qu'est-ce que l'ozone ?
Qu'est-ce que l'ozone ?
L’ozone est un allotrope de l’oxygène.
Qu'est-ce qu'un allotrope de l'oxygène ?
Allotrope signifie « autre forme ». En d’autres termes, l’ozone est de l’oxygène triatomique. Une molécule d’ozone, O3, contient trois atomes d’oxygène. Cette molécule très instable, dont la demi-vie est très courte (22 minutes en moyenne), préfère retourner à son état le plus stable, O2. Pour revenir à cet état diatomique, O2, elle doit libérer un atome d’oxygène. Le désir de l’ozone de libérer une molécule solitaire d’oxygène est appelé par les chimistes son pouvoir d’oxydation. Cette tendance naturelle à l’oxydation est ce qui en fait un désinfectant industriel si intéressant.
Pourquoi l'ozone est-il un désinfectant industriel si puissant ?
L’atome d’oxygène non apparié que l’ozone libère s’attache à d’autres composés présents dans l’eau, les oxydant ainsi en différents composés. Ce seul atome d’oxygène oxydera pratiquement tous les composés organiques et de nombreux composés inorganiques. Une fois oxydés, ils se précipitent hors de l’eau.
L’ozone décompose et oxyde presque tout ce qui entre en contact avec lui, ce qui en fait un désinfectant et un oxydant extrêmement puissant. En fait, l’ozone est 150 % plus puissant en termes de potentiel d’oxydation que le chlore, et c’est le deuxième produit chimique commercial le plus puissant dans l’industrie du traitement de l’eau, après le radical libre hydroxyle. L’ozone tue les organismes et les virus par lyse cellulaire, c’est-à-dire par rupture de la paroi cellulaire, un processus, selon l’EPA, « contre lequel les micro-organismes ne peuvent pas développer d’immunité ». D’autre part, certaines espèces parasitaires ont montré une résistance à de faibles doses de chlore, notamment les ococystes de Cryptosporidium parvum, les kystes d’Endamoeba histolytica et de Giardia Lamblia, ainsi que les œufs de vers parasites. En revanche, « des concentrations d’ozone résiduel aussi faibles que 0,1 mg/L réduisent de 80 % les populations de Legionella pneumophilia dans les tours de refroidissement.
Pourquoi utiliser l'ozone ?
Nous utilisons l’ozone parce qu’il s’agit d’un outil sûr et respectueux de l’environnement pour traiter et désinfecter l’eau. Comme il s’agit d’un oxydant très puissant, peu d’autres produits sont nécessaires pour nettoyer l’eau du condenseur, l’eau réfrigérée, les tours de refroidissement, les faisceaux de tubes et les tuyaux. Comparé au coût du stockage et de la main d’œuvre nécessaire à l’application de produits chimiques, sans parler du danger, l’ozone est une alternative comparativement moins onéreuse.
Outre son pouvoir oxydant exceptionnel, l’un des moteurs les plus puissants de l’utilisation accrue de l’ozone est le fait que son utilisation ne nuit pas à notre planète comme le fait le chlore. Le chlore est un agent cancérigène, c’est-à-dire qu’il provoque le cancer, alors que l’ozone n’est pas un agent cancérigène. En fait, la présence cancérigène du chlore dans notre eau potable est, selon l’EPA, l’une des principales causes de cancer en Amérique. Le chlore est devenu si populaire il y a des années en raison de sa capacité à se disperser sur près de 100 % d’une masse d’eau et, par conséquent, à tuer de nombreux micro-organismes. Cette même capacité à se diffuser aussi complètement le rend presque impossible à éliminer, ce qui signifie que l’eau de purge ou de rejet d’une tour de refroidissement ou d’une station d’épuration traitée au chlore contient toujours du chlore lorsqu’elle retourne dans l’environnement où elle continue à tuer les organismes dans nos écosystèmes et à s’accumuler dans les poissons et les mammifères : des crevettes aux saumons en passant par les ours, etc. et finalement dans les êtres humains. En fait, le chlore et les organochlorés ont même réussi à contaminer des mammifères arctiques, comme les rennes, qui vivent à des milliers de kilomètres de l’usine de traitement de l’eau au chlore la plus proche. Le chlore persiste dans notre environnement où, ironiquement, il ne se trouve même pas à l’état naturel. L’ozone, en revanche, est le désinfectant naturel. L’oxygène pur est son seul ingrédient, et lorsqu’il a fini de désinfecter, il redevient de l’oxygène pur, en moyenne au bout de 22 minutes seulement. En d’autres termes, il n’y a pas de résidus nocifs. C’est l’alternative environnementale et responsable.
La génération d'ozone est-elle une toute nouvelle technologie ?
Non. En fait, elle est très ancienne. Wener von Siemens, un Allemand cofondateur du géant technologique actuel Siemens AG, a découvert une méthode de production artificielle d’ozone au XIXe siècle. Sa technique a conduit à la première utilisation de la désinfection à l’ozone dans le traitement de l’eau en 1906. Compte tenu de sa puissance supérieure et de son efficacité en tant qu’oxydant, virucide et biocide, l’ozone est devenu l’une des principales technologies de traitement de l’eau en Europe. Sa popularité et son utilisation augmentent en Amérique, car les Américains sont de plus en plus conscients de son pouvoir désinfectant et oxydant supérieur et des effets néfastes du chlore sur la santé publique, l’environnement et la qualité de l’air. Des recherches approfondies sur la production d’ozone ont permis de mettre au point toute une série de systèmes viables, dont beaucoup produisent de grandes quantités d’ozone gazeux à injecter dans l’eau. L’utilisation de l’ozone s’est tellement répandue qu’il traite aujourd’hui l’eau du plus grand aquarium du monde, à Hualien (Taïwan), et l’eau potable de la ville de Los Angeles.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE L'OZONE
L’ozone (O3) est la forme triatomique et allotropique de l’oxygène (O). C’est un gaz instable à l’odeur piquante.
L’ozone étant instable, il doit être produit au point d’application.
La molécule d’ozone, d’un poids moléculaire de 48, est composée de trois atomes d’oxygène liés par des liaisons égales entre l’oxygène et l’oxygène à un angle obtus de 116°49′. Cette structure est intrinsèquement instable et explique la puissante capacité oxydante de l’ozone. Le potentiel oxydant de l’ozone est environ 150 % de celui du chlore. Les propriétés physiques de l’ozone et les potentiels d’oxydation comparatifs d’autres oxydants chimiques sont présentés dans les tableaux 1 et 2, respectivement.
COÛTS DU SYSTÈME D'OZONE
Un système d’ozone est une technologie avancée qui s’adapte aux besoins de la production. Les coûts du processus peuvent varier en fonction de facteurs tels que le volume de production, la concentration de gaz, le temps de fonctionnement annuel du système, la méthode d’alimentation électrique, etc. En collaboration avec d’autres auteurs, nous avons préparé une analyse approfondie sur ce sujet. Lisez une étude détaillée ici*.
*articlepour Ozone : Science & Engineering écrit par : Bill Mundy, Ben Kuhnel, Glenn Hunter, Robert Jarnis, Denise Funk, Susan Walker, Nick Burns, Joseph Drago, William Nezgod, Joseph Huang, Kerwin Rakness, Saad Jasim, Ron Joost, Robert Kim, James Muri, Joseph Nattress, Mike Oneby, Al Sosebee, Craig Thompson, Mickey Walsh (Fin-tek Ozone USA), Chris Shulz
TABLEAU 1 : CONSTANTES PHYSIQUES DE L'OZONE
| Poids moléculaire | 48.0 |
| Point d’ébullition, °Celsius | 111.9 |
| Point de fusion, °Celsius | -193 |
| Densité du gaz, 0°C grammes/litre | 2.144 |
| Température critique, °C | -12.1 |
| Pression critique, atm | 54.6 |
| Volume critique, cm3/mole | 111 |
TABLEAU 2 : COMPARAISON DES POTENTIELS D'OXYDATION, 25°C
| COMPOUND | Volts |
| Flourine (F2) | 2.87 |
| Ozone (O3) | 2.07 |
| Peroxyde d’hydrogène (H2O2) | 1.78 |
| Permanganate de potassium (KMnO4) | 1.70 |
| Acide hypobromeux (HOBr) | 1.59 |
| Acide hypochloreux (HOCl) | 1.49 |
| Chlore (Cl2) | 1.36 |
| Dioxyde de chlore (ClO2) | 1.27 |
| Oxygène (O2) | 1.23 |
| Acide chromique (H2Cr2O4) | 1.21 |
| Brome (Br2) | 1.09 |
| Acide nitrique (HNO3) | 0.94 |
| Iode (I2) | 0.54 |
1. Agence de protection de l’environnement des États-Unis, avril 1999, EPA Guidance Manual : Alternative Disinfectants and Oxidants. http://www.epa.gov/safewater/mdbp/alternative_disinfectants_guidance.pdf
2. Strategic Environmental Research and Development Program, février 1995, Ozone Treatment for Cooling Towers – New Energy and Water Saving Technology for Reducing Cooling Tower Operating Costs, US Department of Energy. http://www.eere.energy.gov/femp/prodtech/pdfs/FTA_OTCT.pdf
3. Agence américaine pour la protection de l’environnement, septembre 1999, Wastwater Technology Fact Sheet : Chlorine Disinfection. http://www.epa.gov/owm/mtb/decent/download/chlorine.pdf
4. Programme stratégique de recherche et de développement en matière d’environnement, février 1995, Ozone Treatment for Cooling Towers – New Energy and Water Saving Technology for Reducing Cooling Tower Operating Costs.