Le nettoyage par ultrasons

Le nettoyage par ultrasons est un processus qui utilise des ultrasons (d’une fréquence de 20 à 40 kHz) et un liquide de nettoyage adapté pour nettoyer des objets. Également appelé bain à ultrason ou sonicateur, la solution liquide peut parfois être simplement de l’eau mais l’utilisation de solvant (pour dissoudre les graisses) ou de solutions adaptées est recommandé pour obtenir de meilleurs résultats. Un cycle de nettoyage par ultrasons dure généralement trois à six minutes, mais il peut parfois dépasser les 20 minutes en fonctions de la taille et de la complexité de l’objet à nettoyer.

Les nettoyeurs à ultrasons, ou bacs à ultrason, sont utilisés pour nettoyer une très grande variété d’objets et sont utilisés dans différents domaines :

  • bijouterie : pour nettoyer bagues, bracelets, boucles d’oreilles et pendentifs
  • optique : pour nettoyer les lunettes et les lentilles de contact
  • horlogerie : pour nettoyer les montres et les petits mécanismes
  • odontologie : pour nettoyer les dentiers, prothèses dentaires et instruments de dentisterie
  • numismatique : pour nettoyer les pièces de monnaies et les médailles
  • armurerie : pour nettoyer les armes à feu en métal ou en polymère ainsi que les douilles
  • mécanique : pour nettoyer les carburateurs, les injecteurs, les pistons …
  • électronique : pour nettoyer cartes et composants électroniques
  • Les bacs à ultrasons sont également utilisés dans de nombreux autres secteurs comme l’industrie, le monde médical (nettoyage des instruments de piercings, de tatouages et de chirurgie …), le modélisme (aérographes notamment), la pêche (nettoyage des moulinets par exemple), la musique (pour nettoyer des instruments complexes), le sport (clubs de golf) …

Un peu d’histoire

Les nettoyeurs à ultrasons ont commencés à être utilisés pour des applications industrielles dans les années 1950. Ils se sont ensuite démocratisés dans les années 1970, au point d’en devenir des objets communs aux multiples applications.

Principe de fonctionnement du nettoyage par ultrasons

Le nettoyage par ultrasons utilise principalement les bulles microscopiques générées par le phénomène de cavitation.
Ces bulles sont produites lorsque le liquide contenu dans le bac à ultrason est soumis à de très hautes fréquences sonores (les ultrasons) .
L’implosion de ces bulles produit alors des turbulences au niveau de la pièce à nettoyer ou du produit à dissoudre. Sous l’effet des turbulences, le liquide s’infiltre et pénètre dans les moindres recoins de l’objet  (trous, fissures et cavités) et dissout, décolle et élimine les impuretés qui s’y seraient fixées.
Le recours à des solvants permet d’accélérer et de faciliter le processus de nettoyage.
Les bains à ultrasons permettent ainsi d’éliminer la poussière et les impuretés, les huiles et les graisses, les algues et les champignons, les résidus biologiques (empreintes digitales, traces de sang …), la rouille et les traces d’oxydation, les suies et les résidus de combustion, les cires et les résines…
Le nettoyage par ultrason peut être utilisé sur des objets de forme et de tailles variable sans avoir besoin de les démonter préalablement.
Les nettoyeurs à ultrason sont enfin adaptés au nettoyage d’une grande variété de matériaux : métaux précieux, métaux légers, alliages, aciers, inox, verre, céramique, caoutchouc, produits synthétiques, plastique…

Utilisation d’un nettoyeur à ultrasons

Pour nettoyer un objet dans un nettoyeur à ultrason, il suffit de le plonger dans le bac préalablement rempli d’un liquide adapté au nettoyage de l’objet en question (liquide aqueux ou solvant).
Un ou plusieurs transducteurs situés au niveau de la cuve vont alors produire des ondes sonores à de très hautes fréquences variables. La variation de ces très hautes fréquences va produire des phases de compression et de décompression au sein du liquide qui vont générer une multitude de bulles microscopiques (phénomène de cavitation) qui finiront par imploser. Ces implosions peuvent être si violentes que les pression et température à l’intérieur de la bulle peuvent prendre des valeurs très élevées (plusieurs milliers de bars, plusieurs milliers de kelvins). Ces bulles sont malgré tout si petites qu’elles ne feront rien de plus que de détacher les impuretés logées sur l’objet immergé dans la cuve. Plus la fréquence du nettoyeur à ultrason est élevée, plus il sera possible de nettoyer de très petits espaces.
Les transducteurs utilisés dans les bacs à ultrason sont généralement piézoélectriques bien que certains puissent être piézomagnétiques.
Le nettoyage par ultrasons permet de s’affranchir de l’utilisation de produits chimiques agressifs traditionnellement utilisés dans le monde de l’industrie.

Principe de fonctionnement d'un bac à ultrasons

Principe de fonctionnement d’un bac à ultrasons

Les solutions liquides pour bacs à ultrasons

La solution liquide utilisée dans les bacs à ultrason joue un rôle important dans le processus de nettoyage et l’ajout d’additifs permet d’avoir de bien meilleurs résultats qu’avec de l’eau.

Les solutions liquides sans solvants sont par ailleurs limités dans leur capacité à dissoudre les éléments notamment si les surfaces ont tendances à contenir des graisses.

L’ajout d’un  agent de surface (ou surfactant ) va par exemple permettre de réduire la tension superficielle du liquide et ainsi accroître les effets du phénomène de cavitation : Il y aura plus de bulles et le nettoyage sera donc plus efficace.
Les solutions liquides spécialisées contiennent généralement des détergents, des agents de surfaces et d’autres produits permettant d’obtenir des résultats plus probants en fonction de l’objet à nettoyer.

La majorité des solutions liquides auront également de meilleurs résultats s’ils sont utilisés à des températures de  50° à 65 °C, même si dans le domaine médical l’utilisation des bacs à ultrason se fait en dessous des 45° C afin d’éviter les phénomènes de coagulation.

Domaines d’applications

Le nettoyage par ultrasons peut être utilisés sur tous type de matériaux durs et non absorbants.

Les matériaux obtenant les résultats les plus probants sont les métaux, les pièces électroniques, les câbles et les fils ainsi que le verre, le plastique, l’aluminium et la céramique .

Les nettoyeurs à ultrason nettoient les objets mais ne stérilisent pas. Dans le domaine médical, un procédé de stérilisation fait donc généralement suite au processus de nettoyage par ultrason.

Les nettoyeurs à ultrason industriels sont très largement utilisés en industries automobile, pharmaceutique et militaire, en ingénierie, dans les milieux du médical et de l’imprimerie mais aussi dans les processus de fabrication de disques durs d’ordinateurs et de matériel de sport

Bien que très efficace et très utilisés pour nettoyer les cartes électroniques, les bacs à ultrasons ne sont pas adaptés au nettoyage de la totalité des composants électroniques. Ainsi, certains microsystèmes électromécaniques comme les gyroscopes ou les accéléromètres peuvent être endommagés ou détruits en subissant les vibrations induites par un nettoyage par ultrason.

Il existe une très grande variété de bacs à ultrason et tous ne partagent pas les mêmes caractéristiques techniques. Nous avons donc rédigé un guide expliquant la méthodologie à suivre pour bien choisir un nettoyeur à ultrasons.

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