L'écumeur 

traduction par Roland de What is skimming

L'écumage est une méthode de purification qui est utilisée par de nombreux aquariophiles récifaux. L'appareil utilisé est un écumeur, son but essentiel est d'exporter la matière organique dissoute ou particulaire hors de l'aquarium avec un effet secondaire bénéfique essentiel: augmenter l'aération. De tels appareils ont été utilisés au niveau industriel , pour la purification des protéines par exemple, depuis de nombreuses années et des centaines d'articles scientifiques ont été écrits sur leurs utilisations.

Cet article a pour but d'expliquer aux aquariophiles le fonctionnement de l'écumeur au niveau moléculaire. Comme les différents écumeurs varient au niveau de la conception et que leur technologie est en constante évolution, cet article ne va pas vous dire quel est le meilleur. Dans un précédent article, Franck Marini a décrit de nombreux types d'écumeurs et examiné les principes de fonctionnement.

Cet article va s'intéresser plus en détail aux principes physiques permettant l'écumage. Il va aussi permettre d'aider les aquariophiles à comprendre ce qui est et n'est pas retiré par l'écumage et si une supplémentation spéciale est nécessaire lorsqu'on écume. Il aidera les indécis quant à l'utilisation de l'écumeur et la manière de l'utiliser.

Pourquoi exporter la matière organique?

 Les composés organiques sont décrits par les chimistes comme des composés contenant du carbone et de l'hydrogène, mais ils peuvent contenir d'autres atomes supplémentaires. Ils contiennent souvent de l'azote(N) et du phosphore(P), donc l'écumage et le retrait de la matière organique à le gros avantage d'exporter ces composés avant qu'ils ne soient cassés sous formes de nitrates ou phosphates. Beaucoup d'organismes,des poissons aux bactéries, trouvent dans la matière organique une source d'énergie et rejettent l'excès d'azote et de phosphore inutile à leur croissance. Dans beaucoup de cas en aquarium,ces rejets vont faire croitre les nitrates et les phosphates soit par excrétions directes soit sous forme d'ammoniaque,d'urée, ou de composants contenant de l'azote qui finiront sous forme de nitrates après l'action de bactéries.

 De nombreux métaux, comme le cuivre par exemple, sont fortement liés aux molécules organiques dans l'eau de mer. Si ces composés metallo-organiques sont écumés,cela peut être bénéfique si le métal est présent en quantité indésirable(comme un surdosage accidentel en cuivre) , ou non souhaité (si les concentrations en métaux sont en dessous des limites inférieures).

Le terme composé organique comprend de nombreuses choses: des sucre, amidon, protéine, ADN, graisse jusqu'à l'essence, les pneus automobiles, les comptoirs en corian, la super glue, les claviers d'ordinateur, les aquariums en acrylique. Les plus importants pour les aquariophiles sont les composants de dégradations organiques qui vont tendre à s'accumuler dans l'aquarium ,ou ceux qui vont poser des problèmes d'une autre manière. Les toxines relâchées par les coraux ,et autres organismes,par exemple , sont des composés organiques. Les composants qui colorent l'eau en jaune dans les systèmes fermés le sont aussi. Beaucoup de ceux-ci peuvent être éliminés par l' écumage.

 Un bénéfice substantiel peut être obtenu en éliminant ces composés et l'écumage est un des meilleur moyen pour le faire(une bonne méthode est l'utilisation du charbon actif ou de l'ozone).

Principes de base impliqué dans l'écumage

Avant de rentrer dans les détails ,quelques définitions chimiques importantes

Hydrophobie,hydrophilie

Les molécules,comme les molécules organiques trouvées dans l'eau de mer ,sont décrites comme étant soit hydrophobes soit hydrophiles. Hydrophobe veut dire fuyant l'eau, Hydrophile aimant l'eau.

Quelques exemples de molécules hydrophobes: méthane, huile, graisse, cholestérol, la plupart des molécules de l'essence(par exemple l'hexane), certaines vitamines(A,D,E,K), les gaz réfrigérants(CFC). Ils ne se mélangent pas ou ne se dissolvent pas dans l'eau de manière importante.

Quelques exemples de molécules hydrophiles: eau, sel, sucre, alcool,éthylène-glycol(antigel), glycérine, ammoniaque,la plupart des acides aminés(ex glycine), certaines vitamines(B,C),et quasiment tous les composants inorganiques. Toutes ces molécules sont beaucoup plus solubles dans l'eau que dans l'huile.

Il y a en fait une continuité dans les molécules, de la plus hydrophobe à la plus hydrophile, il est donc rarement correct de dire qu'une molécule est soit totalement hydrophobe soit totalement hydrophile. Quelques molécules sont au milieu comme l'aspirine,les phénols, beaucoup de parfums,et l'acétone.

Certaines grosses molécules organiques ont des portions qui sont hydrophiles et d'autres portions hydrophobes. Les acides gras, la plupart des protéines, les savons et détergents et une grande variétés de molécules biologiques rentrent dans cette catégorie. Ils sont souvent appelés amphiphile (à ne pas confondre avec amphotère qui signifie à la fois acide et basique,comme le bicarbonate par exemple)

 Fonctionnement de base de l'écumeur:

L'écumeur fonctionne en commençant par générer une grande interface eau/air. Tous les écumeurs pour l'aquariophilie font cela sous la forme de bulles d'air mélangées dans l'eau, bien que la ligne de séparation entre les bulles d'air dans l'eau et les gouttes d'eau dans l'air soit floue dans quelques écumeurs. Une autre configuration comme l'interface eau/air à la surface de l'aquarium peut aussi être utilisable pour l'absorption des molécules organiques. Les molécules qui sont hydrophobiques ou amphiphiles vont s'accumuler à cette interface pour des raisons expliquées plus loin(figure 1). Un film gras en surface est un parfait exemple de cette absorption à l'interface eau/air. En fonction de l'épaisseur du film, on peut avoir une couche monomoléculaire avec une partie des molécules organiques plongées dans l'eau et une autre partie orientée vers l'air. Des couches plus épaisses peuvent se former, certaines molécules orientées vers l'eau, d'autre purement dans la phase huileuse et les dernières orientées vers l'air. L'interface des nouvelles bulles créées collecte ainsi les molécules organiques. Il y a bien sûr des molécules organiques hydrophiles qui ne seront jamais attirées par l'interface eau/air et ne seront jamais écumées

Figure 1: Schéma des bulles d'air(en blanc) dans l'eau(en bleu). Après un certain temps,

les molécules amphiphiles dans l'eau (en rouge) sont absorbées à l'interface eau/air

Quand les bulles commencent à se toucher (simplement sous l'influence de la gravité qui les dirige vers le haut de l'écumeur),elles interagissent entre elles et forment la mousse. La mousse se forme lorsque les bulles se rapprochent étroitement et que l'eau entre celles-ci se draine. La mousse qui en résulte est constituée de poches d'air entourée d'une couche de molécules organiques à l'interface eau/air. Plus l'eau va se drainer, plus sèche sera l'écume ( plus fine sera la couche d'eau entres les bulles d'air enrobées de molécules organiques). Cette écume partiellement drainée,qui contient encore de l'eau avec des molécules organiques, pourra être collectée et éliminée.

 Pour que le rendement soit maximal, l'écumeur doit respecter les règles suivantes:

1/ une interface eau/air importante doit être générée

2/les molécules organiques doivent pouvoir se collecter à l'interface

3/les bulles formées doivent pouvoir se rejoindre et former la mousse

4/l'eau de la mousse doit être partiellement drainée sans que les bulles éclatent prématurément

5/la mousse asséchée doit être collectée et éliminée.

Première étape:l'interface air eau

Pourquoi faut-il une interface importante? Pour répondre à cette question,il faut comprendre pourquoi les molécules organiques sont absorbées à cette interface. La raison fondamentale est que l'interaction entre 2 molécules d'eau est beaucoup plus forte que l'interaction entre une molécule d'eau et une molécule hydrophobe comme l'huile. L'eau forme des ponts hydrogène avec d'autres molécules d'eau et certaines autres molécules hydrophiles mais pas avec l'huile. Cette interaction entre les molécules d'eau est très forte et a un impact important sur les propriétés de l'eau. Ainsi, si une molécule d'huile est plongée dans l'eau,elle va se retrouver dans le chemin des molécules d'eau qui veulent interagir les unes avec les autres. L'huile va donc être rejetée vers la surface pour éliminer cette interférence car les molécules d'eau en surface n'ont pas de molécules au dessus d'elles avec qui elles pourraient créer ces ponts hydrogène. Cet effet est appelé effet hydrophobe même si il est dû aux ponts hydrogènes.

Si la molécule hydrophobe est une molécule d'huile ,alors toutes les molécules qui sont rejetées vers l'interface vont s'agglomérer et constituer une seconde phase huileuse, c'est ce qui est observé lorsque l'on ajoute de l'huile d'olive dans l'eau par exemple. Le pôle hydrophile des molécules amphiphiles continuera lui d'interagir avec les molécules d'eau (formation de ponts hydrogène). Le mieux que ces molécules puissent faire est de rejeter leur partie hydrophobe hors de l'eau laissant leur partie hydrophile en contact avec l'eau.

En pratique, la plupart des molécules organiques présentes dans l'eau de mer ( en fait la plupart des molécules organiques naturelles) sont amphiphiles, la majorité du reste étant hydrophile. Il y a relativement peu de molécules organiques naturelles qui sont purement hydrophobes. La plupart des molécules très hydrophiles ne sont pas éliminées par l'écumeur, comprendre comment réagissent les molécules amphiphiles dans l'écumeur est la clé de son fonctionnement. Une des raisons pour lesquelles l'écumeur est souvent appelé écumeur de protéine est que beaucoup de protéines sont amphiphiles. Leur partie interne est constituée essentiellement d'acides aminés hydrophobes, leur couche externe étant formé principalement d'acides aminés hydrophiles. Quand elles sont dissoutes dans l'eau, seule la couche hydrophile est en contact avec l'eau. Lorsqu'elles sont en contact avec l'interface eau/air (ou un autre corps hydrophobe) les protéines peuvent modifier leurs formes et présenter leurs parties hydrophobes à l'interface. Elles sont de cette manière facilement attirées vers l'interface.

Quelle quantité est absorbée à l'interface?

Quelle conséquence pour notre écumeur? Une seule couche de molécules amphiphiles peut se former à l'interface eau/air, avec leur partie hydrophile plongée dans l'eau et leur partie hydrophobe tournée vers l'air. Malheureusement pour l'aquariophile une telle couche est très fine. Une seule couche de savon(dans une bulle) contient environ 5 10¹⁴ molécules par centimètre carré, ce qui correspond à environ 0,0025g /m². Enlever 1g de savon va nécessiter la génération de 400m² d'interface eau/air. Certains facteurs peuvent changer significativement ce chiffre mais on comprend pourquoi il nous faut générer d'aussi grandes surfaces d'interface eau/air. Comparons simplement ce chiffre avec la surface d'un aquarium classique de 300l (0,5m²), une couche de molécules organiques en surface ne pèserait qu'approximativement 0,002g alors que les apports en nourriture sont des milliers de fois supérieurs .

Comment générer l'interface eau/air

Le but du jeu dans l 'évolution des écumeurs commerciaux a été de développer des méthodes éprouvées pour générer de grande quantité d'interface eau/air. Toutes les méthodes capables de mélanger l'eau et l'air avec formation de fines bulles peuvent marcher. Plus la bulle d'air sera petite, plus grande sera la surface de contact. Pour une sphère, la surface est proportionnelle au carré du rayon(s=4πR²) alors que le volume est proportionnel au cube du rayon (v=(4/3)πR³). Une bulle d'air de 1mm de diamètre contient 0,52mm³ de gaz et à une surface de 3,1mm². Mille bulles de 0,1mm de diamètre auront toujours un volume de 0,52 mm³ mais la surface totale sera de 31mm² soit dix fois plus. En pratique une limite minimale de taille bulle est nécessaire dans l'écumeur. Une bulle de trop petite taille ne pourra pas rejoindre la surface pour être récupérée. C'est facilement visible dans un aquarium marin. Si vous secouez un objet dans l'eau, vous formerez quelques larges bulles qui vont rejoindre la surface rapidement et de petites bulles qui remonteront beaucoup plus lentement.

La conception d'un écumeur est donc un compromis entre la taille des bulles et leur temps de remontée. D'un point de vu purement académique, il n'est pas essentiel de générer l'interface sous forme de bulles d'air dans l'eau. Des gouttes d'eau dans l'air (technique employée par certains écumeurs) ou même une surface plane renouvelée rapidement seront aussi efficaces. Pour des raisons pratiques, surtout en relation avec la collecte et l'élimination de l'écume, la méthode des bulles d'air dans l'eau semble être la meilleure solution.

Qu'est ce qui se collecte à l'interface et pourquoi?

Comme nous l'avons vu plus haut, les molécules hydrophobes sont repoussées vers l'interface à cause des ponts hydrogènes. Il reste néanmoins certaines questions en suspend:

1/pourquoi l 'écumeur marche mieux en eau de mer par rapport à l'eau douce?

Il y a deux raisons fondamentale à cela. La première est la moindre solubilité des composés organiques et plus particulièrement les composés hydrophobes. Parce que de nombreux composés sont moins solubles dans l'eau de mer, ils sont plus facilement repoussés à l'interface eau/air et collectés sous forme de mousse.

La seconde raison concerne la formation des bulles et leur coalescence. Les bulles d'air sont plus petites en eau de mer qu'en eau douce. Les raisons ont été discutées dans la littérature scientifique mais les raisons exactes ne sont pas connues avec certitude.

Malgré cela il n'est pas impossible d'écumer de l'eau douce.

2/les molécules inorganiques sont-elles éliminée?

Peu de molécules inorganiques naturelles vont être absorbées à l'interface. Presque tous les composés inorganiques sont fortement polaires, chargés électriquement, ce qui va les repousser de l'interface pour les même raisons que les molécules hydrophobes y sont attirées. Ces composés inorganiques interagissent avec l'eau souvent de façon plus forte que l'eau elle même. Lorsqu'elle viennent à la surface de l'eau, cela crée une situation instable qui les renverra rapidement sous la surface.

Beaucoup de composés inorganiques sont cependant complexés à des molécules qui sont écumées.

Le cuivre par exemple est dans l'eau de mer complexé à plus de 99% à des molécules organiques comme l'acide humique ou des protéines (fig 2) . Si ces composés sont absorbés à l'interface, le cuivre le sera aussi. Les études sur la composition de l'écume sont rares. Une étude publiée montre une grande variabilité d'un cas à l'autre. Cette étude,cependant, semble montrer des concentrations élevées en cuivre (ainsi que le fer ou d'autres éléments métalliques sous forme de traces)par rapport à d'autre ions qui ne sont pas écumés sélectivement, comme le magnésium ou le sodium.

fig 2: dessin d'un ion cuivre (Cu⁺⁺ en rouge) 

chélaté dans un acide humique(en vert)

Les ions inorganiques peuvent aussi être écumés s'ils sont contenus dans des microorganismes (diatomées,bactéries,algues...) qui ont une zone hydrophobe (beaucoup en ont). De tels organismes entiers peuvent être écumés en étant portés à l'interface eau/air comme le sont les molécules organiques. Ils peuvent aussi être capturés par la mousse lorsqu'elle se draine. L'écumage d'organismes entiers est évident pour beaucoup d'aquariophiles qui constatent une coloration verte de l'écume lorsqu'ils mettent du phytoplancton dans l'aquarium.

De nombreux aquariophiles pensent que les iodures sont facilement retirés par l'écumage. Je ne pense pas que cela soit vrai. Il est improbable que l'iode, sous quelque forme inorganique que ce soit (iodure ou iodate), soit retiré en quantité importante. Ces formes ne sont pas attirées à l'interface eau/air, et ne forment pas de liens forts avec les molécules organiques. Cependant de nombreuses molécules organiques contenant de l'iode seront écumées. La transformation des différentes formes d'iode en composés organiques iodés est une des voies par laquelle l'iode est éliminée de la colonne d'eau (une autre peut être l'assimilation par des organismes comme les algues), et l'écumage peut augmenter ce taux d'exportation en éliminant ces composés avant qu'ils ne soient cassés par des bactéries, relarguant ainsi l'iode dans l'eau. L'écumage de micro organismes entiers (bactéries,algues) est une autre façon de retirer de l'iode. L'étude publiée montre une élévation substantielle (plusieurs centaines de fois) de la quantité d'iode totale par rapport aux ions qui ne sont pas écumés sélectivement(comme le magnésium ou le sodium) si on la compare aux concentrations de ces ions dans l'eau de mer.

En général, les nitrites, nitrates et phosphates ne sont pas directement écumés car ils ne sont pas absorbés à l'interface eau/air. L'azote et le phosphore sont cependant facilement éliminés comme faisant partie de molécules organiques qui sont écumées. L'étude publiée montre une élévation de la concentration en azote total (plusieurs centaines de fois )et en phosphore (plusieurs milliers de fois) par rapport aux ions qui ne sont pas écumés sélectivement(comme le magnésium ou le sodium) si on la compare aux concentrations de ces ions dans l'eau de mer.

Ainsi, l'écumage peut effectivement diminuer les concentrations en nitrates et phosphates qui sinon s'accumuleraient dans l'aquarium en exportant des molécules organiques qui sont des précurseurs de nitrates et de phosphates.

Les phosphates peuvent aussi être incorporés dans certaines particules inorganiques comme le carbonate de calcium (CaCO₃) qui peuvent être écumés s'ils sont enrobés de molécules organiques. Bien sur, le calcium, et probablement le magnésium dans ces particules seront aussi éliminés. L'ammoniaque sera éliminé par l'air dans l'écumeur car l'ammoniaque de l'eau est en équilibre avec le gaz ammoniac de l'air et une forte aération pourra l'éliminer en partie.

La concentration de nombreux ions qui intéressent le plus les aquariophiles n'est pas modifiée par l 'écumage car ils ne sont pas attirés à l'interface eau/air et ne sont pas liés aux matières organiques. Il s'agit du calcium, du magnésium, du strontium, des carbonates et bicarbonates,et des silicates. De plus la concentration d'aucun ions majeurs de l'eau de mer ne sera modifiée par l'écumage (chlore,sodium,fluor,bromure, sauf sous forme de composés organiques bromés, les borates et le potassium)

3/Y-a t'-il d'autres composés éliminés

Presque toutes les molécules hydrophobes ou amphiphiles peuvent être écumées dans une certaine mesure. Cette liste comprend les acides aminés, vitamines, protéines, glucides, lipides,beaucoup de combinaison de biomolécules (par exemple, les lipoprotéines, liposaccharides), ARN, ADN, etc Cette liste comprend la plupart, mais certainement pas toutes, des matières organiques. Heureusement, il comprend beaucoup de composés organiques qui conduisent au jaunissement de l'eau des aquariums récifaux. L'écumage peut donc aider à réduire le jaunissement de l'eau de l'aquarium.

De nombreuses toxines et boues formées par les organismes du bac sont éliminées à des degrés divers par l'écumage parce que beaucoup sont amphiphiles. Certaines seront facilement éliminées, d'autre plus difficilement en fonction de leur caractère hydrophile ou hydrophobe. La figure 3 montre l'acide domoique, une toxine fabriquée par les diatomées. Le fait qu'une partie soit hydrophobe (rouge) et l'autre partie hydrophile (vert) suggère qu'il sera facilement éliminé par l'écumage.

Figure 3

Les particules organiques peuvent aussi être éliminées car elles sont souvent amphiphiles. L'élimination des microorganismes a été mentionnée plus haut. L'export de microorganismes peut avoir des effets bénéfiques car il enlève des nutriments de l'aquarium. Une réduction potentielle de niveaux indésirables de bactéries, organismes pathogènes ou algues peut aussi être un bénéfice. D'un autre côté, l'écumage éliminera la plupart des microorganismes, voire des macroorganimes de la colonne d'eau, qui seraient devenus une source d'alimentation pour les habitants du bac (comme les molécules organiques qui peuvent être de la nourriture (tel que les protéines)). On ne connait pas bien l'impact que cela a, mais cela dépend probablement du type d'habitants de l'aquarium et de l'efficacité de l'écumeur.

4/Quelles molécules organiques ne sont pas retirées?

La plupart des molécules organiques fortement hydrophiles ne sont pas retirées. Les sucres simples, l'acétate, l'oxalate, l'alcool méthylique, la choline, citrate, etc resteront dans l'eau. Ils ne sont pas assez attirés à l'interface eau/air. La plupart des molécules chargées ioniquement sont en fait repoussées par l'interface et donc ne sont pas collectées. Heureusement, la plupart de ces molécules sont facilement métabolisées par les bactéries et autres organismes et ne s'accumulent donc pas dans l'eau.

Temps nécessaire à l'absorption

Une fois que l'écumeur a généré une grande quantité de bulles, l'étape suivante doit permettre aux molécules de migrer vers l'interface. Combien de temps cela prend-il? C'est une question importante sans réponse parfaite. La diffusion des molécules dans l'eau peut être lente. Pour de très grandes molécules comme les protéines et des glucides cela peut être très lent. Cela peut prendre des heures à une protéine pour migrer d'une dizaine de centimètres. Heureusement, nous n'avons pas besoin de compter uniquement sur la diffusion aléatoire des molécules organiques. Tous les écumeurs ont des bulles dans un environnement turbulent et elles pourront être transportées par le courant aussi bien que par diffusion vers l'interface. Cependant, la vitesse de l'eau va fortement diminuer en s'approchant de la bulle et la diffusion sera nécessaire pour le trajet final vers l'interface. Le temps nécessaire pour que l'absorption soit complète à la surface de la bulle dépend aussi de la concentration des molécules organiques dans l'eau et même de la composition chimique des molécules organiques présentes.

Cela semble évident que dans une eau chargée en molécules organiques, l'interface sera rapidement occupée. C'est parce qu'elles sont suffisamment nombreuses autour de la bulle pour saturer l'interface. Si la concentration est moindre, les molécules diffusent d'un point de départ de plus en plus éloigné pour saturer l'interface. De plus, les différentes molécules ont une force d'attache à l'interface différente. Celles qui ont une force d'attache plus puissante remplaceront petit à petit celles qui ont une force d'attache inférieure. Ainsi une bulle qui est entièrement saturée peut voir sa composition se modifier au fil du temps. Elle ne va pas cependant augmenter sa charge organique indéfiniment. Pour ces différentes raisons il n'y a pas un temps parfaitement défini pour obtenir la saturation des bulles. Il est donc incorrect de dire qu'il est toujours mieux d'augmenter le temps de contact entre l'eau et les bulles. Cependant le mouvement relatif des bulles par rapport à l'eau est important. Si les bulles bougent à contre courant ou sont dans un environnement turbulent le temps nécessaire à l'absorption sera plus faible que si les bulles vont dans le même sens que le courant car le courant aide à transporter les molécules vers l'interface.

Formation de la mousse et drainage

 Qand l'écumeur contient un grand nombre de bulles recouvertes de matière organique, il faut d'une façon ou d'une autre enlever la surface de la bulle en gardant la majorité de l'eau qui entoure les bulles. La meilleure manière pour cela est de permettre aux bulles de créer de la mousse. La mousse va se former quand les bulles vont s'accumuler et interagir entre elles. La mousse va commencer à s'assécher sous l'effet de la gravité qui va enlever une grosse partie de l'eau entre les bulles. Certaines bulles vont fusionner entre elles pour donner des bulles plus larges. Tant que les bulles n'éclatent pas sous l'effet d'un assèchement trop important, les matières organiques vont rester dans la mousse avec un peu d'eau résiduelle. Eventuellement, la concentration en matière organique à la surface de l'écume peut dépasser la solubilité dans l'eau de celle-ci et de petites particules de matière organique peuvent se former. Ce sont ces particules que les écumeurs collectent avec la matière organique dissoute dans l'eau ou attachée à l'interface eau/air. 

Ecume sèche ou humide? 

Le drainage de l'écume est une étape critique pour la plupart des écumeurs. Un problème lors du drainage est que des molécules organiques repartent avec l'eau drainée. Il y a toujours un équilibre entre les molécules en solution et celles attachées à l'interface. Au fur et à mesure du drainage,une partie de la matière organique est perdue. En outre, certaines bulles éclatent et la matière organique se retrouve dans l'eau, la concentration locale en matière organique de l'eau entre les bulles peut donc devenir nettement supérieure à la concentration de l'eau de l'aquarium. Pour cette raison, l'écumage le plus efficace, en terme de matière organique totale supprimée, le sera avec une écume assez humide plutôt que d'attendre que celle-ci s'assèche. La principale différence entre l'écume sèche et humide est la quantité d'eau et les matières organiques dissoutes éliminées avec cette dernière. Une écume sèche sera plus efficace si on se réfère au rapport matière organique/eau enlevée. Le réglage de l 'écumeur doit permettre de choisir un juste milieu entre enlever beaucoup d'eau et beaucoup de molécules organiques ou moins d'eau et moins de molécules organiques. 

L'éclatement des bulles 

D' autres phénomènes gênants arrivent lors du drainage de l'écume et ils réduisent les performances de l'écumeur. Un de ceux ci est l'addition de produit dans l'eau qui vont faire éclater les bulles prématurément. De l'huile en excès peut, par exemple provoquer cela.

Quand une goutte d'huile tombe dans l'aquarium, elle arrive rapidement dans l'écumeur. Une goutte d'huile pure est fortement hydrophobe de tous les cotés. Elle va s'intercaler entre les bulles d'air pour minimiser sa surface de contact avec l'eau (fig 4). Une fois le pont établi entre les bulles d'air, les molécules amphiphiles de l'interface eau/air de la bulle vont migrer le long de l'interface entre l'huile et l'eau et vont créer une ligne continue le long de cet interface eau/huile qui connectera les bulles ensemble. Quand ces molécules amphiphiles sont en place, l'interaction est instable. La tension superficielle tire sur la goutte d'huile (figure 5) entrainant une rupture de bulle sur le site de la goutte d'huile, les bulles se combinant ou éclatant complètement.

Fig 4

 Fig 5 

L'éclatement des bulles dans l'aquarium marin 

Cet effet peut facilement être observé dans l'aquarium. L'une des causes connues de la plupart des aquariophiles marins est les corps gras présent sur la peau de nos bras. Lorsque l'on trempe les bras dans l'eau, l'action de l'écumeur s'arrête presque complètement car l'éclatement des bulles prédomine par rapport à la formation de la mousse. L'éclatement va continuer jusqu'à ce qu'une partie de ces corps gras soit retirée. L'huile peut être aussi retirée par éclaboussement au dessus de la surface de l'écume, par formation de mousse petit à petit, par formation d'émulsion dans l'écume avec formation de très très petites gouttes ne touchant plus de bulles d'air, s'attachant à des objets solides, consommée par les microorganismes du bac ou éventuellement dissoute dans l'eau du bac. De nombreuses nourritures utilisées par les aquariophiles provoquent des effets similaires.

D'autres choses peuvent provoquer l'éclatement des bulles; des supplément en acides gras(selco), des solides hydrophobes. De fines particules de charbon actif, du sable, des précipités inorganiques, des particules d'hydroxyde de fer, une fois entourés de composés organiques peuvent provoquer la rupture de la mousse d'une manière analogue à celle décrite pour l'huile. 

Récupération de la mousse 

Une fois l'écume drainée, elle doit être récupérée et retirée du système. La plupart des écumeurs le font en permettant à la mousse créée d'être poussée jusqu'à un certain seuil où elle sera recueillie. Ce processus est simple, et c'est surtout un problème technique, par opposition à un problème chimique. La chose la plus délicate pour l'efficacité est d'équilibrer la création de mousse, le drainage et la collecte. 

Ecumeur et ozone 

L'effet de l'ozone sur l'écumage semble varier, mais la plupart des gens utilisant des écumeurs modernes observent un écumage moins important lorsque l'ozone est utilisé. Comme je l'ai détaillé dans un précédent article, l'ozone casse les molécules organiques en des molécules plus petites et plus hydrophiles qui sont plus facilement biodégradées. L'ozone est nécessaire pour initier la réaction et les bactéries de l'aquarium vont terminer le processus de dégradation en l'intégrant à leur métabolisme. Les grosses molécules d'acide humique sont ainsi cassées en plus petite par ozonisation et de ce fait deviennent plus facilement métabolisables.

L'écumage est un phénomène complexe avec de nombreuses subtilités. Il y a quelques années, on proclamait que l'ozone accroissait l'écumage et je disais alors que je ne voyais pas comment cela pouvait se produire. La plupart des composés organiques trouvés en quantité importante dans l'aquarium récifal sont transformés en composés plus hydrophiles et donc moins écumables après réaction à l'ozone. La figure 6 montre par exemple comment un acide gras (l'acide oléique) qui est facilement écumable est transformé en composés plus hydrophiles qui ne seront pas aussi facilement écumables car moins attirés à l'interface eau/air.

Fig 6

 Une petite partie des molécules organiques dans l'aquarium récifal peut devenir plus écumable si par exemple elles deviennent plus hydrophobes après réaction avec l'ozone. Elles peuvent aussi devenir plus écumables si elles sont totalement hydrophobes avant l'action de l'ozone et deviennent amphiphiles après, devenant ainsi plus facilement absorbés à l'interface eau/air .

Existe t-il d'autres voies qui pourraient expliquer l'augmentation de l'écumage par l'ozone hormis les 2 précédentes ? J'ai suggéré dans un précédent article que cette augmentation pourrait être due à une augmentation de la croissance des bactéries(dans l'eau ou sur les surfaces) et peut être aussi au relargage de molécules organiques durant cette croissance, expliquant ainsi le meilleur écumage observé par certains aquariophiles.

Il semble que l'opinion actuelle ait changé et que maintenant la plupart des aquariophiles notent une diminution significative de l'écumage lorsqu'ils utilisent l'ozone. Beaucoup disent même que l'écumeur s'est presque arrêté après l'ajout d'ozone. Pourquoi cette opinion diffère-t-elle du passé? C'est difficile à dire mais cela peut dépendre du type et de la qualité des écumeurs disponibles actuellement aussi bien que dans des pratiques de maintenances différentes. De toute façon, l'expérience actuelle de nombreux aquariophiles aujourd'hui penche pour une diminution de l 'écumage, et la raison supposée est que les molécules organiques sont chimiquement moins écumables lors de l'utilisation de l'ozone. La matière organique résiduelle sera retirée de manière plus importante par consommation par les bactéries qu'avant l'utilisation de l'ozone. 

Aération et écumeur 

Un des effets positifs les plus importants de l'écumeur est sa capacité en général à bien aérer l'eau. La surface entre l'air frais et l'eau est une bonne zone d'échange gazeux. Bien que la plupart des aquariophiles pensent que leur bac est bien aéré du fait du brassage important, ce n'est cependant pas souvent la réalité. L'oxygène et le gaz carbonique sont consommés et produits en grande quantité dans l'aquarium et l'équilibre peut basculer vers des niveaux trop bas en oxygène ou des pH inacceptables(dûs à des niveaux trop hauts ou trop bas de gaz carbonique).

Eric Borneman a montré à l'aide d'un oxymètre, que le niveau d'oxygène dans un aquarium peuplé de poissons clowns reste beaucoup plus haut, en particulier la nuit, que dans le même aquarium sans écumeur.

En l'absence d'oxymètre, les effets d'une aération incomplète sont plus facilement observable via le pH. Du gaz carbonique se retrouve en excès la nuit dans de nombreux aquariums, abaissant le pH. Parallèlement, les effets de la photosynthèse et quelquefois l'utilisation d'additifs pour augmenter le pH (comme l'eau de chaux) vont faire baisser le gaz carbonique dissout et augmenter le pH. Si l'aération du bac était parfaite, il ne devrait pas y avoir de variation lors du nyctémère. Pourtant, la plupart des aquariophiles notent un pH plus haut à la l'extinction de la lumière, ceci est l'effet d'une aération incomplète.

Il y a quelques années, lors d'expérience avec mon écumeur (ETS 800 Gemini pour un aquarium de 340 litres), je l'ai coupé pendant plusieurs mois pour voir quels étaient les effets de cet arrêt (jaunissement de l'eau, moyenne d'augmentation du pH,augmentation de la fourchette de pH au cours de la journée). L'effet le plus manifeste a été une augmentation globale du pH de 0,1 à0,2 unité. En fait, cela approchait de 8,5 la plupart du temps. C'est parce que j'utilisais de l'eau de chaux pour maintenir le kH et le calcium, la plus grande partie de l'augmentation étant due à l'utilisation du gaz carbonique par l'hydroxyde : OH^- +CO₂ ---->HCO₃^- .

Sans une aération supplémentaire apportée par l'écumeur, l'apport en gaz carbonique n'est pas suffisant dans l'aquarium. Même si l'aération est l'unique bienfait sur l'aquarium, il est d'importance. 

Supplémentation et écumeur 

Une question souvent posée par les utilisateurs de l'écumeur est la nécessité de supplémenter ce qui est exporté par l'écumeur. La même question se pose lors de l'utilisation de charbon actif. Peu de données sont disponibles sur la biodisponibilité de certains éléments traces métalliques dans les aquarium marins. Des éléments comme le cuivre par exemple, auront un concentration dans l'aquarium supérieure à la concentration naturelle (à cause de l'alimentation) mais ils seront fixés à la matière organique ce qui réduira leur disponibilité pour les organismes marins. Même si la supplémentation de ces métaux est en général bénéfique pour l'aquarium, le rapport avec l'écumage n'est pas clair. L'aquarium peut bénéficier d'un abaissement de la concentration de certains métaux grâce à l'écumeur et en rajouter peut être contre productif. En général, ma recommandation est de ne pas faire de supplémentation avec une exception: le fer. Beaucoup d'aquariophiles ont une croissance des macroalgues plus importante (dans l'absolu et par rapport aux microalgues) lorsqu'ils ajoutent du fer. Il semble que l 'écumeur augmente les besoins en fer, bien que cela ne soit pas clair. 

L'écumeur ne modifie pas les besoins en calcium et en alcalinité de l'aquarium récifal ni les besoins en magnésium. L'écumage ne nécessite pas d'apport d'iode, bien qu'il puisse exporter des formes organiques d'iode. L'apport d'iode n'est pas nécessaire car il n'y a pas d'effet bénéfique démontré sur beaucoup d'organismes d'aquarium marins et car il est apporté par les nourritures d'origine marine. L'écumeur n'augmente pas non plus les besoins en strontium, car il n'est pas beaucoup fixé aux molécules organiques et qu'il ne semble pas nécessaire d'en ajouter dans la plupart des cas.

J'ai résumé mes recommandations pour les supplémentations dans cet article et je ne pense pas que l 'écumeur modifie significativement ces recommandations. 

Salinité et écumeur

 L'écumage peut modifier la salinité, cela dépend comment l'écume est remplacée. La plupart des aquariophiles trouve que la salinité de l'écume est équivalente à celle de l'aquarium. Certains la trouvent un peu plus élevée, d'autres un peu moins, cela étant probablement dû à la façon dont l'écume s'évapore ou se condense dans l'écumeur avant la mesure. Pour ceux que ça intéresse, la meilleure façon de mesurer la densité de l 'écume est l'utilisation du conductivimètre, car le réfractomètre et les densimètres flottants voient leurs valeurs modifiées par la richesse de l'écume en molécules organiques.

Si l'écume est remplacée par de l'eau douce, par un système automatique par exemple, la densité va lentement baisser. Si l'écume est remplacée par de l'eau de mer, l'impact sur la densité sera négligeable. Une écume humide remplacée par de l'eau de mer est une bonne façon de faire des changements d'eau.

Conclusion 

L'apparition d'écumeurs performants a mis fin à la quête de la réduction des matières organiques dissoutes dans l'aquarium. L'écumeur augmente l'aération de l'eau, aidant potentiellement à maintenir un niveau adéquat d'oxygène la nuit et prévenant le pH de diminuer trop bas ou de monter trop haut à cause d'un mauvais équilibre entre le gaz carbonique dissout et le gaz carbonique atmosphérique. L'élimination de composés organiques à probablement des effets bénéfiques comme l'élimination de toxines, la réduction du jaunissement de l'eau et la réductions des précurseurs des nutriments qui peuvent augmenter la pousse des algues. Ce retrait de molécules organique peut aussi être néfaste en retirant par exemple de la nourriture pour certains organismes. Je pense que l'écumeur est un gros bénéfice pour les bacs récifaux mais chaque aquariophile doit jugé par lui même, des données supplémentaires dans le futur, précisant quelles sont les molécules organiques retirées et quel est l'effet de ce retrait, pourront faire pencher la balance d'un coté ou de l'autre.

 Récifalement.

Les erreurs de traduction et les fautes 'd'ôrtografe' me seront j'espère pardonnées.
Roland