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Décharges Electriques Haute Tension (DEHT)

Principe des DEHT

Le principe des décharges électriques de haute tension est basé sur le phénomène de rupture diélectrique dans l’eau. L’application d’une tension élevée entre deux électrodes permet une accélération des électrons avec une énergie suffisante pour exciter les molécules d'eau. La création d’un « streamer » (avalanche d'électrons) qui se propage de l’électrode positive vers l’électrode négative a donc lieu. Lorsque le streamer atteint l'électrode négative, un claquage dans l’eau survient avec l’apparition d’un arc et d’une chute brusque de tension. Le claquage ou rupture diélectrique, provoque une cavitation des bulles, une turbulence du liquide, et des ondes de choc de haute amplitude de pression. Ces divers phénomènes des DEHT résultent en une fragmentation des particules traitées et un endommagement de leurs structures cellulaires. La génération d’une décharge électrique dans l’eau produit également des rayons UV, des rayons IR et des espèces chimiques actives (radicaux H•, HO•, O•, O2•-, et le peroxyde d’hydrogène H2O2), des électrons hautement énergétiques et de l’ozone (O3).

Avantage des DEHT

Comparées à d’autres technologies innovantes, comme les champs électriques pulsés et les ultrasons, les DEHT étaient les plus efficaces quant à l’extraction de molécules d’intérêt de divers produits étudiés. La technique des DEHT présente l’avantage d’être athermique car l’augmentation de la température durant le traitement reste inférieure à 10 °C. De même, c’est une méthode à économie de temps puisque les décharges sont appliquées sur de courtes durées, voire des microsecondes ou millisecondes. Les décharges électriques sont par la suite peu coûteuses en termes d’énergie.

Champs d’application des DEHT

Initialement destinées aux applications militaires ou scientifiques de très fortes énergies, les décharges électriques peuvent, maintenant, être adaptées à des applications civiles. Les DEHT ont des applications dans le domaine des lasers, des rayons X et des microondes. Ils auront également des applications civiles telles que le traitement des gaz (NOx, SOx, dépoussiérage de fumée, etc.), des liquides (débactérisation, pasteurisation à froid, extraction de composés cellulaires, floculation de boues, etc.), et des solides (séparation puis concassage de déchets, réduction en poudre de produits, écroutage de béton, frittage de céramiques, etc.). Les DEHT sont également utilisées dans le domaine d’extraction de composés d’intérêts à partir de végétaux.

 

Equipements avec leurs caractéristiques et photos

L’appareil expérimental  est composé d’un générateur de haute tension (Université Polytechnique de Tomsk, Russie) relié à une chambre de traitement d’une capacité de 1 L. L’énergie électrique emmagasinée dans le condensateur se décharge dans la cellule de traitement par l’intermédiaire de l’éclateur. Un claquage diélectrique se produit dans l’eau et génère ainsi la décharge électrique. Le condensateur se recharge une nouvelle fois pour ensuite décharger son énergie dans la cellule. Le générateur (Figure 1) peut fournir une tension maximale de 40 kV pour un courant maximal de 10 kA. Les impulsions générées ont une durée d’environ 10 μs. La fréquence des impulsions électriques, imposée par le générateur, est de 0,5 Hz. L’énergie moyenne d’une impulsion électrique, fournie par le générateur, est de 160 J/impulsion.

 

La chambre de traitement comporte deux électrodes en acier inoxydable entre lesquelles est introduit le produit (Figure 2). La masse de produit (incluant le liquide) pouvant être traité varie de 100 à 500 g. La première électrode pointe (10 mm de diamètre) est reliée au générateur ; la seconde, une électrode plane (35 mm de diamètre) est reliée à la terre. La distance entre les électrodes peut varier de 2 à 10 mm. Le traitement électrique consiste à appliquer n impulsions (ou n décharges électriques) dans un mélange de produit et de liquide.

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