d'aquarium d'eau de mer (des tentatives ont été faites sans grand succès en eau douce) ont des caractéristiques essentielles communes : l'eau s'écoule à travers une chambre et est mis en contact avec une colonne de fines bulles. Les bulles ont pour rôle de recueillir les protéines et autres substances et de les transporter vers le haut de l'appareil où la mousse, mais pas l'eau, est recueille dans un récipient en forme de tasse. Là, la mousse se condense en un liquide, qui peut être facilement retiré du système. Le matériau qui s'accumule dans la coupe peut varier de jaune verdâtre pâle, un liquide aqueux à un goudron noir épais.

Pensez à ce résumé de la conception de l'écumeur à protéines optimal par un auteur américain, pour lequel un écumeur (et non une écumoire...) pour fonctionner au maximum, doit disposer des éléments suivants :

1. Une grande quantité de surface pour l'interface air/eau doit être générée.
2. Les molécules organiques doivent pouvoir être collectées au niveau de l'interface air/eau.
3. Les bulles qui se forment à cette interface air/eau doivent s'unir pour former une mousse, dite écume.
4. L'eau dans la mousse doit pouvoir se vider partiellement sans que les bulles éclatent prématurément.
5. La mousse drainée doit être séparée de l'eau en vrac et mise au rebut (récolte en godet).

Toujours en vertu de l'attention récente portée aux écumeurs et à l'essor de l'aquariophilie récifale, la forme générale d'un écumeur a considérablement évolué depuis 2004. En particulier, beaucoup d'attention a été accordée à la mise en place d'unités en forme de cône selon une conception de Klaus Jensen en 2004, le concept a été fondé sur le principe selon lequel un corps conique permet à la mousse de s'accumuler de manière plus régulière lors d'une transition en pente douce. Cela réduit la turbulence globale, résultant d'un effet rasant plus efficace. Bien que la recherche sur les avantages spécifiques de la conception tente toujours de mesurer de critères chiffrables sans parvenir à une définition claire des caractéristiques d'un écumeur, les premières critiques de nombreux écumeurs coniques ont été globalement positives.

Dans l'ensemble, les écumeurs à protéines peuvent être classés de deux manières, selon qu'ils opèrent en co-courant ou à contre-courant. Dans un système d'écoulement à co-courant, l'air est introduit au fond de la chambre et est en contact avec l'eau qui monte vers le haut vers la chambre de collecte. Dans un système à contre-courant, de l'air est forcé dans le système sous pression et se déplace contre l'écoulement de l'eau pendant un certain temps avant de se diriger vers le bac collecteur. Parce que les bulles d'air peuvent être en contact avec l'eau pendant une longue période dans un système de contre-courant, les écumeurs de ce type sont considérés par certains comme étant plus efficace pour éliminer les déchets organiques.

⭐ Les écumeurs à co-courant ont laissé place aux écumeurs à contre-courant à la fin des années 1990, la forme conique et la pompe placée directement dans le corps de l'écumeur (sans tuyauterie, moins de pertes de charge), une nouvelle méthode est en cours d'expérimentation depuis 2012 aux États-Unis avec des écumeurs à induction de pulvérisation.

Cette méthode est liée à l'aspiration par le bas, mais utilise une pompe pour alimenter une buse de pulvérisation, fixé à quelques centimètres au-dessus du niveau de l'eau. l'action de pulvérisation englobe (emprisonne) l'air "en lambeaux" la base de l'appareil, qui s'élève alors jusque la chambre de collecte. Aux États-Unis, une entreprise a breveté la technologie de l'induction de pulvérisation et les offres de produits commerciaux sont (pour l'instant) limités à cette seule entreprise.

L'inconvénient majeur de cette technologie (industrielle) est le bruit émis, qui rend difficile son application en milieu domestique.

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