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The Lincoln Memorial Reflecting Pool is treated with ‘nanobubbles’. What are they and how do they work?
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Le bassin réfléchissant du Lincoln Memorial est traité avec des « nanobulle ». Qu’est-ce que c’est et comment ça fonctionne ?

The Lincoln Memorial Reflecting Pool is treated with ‘nanobubbles’. What are they and how do they work?

Vince Craig, Professor, Materials Physics, Australian National University Noura Alzaidan, PhD Candidate, Materials Physics, Australian National University
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Nanobubbles are invisible, mysteriously stable, a thousand times thinner than a human hair, and surprisingly versatile.

Les nanobulles sont invisibles, mystérieusement stables, mille fois plus fines qu’un cheveu humain, et étonnamment polyvalentes.

As the United States approaches 250th birthday celebrations on July 4, Washington DC’s monuments, statues and fountains are being prepared to put on a show.

Alors que les États-Unis approchent de leurs célébrations du 250e anniversaire le 4 juillet, les monuments, statues et fontaines de Washington DC sont en préparation pour un spectacle.

However, renovations of the Lincoln Memorial Reflecting Pool haven’t gone to plan.

Cependant, les rénovations du Lincoln Memorial Reflecting Pool ne se sont pas déroulées comme prévu.

Soon after the renovations were complete, an algal bloom turned the pool’s water a slimy green. Officials are in a hurry to address the issue and, among other treatments, deployed ozone nanobubble technology to clean the water.

Peu après l’achèvement des travaux, une prolifération d’algues a transformé l’eau de la piscine en un vert visqueux. Les responsables s’empressent de résoudre le problème et ont déployé, parmi d’autres traitements, une technologie de nanobulle à ozone pour nettoyer l’eau.

But what are nanobubbles and why would they be used to address an algal bloom?

Mais qu’est-ce que les nanobulles et pourquoi seraient-elles utilisées pour traiter une prolifération algale?

What are nanobubbles?

Qu’est-ce que les nanobulle?

Nanobubbles, also known as ultrafine bubbles, are gas-filled bubbles with diameters typically around 100 nanometres. That makes each nanobubble about one thousandth of the thickness of a human hair.

Les nanobulles, également appelées bulles ultrafines, sont des bulles remplies de gaz avec un diamètre généralement autour de 100 nanomètres. Cela signifie que chaque nanobulle représente environ un millième de l’épaisseur d’un cheveu humain.

When deployed with specialised equipment that injects gases like air, ozone or oxygen into water, nanobubbles occur in enormous numbers – typically around 10 billion nanobubbles for each teaspoon of water. Despite their huge numbers, solutions of nanobubbles look and feel just like water.

Lorsqu’elles sont déployées avec un équipement spécialisé qui injecte des gaz comme l’air, l’ozone ou l’oxygène dans l’eau, les nanobulles apparaissent en énormes quantités – généralement autour de 10 milliards de nanobulles pour chaque cuillère à café d’eau. Malgré leur grand nombre, les solutions de nanobulles ressemblent et se sentent exactement comme de l’eau.

Looking at a glass of water with nanobubbles, you would not know they’re there. Yet they have remarkable properties that are used in a number of technologies, including water treatment.

En regardant un verre d’eau contenant des nanobulles, vous ne sauriez pas qu’elles sont là. Pourtant, elles possèdent des propriétés remarquables qui sont utilisées dans un certain nombre de technologies, y compris le traitement de l’eau.

Nanobubbles are surprisingly stable

Les nanobbulles sont étonnamment stables

A fundamental rule is that the pressure inside a bubble – any bubble – is always greater than its surroundings. And the smaller the bubble, the greater the pressure within the bubble.

Une règle fondamentale est que la pression à l’intérieur d’une bulle – n’importe quelle bulle – est toujours supérieure à celle de son environnement. Et plus la bulle est petite, plus la pression qu’elle contient est grande.

A typical nanobubble can have an internal pressure as high as 15 atmospheres. That’s the same pressure a diver experiences during a deep dive to a depth of 150 metres.

Une nanobulle typique peut avoir une pression interne allant jusqu’à 15 atmosphères. C’est la même pression qu’un plongeur subit lors d’une plongée profonde à une profondeur de 150 mètres.

How much a gas can dissolve into a given liquid increases with pressure. Because of this, you’d expect that nanobubbles, once produced, should rapidly dissolve in much less than a second. However, research has shown that nanobubbles can last for hours, days and even weeks.

La quantité d’un gaz qui peut se dissoudre dans un liquide donné augmente avec la pression. Pour cette raison, on s’attendrait à ce que les nanobbulles, une fois produites, se dissolvent rapidement en beaucoup moins d’une seconde. Cependant, des recherches ont montré que les nanobbulles peuvent durer pendant des heures, des jours et même des semaines.

Why nanobubbles are so surprisingly stable remains a mystery and the subject of much research. But their strange longevity is also what makes them very useful, because nanobubbles can be produced, stored and used before they disappear.

La raison pour laquelle les nanobbulles sont si étonnamment stables reste un mystère et fait l’objet de nombreuses recherches. Mais leur étrange longévité est également ce qui les rend très utiles, car les nanobbulles peuvent être produites, stockées et utilisées avant de disparaître.

Nanobubbles last a long time

Les nanobbulles durent longtemps

The small size of nanobubbles provides other advantages too. Small bubbles have very little buoyancy, allowing them to remain in solution for a long time. In comparison, larger bubbles rise quickly to the surface and burst. You can see this at the beach when a wave breaks – the bubbles that form the whitewater typically disappear in less than ten seconds.

La petite taille des nanobbulles offre également d’autres avantages. Les petites bulles ont très peu de flottabilité, ce qui leur permet de rester en solution pendant une longue période. En comparaison, les grosses bulles montent rapidement à la surface et éclatent. On peut le voir sur la plage lorsqu’une vague se brise: les bulles qui forment l’écume disparaissent généralement en moins de dix secondes.

If you need to dissolve a lot of gas into solution, this long residence time is very important – it prevents the gas from being lost to the atmosphere, and as we already noted, the high internal pressure of the nanobubbles increases gas solubility.

Si vous devez dissoudre beaucoup de gaz dans une solution, ce temps de résidence prolongé est très important – il empêche le gaz d’être perdu dans l’atmosphère et, comme nous l’avons déjà noté, la haute pression interne des nanobbulles augmente la solubilité du gaz.

Another advantage – because nanobubbles are so tiny, they have a very large surface area. In many industries, such as mineral processing or waste-water treatment, the surface area of larger bubbles is used to collect materials dispersed in a liquid. A process known as froth flotation is used to purify millions of tons of minerals in Australia each year.

Un autre avantage: parce que les nanobbulles sont si minuscules, elles possèdent une surface extrêmement grande. Dans de nombreuses industries, telles que le traitement minéral ou l’épuration des eaux usées, la surface des grosses bulles est utilisée pour collecter des matériaux dispersés dans un liquide. Un procédé appelé flottation par mousse est utilisé pour purifier des millions de tonnes de minéraux en Australie chaque année.

Similarly, the surfaces of nanobubbles can be used as highly effective, environmentally friendly cleaning agents, replacing the use of detergents such as soap.

De même, les surfaces des nanobbulles peuvent être utilisées comme agents nettoyants très efficaces et respectueux de l’environnement, remplaçant ainsi l’utilisation de détergents tels que le savon.

As you can see, nanobubbles have a diverse range of applications. Oxygen nanobubbles even increase yields when nanobubble water is used on crops and in fish farms, possibly by concentrating nutrients.

Comme vous pouvez le constater, les nanobbulles ont un éventail d’applications diverses. Les nanobbulles d’oxygène augmentent même les rendements lorsqu’elles sont utilisées sur les cultures et dans les piscicultures, potentiellement en concentrant les nutriments.

How do nanobubbles keep algae at bay?

Comment les nanobulle empêchent-elles le développement des algues?

Green algae, such as the type found in the Lincoln Memorial Reflecting Pool, thrive in still or slow-flowing water with abundant sunlight.

Les algues vertes, comme celles trouvées dans le Lincoln Memorial Reflecting Pool, prospèrent dans l’eau stagnante ou à faible courant avec un ensoleillement abondant.

In water treatment, nanobubbles are used primarily to oxygenate water. This promotes the growth of aerobic bacteria which consume organic nutrients, outcompeting the algae and promoting a healthy aquatic environment.

Dans le traitement de l’eau, les nanobulles sont utilisées principalement pour oxygéner l’eau. Cela favorise la croissance des bactéries aérobies qui consomment les nutriments organiques, concurrençant ainsi les algues et favorisant un environnement aquatique sain.

Nanobubbles can also be used to deliver ozone gas, which is a highly reactive, toxic gas composed of three oxygen atoms. Ozone plays an essential role in the stratosphere in shielding Earth from ultraviolet rays, but it plays a very different role in water treatment.

Les nanobulles peuvent également être utilisées pour délivrer du gaz ozone, un gaz hautement réactif et toxique composé de trois atomes d’oxygène. L’ozone joue un rôle essentiel dans la stratosphère en protégeant la Terre des rayons ultraviolets, mais il joue un rôle très différent dans le traitement de l’eau.

Ozone reacts with organic materials in water and will therefore break down and kill the algae and nutrients. However, ozone nanobubbles also attack and kill the favourable aerobic bacteria.

L’ozone réagit avec les matières organiques présentes dans l’eau et décomposera donc et tuera les algues et les nutriments. Cependant, les nanobulles d’ozone attaquent également et tuent les bactéries aérobies favorables.

The strong action of ozone nanobubble treatment is highly suitable for the treatment of heavily contaminated water – for example, if it contains animal waste.

Le fort pouvoir du traitement par nanobulles d’ozone est très adapté au traitement des eaux fortement contaminées – par exemple, si elles contiennent des déchets animaux.

In the case of the Lincoln Memorial, ozone nanobubbles can quickly resolve an algal bloom, but that comes at the cost of removing aerobic bacteria which could naturally keep the algae in check.

Dans le cas du Lincoln Memorial, les nanobulles d’ozone peuvent rapidement résoudre une prolifération d’algues, mais cela se fait au détriment de l’élimination des bactéries aérobies qui pourraient naturellement contenir les algues.

This would then make the pool susceptible to later algal blooms if measures are not taken to prevent a reoccurrence, such as preventing the build-up of nutrients the algae depend on.

Cela rendrait ensuite la piscine susceptible à de futures proliférations d’algues si des mesures ne sont pas prises pour prévenir une récidive, telles que le blocage de l’accumulation de nutriments dont dépendent les algues.

The Reflecting Pool at the heart of Washington, DC is now set to be drained again to remedy the rapidly peeling new coating and the algae bloom. It remains to be seen what colour the water will end up being in time for July 4, and whether authorities will switch to oxygen nanobubbles to promote a healthier ecosystem in the water.

Le Reflecting Pool au cœur de Washington, DC, est maintenant prévu pour être drainé à nouveau afin de remédier au revêtement neuf qui se décolle rapidement et à la prolifération d’algues. Il reste à voir quelle sera la couleur finale de l’eau en temps pour le 4 juillet, et si les autorités passeront aux nanobulles d’oxygène pour promouvoir un écosystème plus sain dans l’eau.

Vince Craig has previously received funding from the Australian Research Council.

Vince Craig a précédemment reçu des financements du Australian Research Council.

Noura Alzaidan receives funding from The Public Authority for Applied Education and Training (PAAET) in Kuwait.

Noura Alzaidan reçoit des financements de The Public Authority for Applied Education and Training (PAAET) au Koweït.

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