Le nettoyage par ultrasons

Le nettoyage par ultrasons, ou bain à 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.

Les ultrasons ?

Les ultrasons sont des ondes mécaniques et élastiques, qui se propagent au travers de supports fluides, solides, gazeux ou liquides. Leur nom provient du fait que leur fréquence, trop haute, est inaudible par l’oreille humaine. De la même manière, les infrasons désignent, quand  à eux, les fréquences qui sont trop faibles pour être audible. Ainsi, lorsque la fréquence est audible par l’être humain, on parle tout simplement de son.

Bien que souvent méconnus, les ultrasons n’ont rien de nouveau et sont au contraire largement présents dans la nature. Les animaux ont ainsi recours à l’écholocalisation (ou écholocation)  :

• Les chauves-souris s’en servent par exemple pour se déplacer et s’orienter. Elles émettent des impulsions ultrasonores d’une fréquence de 50 000 Hertz (50 Khz) sur de très courtes durées (moins de 1/1000 s) pour localiser les obstacles, mais aussi les insectes dont elles se nourrissent.
• Les baleines bleues et les dauphins ont également recours aux ultrasons pour s’orienter dans leur milieu sous marin. En utilisant des signaux acoustiques, audible uniquement par leur oreille interne,  d’une fréquence de 170 000 Hertz (170 Khz) ils sont ainsi capables de repérer et de situer leurs proies ou leurs congénères.

Les débuts du nettoyage par ultrasons

Les premiers 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 même si ils restent très prisés dans le monde du nettoyage industriel.  Les bacs ultrason restent ainsi majoritairement utilisés comme matériel de nettoyage suite à l’usinage, au polissage, au sablage, à l’ébavurage ou encore à l’application d’un traitement de surface sur des pièces industrielles.

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 produits nettoyants  ayant recours à des solvants permettent d’accélérer et de faciliter le processus de nettoyage et ont souvent un effet dégraissant, détartrant, détachant ou décapant.
Un bain à ultrasons permet de nettoyer et même de récurer toute tache tenace ou toute pièce encrassée. En effet, il est capable 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.

Des domaines d’applications variés

Les bains à ultrasons sont réalisés dans des cuves à ultrasons à l’aide d’une machine de nettoyage spécifique nommée nettoyeur à ultrasons, bac à ultrasons ou encore sonicateur.
De taille et de contenance variable, les nettoyeurs à ultrasons sont utilisés pour nettoyer, dégraisser, détartrer ou encore stériliser une très grande variété d’objets. Ils sont ainsi 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 et tous types de pièces mécaniques
• Industrie Electronique : pour nettoyer circuits imprimés, cartes et composants électroniques
• Médical : pour le nettoyage ou la stérilisation des instruments médicaux et de chirurgie …
• Coiffure : implants de rallonges capillaires.
• Les bacs à ultrasons sont également utilisés dans de nombreux autres secteurs comme l’industrie, le modélisme (aérographes notamment), la pêche (nettoyage des moulinets par exemple), la musique (pour nettoyer des instruments complexes), le sport (clubs de golf) mais aussi pour le nettoyage des instruments de piercings et de tatouages et pour le nettoyage de cigarette électronique …

Les nettoyeurs à ultrason sont enfin adaptés au nettoyage d’une grande variété de matériaux. Il est ainsi possible de nettoyer en profondeur quasiment toutes les surfaces sans les endommager : métaux précieux, métaux légers, alliages, aciers, inox, verre, céramique, caoutchouc, produits synthétiques, plastique…

Autres applications connues

Au delà de leur capacité à nettoyer et à décaper, les ondes ultrasoniques sont également utilisées pour d’autres applications. De nouvelles techniques, comme d’autres plus anciennes, font ainsi appel aux ultra sons dans les domaines suivant :

• Médecine : principalement pour l’échographie et la thermothérapie par ultrasons focalisés.
• Laboratoire : la sonication permet de rompre les membranes des cellules. Les ultrasons sont également utilisés pour nettoyer ou désinfecter le matériel.
• Télédétection et télémétrie : sonar et mesure des distances.
• Industrie automobile : système d’assistance au stationnement ou pour éviter des obstacles.
• Industrie :  contrôles non destructifs des matériaux.
• Kinésithérapie L’utrasonothérapie est utilisée conjointement avec l’électrothérapie et la physiothérapie afin de traiter des douleurs chroniques et/ou aiguës
• Industrie plastique : procédés de soudure ultrason et de découpe ultrason
• vie quotidienne : Utilisé en tant que répulsif anti nuisible (anti taupes, anti pigeons, anti moustiques …), comme appareil de dressage (sifflet ultrason pour chien) mais aussi brosses à dents à ultrasons, ou encore brumisateurs et diffuseurs à ultra son

Utilisation d’un nettoyeur à ultrasons

L’utilisation d’un bac a ultrason n’a rien de très complexe, et un cycle de nettoyage par ultrasons est plutôt rapide puisqu’il dure généralement trois à six minutes. Le cycle de nettoyage ultrasons peut cependant dépasser les 20 minutes en fonction de la taille et de la complexité de l’objet à nettoyer.

Tous les bacs à ultrasons sont équipés d’un thermostat combiné à une plaque chauffante et la grande majorité dispose d’une minuterie. Certains disposent même de cycles préprogrammé et ils n’est donc forcément nécessaire d’assister au cycle de nettoyage.

Pour nettoyer un objet, il suffit de le plonger ce dernier dans le panier inox, situé dans la cuve qui aura préalablement été remplie d’une solution de nettoyage adaptée (liquide aqueux ou solvant). Si le bac à ultrasons est doté d’une fonction de dégazage (souvent nommée degas), on aura pris soin de l’activer tout en mettant l’appareil en chauffe, avant d’immerger l’objet à nettoyer.

Durant le processus de nettoyage ultrasons, 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 d’air 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 à ultrasons. Rien n’est inaccessible pour ces bulles de quelques microns seulement : elles sont capables nettoyer saleté et salissures même sur de toutes petites pièces. On notera que 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 peut parfois être considéré comme un procédé de nettoyage écologique puisqu’il permet, parfois, de s’affranchir de l’utilisation de produits chimiques agressifs ou corrosifs traditionnellement utilisés dans le monde de l’industrie (détergent, acétone, javel …).

Enfin, il convient de rappeler que le rinçage, le séchage et l’essuyage des éléments restent des étapes importantes du processus de nettoyage notamment en fonction de la solution aqueuse utilisée mais aussi des contraintes environnantes (environnement stérile par exemple). Des lingettes en microfibre sont d’ailleurs spécifiquement conçues pour ces applications.

Ne laissez pas non plus la solution liquide stagner trop longtemps dans le réservoir. Si vous ne projetez pas de vous en servir rapidement pensez à le vidanger. En fonction de la capacité du réservoir, un robinet de vidange  peut être prévu à  cet effet.

Principe de fonctionnement d’un bac à ultrasons

Les solutions liquides pour bacs à ultrasons

De nombreux utilisateurs de bac a ultrason privilégient l’eau déminéralisée adjointe ou non de liquide vaisselle ou le vinaigre blanc comme solution de nettoyage du fait de leur faible coût et de leur efficacité avérée dans d’autres domaines.

Malgré tout, la solution liquide utilisée dans un bac à ultrasons joue un rôle important dans le processus de nettoyage et l’ajout d’additifs permet souvent d’avoir de bien meilleurs résultats et auront souvent une action plus spécifique comme le dégraissage, le décapage ou le détartrage.

Les produits de nettoyage sans solvants, utilisés dans un appareil à ultrasons, sont par ailleurs limités dans leur capacité à dissoudre les éléments et la saleté 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 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.