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L'Ionisation négative de l'air
PRINCIPES FONDAMENTAUX APPLICATIONS ______
Document remis au Ministère français de la Santé Délégation Générale à la Santé - Juin 1993 Actualisation Décembre 2001
I -ETAT DES CONNAISSANCES .
I.1 - PHYSIQUE DES MILIEUX IONISES : GENERALITES . De nombreuses publications ont été consacrées à l'étude des milieux dispersés comportant des charges électriques libres, d'un seul ou des deux signes, en rapport avec la présence éventuelle de particules neutres ou préalablement chargées, dont le spectre granulométrique s'étend de l'ordre du nanomètre à l'ordre de la dizaine de micromètres (Cf. Bibliographie dans les documents joints) . Les premiers travaux fondamentaux, publiés par LADENBURG (Annalen Der Physik en 1930) et PAUTHENIER (C.R. de l'Académie de Sciences en 1932) , énonçaient déjà l'essentiel des résultats qui suivront . Il ressort de la totalité de ces travaux, aussi bien théoriques qu'expérimentaux, un ensemble de conclusions vérifiées et acceptées par la communauté des Physiciens . S'il est évidemment impossible d'analyser ici toutes ces publications, il demeure tout à fait possible à l'interlocuteur concerné d'accéder au contenu de la bibliographie très vaste concernant ce domaine. Pour cette raison, j'ai limité le choix des travaux à deux synthèses très complètes, reconnues particulièrement pertinentes, accompagnées des références bibliographiques essentielles . Bien que ces données remontent à plusieurs années, l'analyse des rares travaux plus récents montre que la plupart d'entre eux n'apportent rien de fondamentalement nouveau ou différent ; quelque travaux originaux, fortement documentés, confirment totalement les travaux pionniers et enrichissent ainsi l'aire des applications . Ici encore, il sera loisible de consulter de tels travaux selon le besoin .
I - 1 - 1 - PUBLICATIONS ANALYSEES . I-1-1-1- "Charging and decay of monodispersed aerosols in the presence of unipolar ion sources" - Whitby, Liu & Peterson, Mechan. Eng. Dep. , University Minnesota/Minneapolis - In "Journal of Colloïd Science", 1965,20,585 . Large synthèse autant que mise au point, cette publication est essentielle, tant par la qualité des auteurs, d'audience internationale, que par celle du travail, corroboré par de nombreuses publications dont l'approche est parfois différente mais les conclusions identiques . J'en donne un résumé analytique rapide pour les raisons déjà indiquées . Un certain nombre de faits fondamentaux précis, théoriquement prévisibles, vérifiés par des mesures expérimentales, ressortent en effet de cette publication : I-1-1-1-1- "lorsque des petits ions sont générés en permanence en présence d'un aérosol de particules neutres (non chargées), les particules acquièrent très rapidement une charge de même signe due à la diffusion des ions vers les particules . La précipitation de l'aérosol survient alors avec un taux dépendant de la densité totale de charge des petits ions et de la mobilité des particules chargées" (page 589) . I-1-1-1-2- "décroissance d'un aérosol atmosphérique naturel en présence d'une source unipolaire" (figure 5, page 595) : confirme la décroissance exponentielle de la concentration d'un tel aérosol chargé (ici négativement) . I-1-1-1-3- "La demi-vie d'un aérosol (chargé) est très brève lorsqu'une haute concentration ionique est maintenue" (page 595) .De plus cette demi-vie est légèrement plus brève avec une charge positive pour des particules de diamètre < ou = O,26 mm , mais légèrement accrue au delà de ce diamètre, par rapport aux demi-vies de particules identiques à charge négative . Par ailleurs "la mobilité des particules décroît avec leur taille jusqu'à un minimum pour environ 1mm , et croit ensuite pour des particules de taille supérieure" (page 597) . Ce fait est une conséquence directe de la charge totale acquise par une particule, charge croissante avec la taille de cette particule . I-1-1-1-4- "Charge d'une particule en fonction de sa taille" (figure 6, page 598), résultats de mesures expérimentales . Ces mesures, qui confirment les prévisions théoriques, montrent que la charge acquise par une particule initialement neutre - ou neutralisée - varie très fortement avec la taille (le "diamètre") de cette particule, et aura donc une influence prépondérante sur les paramètres de précipitation . I-1-1-1-5- "Les résultats (expérimentaux) indiquent que la charge acquise par les particules est quelque peu plus élevée pour les ions négatifs que pour les ions positifs" (page 597). Ceci est en relation avec la plus grande mobilité moyenne des ions négatifs et la probabilité accrue de capture qui en résulte . I-1-1-1-6- RESUME ET CONCLUSIONS (pages 599 et 600). Les mesures expérimentales ont porté sur des aérosols naturels, hôtes habituels de l'atmosphère, ainsi que sur des aérosols artificiels de dimensions choisies dans un large spectre (28 nm à 3,6 mm) . Les trois sources ioniques utilisées délivraient des courants compris entre 100 nA et 3,6 mA . Pour un courant atteignant au moins 2,7 mA , et des particules de diamètre inférieur à 1 mm , la charge mesurée est restée en bon accord avec le résultat prévu par l'équation de White, pour le produit N.t = 107 .Pour des diamètres supérieurs, la valeur mesurée était légèrement inférieure à la valeur calculée . Les différences relevées entre valeurs calculées et valeurs mesurées, généralement en bon accord, ont été plus sensibles dans le cas des générateurs à "aiguilles" : dans ce cas , en effet, la théorie ne tient pas compte de la perturbation causée par le champ électrique élevé au voisinage des aiguilles . En conclusion "les résultats indiquent qu'une source permanente d'ions placée dans un lieu précipite une quantité significative d'aérosols, et dans un certain nombre de circonstances peut être un moyen efficace de purification de l'air" (page 600) .
I-1-1-2- "On the Theory of Charging of Aerosols by Unipolar Ions in the Absence of an Applied Electric Field" - Liu, Whitby and Yu - Particle Technol. Labor. , Depart. Mechan. Engin. , Univers. Minnesota/Minneapolis . In "Journ. of Coll. and Interf. Science", 1967,23,367 . Publication également essentielle, en ce qu'elle compare les résultats prévus soit par la théorie cinétique des gaz, soit par la diffusion macroscopique, d'une part, aux résultats des mesures expérimentales, d'autre part . Une analyse comparative sévère des résultats, prévus et mesurés, montre finalement que le point de vue de la théorie cinétique offre le meilleur accord avec les résultats des mesures expérimentales . I-1-1-2-1- "Les particules d'aérosols d'un milieu gazeux contenant des ions seront (électriquement) chargées, par suite du mouvement (d'agitation) thermique des ions, et des collisions entre ions et particules" (page 367) . Les paramètres agissant sur la valeur de la charge acquise par l'aérosol sont alors : taille des ions, concentration de ceux-ci dans le milieu environnant, durée d'exposition aux ions, et à un moindre degré, nature et caractéristiques des ions . I-1-1-2-2- "L'effet de charge des particules d'aérosols par les petits ions est un facteur important dans la structure et les caractéristiques des "précipitateurs" électrostatiques (page 367) ...."Il (l'effet de charge) est également d'une importance considérable dans l'équilibre ionique de l'atmosphère, puisque le mécanisme d'acquisition de charges affecte à la fois le déplacement (l'expulsion) des petits ions produits par les radiations ionisantes et la distribution statistique résultante des charges électriques sur les particules aérosols" (page 367). Après avoir détaillé les calculs basés sur la théorie cinétique et rappelé le bon accord entre les résultats ainsi calculés et les résultats des mesures expérimentales, les auteurs rappellent les insuffisances notoires du modèle de diffusion macroscopique . I-1-1-2-3- CONCLUSION (page 376) . L'acquisition de charges par un aérosol a été examiné du point de vue de la théorie cinétique, en l'absence de champ électrique appliqué aux charges. Les résultats mesurés sont alors en bon accord avec la théorie . La vitesse moyenne mesurée des ions est de l'ordre de 120 m/sec , leur masse "moléculaire" calculée étant alors de l'ordre de 460, correspondant à une mobilité de 1,1.10-4 m2/Volt.sec .Ceci traduit et vérifie le cas le plus habituel d'existence de "grappes moléculaires" constituées d'un ion central autour duquel sont disposées des molécules retenues par leur moment dipolaire (eau en particulier) . De plus l'expérimentation montre que le processus de charge n'est pas affecté par le libre parcours moyen des ions, c'est à dire par la pression du gaz : c'est bien là le résultat annoncé par la théorie cinétique . Enfin, très variable suivant les circonstances, la nature des molécules impliquées n'a pu être exactement précisée, mais ce paramètre s'avère d'importance très accessoire dans tous les cas .
I-1-1-3- THE EFFECT OF THE AEROIONISATION OF AIR ON AEROSOLS IN CLOSED SPACES" - LEHTIMAKI and GRAEFFE - Tempere University of Technology, FINLAND - In "3rd International Symposium on Contamination Control", COPENHAGEN, DENMARK, 1976 . Les auteurs précisent un certain nombre de données, en particulier la constante de décroissance de la formule de LIU et al., et comparent les résultats théoriques et mesurés : l'accord reste excellent eu égard à la difficulté des mesures . Ils insistent sur le fait que les mesures indiquent toujours que l'effet de "purification" est rapide .
I - 1 - 2 - En conclusion des travaux analysés et des références citées, théories et expérimentations permettent dorénavant de confirmer les faits suivants : I-1-2-1- les charges électriques (ions) d'un ou des deux signes, présentes ou introduites dans un milieu gazeux contenant des particules (aérosols) , se fixent sur ces particules suivant des lois ou modalités exprimées correctement par la théorie cinétique des gaz ; I-1-2-2- les paramètres gérant cette fixation sont la densité de charges, la dimension des particules, la durée de présence simultanée des aérosols et des charges, et à un bien moindre degré, la nature ou la structure des aérosols ; I-1-2-3- le mécanisme d'acquisition des charges ne dépend pas du libre parcours moyen des ions (pression) ; I-1-2-4- les ions intervenant dans ces processus sont en fait des "grappes" (clusters) constituées de l'ion initial entouré de molécules diverses, dépendant de l'environnement de l'ion, retenues par attraction dipolaire, dont la "masse moléculaire" équivalente sera "de l'ordre" de 460 et la mobilité moyenne de l'ordre de 1,1.10-4 m2.Volt-1 sec-1 (ion négatif) pour une atmosphère ordinaire . L'acquisition d'une charge négative par l'aérosol est plus rapide et sa valeur finale plus élevée, du fait de sa mobilité supérieure à celle de l'ion positif ; I-1-2-5- la décroissance de la densité de charges (non renouvelées), isolées ou attachées à des particules, suit une loi exponentielle dont les paramètres ne dépendent que de la mobilité des espèces en cause et non de leur nature ; en présence d'une source permanente d'ions, la vitesse de disparition des particules chargées ne dépend, pour chaque mobilité des particules, que de la densité ionique présente; I-1-2-6- ces divers mécanismes interviendront donc directement et en permanence sur les caractéristiques d'une atmosphère, par suite du double mécanisme d'acquisition des charges existantes par les aérosols présents, et de l'expulsion de ces particules chargées vers le sol ou tout autre substrat de capture .
I - 2 - PRODUITS CREES PAR DECHARGE COURONNE : OZONE ET OXYDES D'AZOTE .
I - 2 - 1 - RAPPELS - Ces rappels sont nécessairement succincts . Ici encore, il sera aisé de se reporter aux publications ou monographies traitant de ces domaines . Les sources d'ions - en particulier négatifs - le plus souvent utilisées sont basées sur "l'effet Couronne" : le champ électrique élevé, régnant à l'extrémité d'une pointe portée à un potentiel suffisant, entraîne l'extraction de charges primaires (électrons pour un potentiel négatif), la constitution d'une zone localisée de plasma, l'acquisition par les molécules voisines d'une charge primitive du signe des charges primaires, la constitution de "grappes" par attraction dipolaire et/ou liaisons Hydrogène, l'acquisition d'énergie cinétique (rotationnelle et/ou vibrationnelle) par chocs entre ions et molécules, l'entraînement vers l'extérieur des ions sous l'influence du champ électrique local (source et charge d'espace) , et des espèces neutres excitées ou non par le "vent" électrique créé par le mouvement des ions . A ces mécanismes fondamentaux s'ajoute la production, en quantités extrêmement variables suivant les conditions de production des ions, de deux espèces propres à notre atmosphère : l'ozone O3 et les divers oxydes d'azote NOx . Les deux paramètres essentiels en cause sont le potentiel de la pointe et l'intensité du courant ionique qu'elle émet . Le troisième paramètre, dont l'influence dépend largement des deux premiers, est le taux relatif de l'humidité présente . Deux publications rapportent et résument l'essentiel de nos connaissances sur ce point. Elles comportent une bibliographie très complète du sujet .
I - 2 - 2 - PUBLICATIONS ANALYSEES .
I-2-2-1-"GASEOUS PRODUCTS CREATED BY ELECTRICAL DISCHARGES IN THE ATMOSPHERE AND CONDENSATION NUCLEI RESULTING FROM GASEOUS PHASE REACTIONS" . In "ATMOSPHERIC ENVIRONMENT" - PEYROUS and LAPEYRE. Labor. Elec. Faculté des Sciences de PAU , 1982,16-5,959 . Les auteurs analysent les résultats d'expérimentations faites sur des sources ioniques positives et négatives, de type "pointe-plan", pour des intensités et des humidités relatives diverses. Ils observent un certain nombre de faits essentiels, liés aux paramètres expérimentaux: I-2-2-1-1- "la production des oxydes d'azote a lieu essentiellement pendant les régimes d'étincelles (décharges chaudes) ; elle croît avec l'intensité du courant de décharge, ainsi qu'avec l'accroissement de l'humidité relative" (page 967) ; I-2-2-1-2- "la production d'ozone a lieu principalement pendant le régime de prédécharge (décharge froide) ; elle croît très vite avec l'intensité du courant de décharge ainsi qu'avec le rayon de courbure de la pointe; elle est nettement plus importante pour des décharges positives que pour des décharges négatives (page 962, 963 et 967) ; elle dépend assez peu du taux d'humidité relative pour les décharges négatives "(page 963) . I-2-2-1-3- OBSERVATIONS ET CONCLUSION - Le dispositif expérimental utilisé par les auteurs permet d'observer des effets propres aux champs électriques très élevés accompagnés de forts courants de décharge : faible distance pointe-plaque et potentiel de pointe de forte valeur entraînent une large extension de la zone de plasma , lieu obligé de formation de l'ozone en régime de prédécharge. Les "noyaux de condensation" cités par les auteurs, constitués de molécules (eau, impuretés éventuelles) liées aux ions par moments dipolaires, sont les "grappes" (clusters) cités par les auteurs des précédentes publications : il y a parfaite concordance entre les conclusions des différents travaux .
I-2-2-2 -"TECHNOLOGICAL PARAMETERS THAT INFLUENCE THE PRODUCTION OF OZONE IN A D.C. CORONA DISCHARGE" . In "OZONE SCIENCE & ENGINEERING " - PEYROUS and LACAZE - Faculté des Sciences de PAU , 1985,8,107 . La source ionique utilisée ici est un ensemble fil-tube, destiné à une étude comparative de la production d'ozone suivant la configuration . I-2-2-2-1- "On notera dans cette figure que la production d'Ozone croît lorsque le rayon de courbure de la pointe croît .De plus, d'autres auteurs (cf. Bibliogr.) ont obtenu le même résultat dans l'air sec avec une pointe en or " (page 116) , figure en référence page 118 . I-2-2-2-2- "Hartmann et Gallimberti (cf Bibliogr.) , dans une configuration pointe-plan, ont montré que les molécules neutres (azote ou autres espèces produites par la décharge) , excitées en mode vibrationnel, sont transportées de la pointe à la plaque par le vent électrique, et prennent une part importante dans le transfert d'énergie" (page 125) . I-2-2-2-3- OBSERVATIONS ET CONCLUSION . On rappelle la confirmation expérimentale du rôle joué par le rayon de courbure de la pointe émissive dans la production d'ozone en régime de décharge négative : cette production décroît très rapidement quand le rayon de la pointe diminue . Elle décroît également lorsque le courant de décharge - et par là l'importance du plasma - décroît, confirmant ainsi les résultats constants des travaux antérieurs . On rappelle également la confirmation de l'existence d'espèces neutres entraînées par le vent électrique vers l'électrode collectrice, qui emportent ainsi une part substantielle de l'énergie des charges après collisions .
I - 3 - L'ION OXYGENE O2- , RADICAL LIBRE ETCOMPOSANT CHARGE ESSENTIEL DE L'ATMOSPHERE .
I-3-1- RAPPELS . Les ions négatifs de l'atmosphère existent en fait sous la forme d'ions moléculaires chargés, constitués de grappes "ion négatif/molécules d'eau liées/impuretés". L'ion négatif est ici la molécule d'Oxygène O2-ayant acquis un électron supplémentaire . Or la molécule d'Oxygène dans son état fondamental (ordinaire) est à l'état triplet biradicalaire 3Sg-O2, avec deux électrons pg*(2p) sur une orbitale antiliante . La difficulté de recouvrement des orbitales des substrats habituels (non radicalaires, sauf exceptions ) du milieu vivant et la nécessité d'une forte activation de la molécule d'Oxygène à l'état fondamental en vue des mécanismes d'oxydation, donneront à celle-ci des caractères modérément oxydants protégeant la matière vivante en particulier d'une oxydation brutale et destructrice . L'acquisition de l'électron supplémentaire se fera sur cette orbitale, deux des spins devenant appairés, le 3ème spin demeurant libre et conférant de ce fait à la molécule ionisée O2- un caractère monoradicalaire et une réactivité nettement réduite. Loin d'être un "superoxyde" - qualification contradictoire avec toutes les règles quantiques habituelles - l'ion Oxygène négatif sera de fait un oxydant relativement faible ; dans certains cas, il se comportera même comme un réducteur vis à vis d'espèces chimiques essentielles du milieu vivant, situation conforme à sa configuration quantique dans ses rapports avec ces espèces . C'est la présence conjointe de sources de protons libreset d'un catalyseur qui, en milieu biologique (vacuoles de phagocytose ...) , entraînera l'apparition contrôlée d'un caractère oxydant, par dismutation et création d'Oxygène singulet 1DgO2 , forme oxydante la plus active de O2.
I-3-2- ANALYSE DES PUBLICATIONS .
I-3-2-1- "HOW SUPER IS SUPEROXYDE ? "- In "ACC. CHEM. RES." /AMERICAN CHEMICAL SOCIETY - SAWYER and VALENTINE -Labor. of Chem. University of California ,1981,14,393 . I-3-2-1-1- "Son énergie de solvatation indique qu'il est plutôt du "genre fluor" et qu'il formera avec l'eau des liaisons Hydrogène exceptionnellement fortes"(page 394). I-3-2-2-2- "En milieux privés de protons, l'ion Oxygène négatif O2- est très stable car une dismutation conduisant au dianion peroxyde O22- est hautement défavorable (improbable)" (page 394) . I-3-2-2-3- Etude de réactions de dismutation/oxydation essentielles : page 395 . I-3-2-2-4- Etude des propriétés de "réducteur à un électron" : page 396 . I-3-2-2-5- "Réactions avec les ions métalliques - Réducteur à un électron . L'ion "superoxyde" est un simple réducteur à un électron pour un grand nombre d'ions métalliques et leurs complexes" (page 397) . I-3-2-2-6- CONCLUSION . Une importante Bibliographie accompagne ce travail (114 références) , qui permet de dégager les caractères fondamentaux de la molécule d'Oxygène ionisé négativement : une espèce essentielle à l'exercice de nombreux mécanismes d'oxydoréduction, en particulier dans le milieu vivant, où elle est entre autres le précurseur obligatoire de mécanismes immunitaires de première importance .
I-3-2-2- "FREE-RADICAL PRODUCTION BY RETICULOENDOTHELIAL CELLS" - in "THE RETICULOENDOTHELIAL SYSTEM" - Plenum Publishing Corp. . ALLEN, 1980 . Travail de synthèse sur les problème des radicaux libres vis à vis du milieu vivant, en particulier l'ion Oxygène négatif . L'auteur insiste également sur la fonction d'interface obligé que joue O2- dans de nombreuses réactions biologiques essentielles . Bibliographie comptant 124 références .
I-3-2-3- "PHENOMENES ELECTRIQUES ATMOSPHERIQUES ET ECOLOGIE"- Cours de Physique de l'Atmosphère (extraits), au Certificat International d'Ecologie Humaine , Neuf Universités européennes - Breton J.- Université de Bordeaux-I Sciences , 1976---- (en cours) . Extrait du Cours : Complément : l'Oxygène, molécule "étrange" . Exposé synthétique des propriétés quantiques de la molécule d'Oxygène et de ses dérivés, et de leurs propriétés ou implications dans les processus biochimiques et biologiques .
I-3-2-4- OBSERVATIONS ET CONCLUSIONS . Sujet original mais d'une approche difficile, mettant en oeuvre des caractères quantiques subtils, les propriétés de l'Oxygène ionisé révèlent une véritable "espèce-carrefour" intervenant dans un nombre croissant de réactions d'oxydoréduction essentielles au maintien de la vie, et à sa protection via le système immunitaire . En milieu atmosphérique, où l'eau est habituellement présente, l'ion négatif existera donc presque uniquement sous sa forme solvatée avec une réactivité réduite et, sans rien perdre de ses caractères électriques et quantiques fondamentaux, transitera ainsi aisément - via les canaux ioniques spécifiques - à travers les différentes interfaces membranaires (muqueuses externes ou internes) , puis interviendra au titre de ses multiples propriétés .
I - 4 - EFFETS A IMPACT BIOLOGIQUE DES IONS NEGATIFS .
I-4-1- RAPPELS - Il faut avant tout rappeler, ce que montre à l'évidence la Bibliographie, que les nombreux travaux - et sauf exception les principaux - consacrés à ce domaine particulier ont été essentiellement d'origine étrangère . Ceci étant, l'analyse des publications qui suivront révèle trop souvent, contrairement aux précédentes, le manque de données précises caractérisant les appareils et les protocoles utilisés . Ces données sont pourtant tout à fait essentielles et leur absence ou leur imprécision a presque toujours conduit à une grande difficulté de reproduction des expériences citées et des résultats annoncés, avec pour corollaire inévitable une polémique facile, mais stérile et peu honorable, à l'opposé de l'attitude scientifique contraignante mais nécessaire . L'analyse de centaines des mémoires précités, à laquelle je me suis obligé au cours de ces dernières années, m'a conduit - non à porter un jugement de valeur - mais à constater des faits souvent négligés, et cependant passablement évidents et vérifiables : - trop peu de mémoires reposent sur des lois ou données physiques fondamentaux et des protocoles expérimentaux rigoureux, supports obligés en assurant la base de crédibilité; - beaucoup de travaux se contentent de reproduire des expériences antérieures sans enrichissement ou analyse signifiants de l'approche ou des moyens d'acquisition, alors même que ces moyens ne cessent de se développer ; - trop peu d'entre eux ont de ce fait le caractère de nouveauté et de rigueur permettant de conforter des conclusions antérieures lorsque celles-ci peuvent prêter à discussion; - un trop grand nombre d'entre eux révèlent une grave ignorance des données bibliographiques ou des connaissances fondamentales requises en vue d'une discussion objective des résultats . Jointe à des facteurs non rationnels, c'est là probablement la cause profonde des polémiques auxquelles conduit l'extrême difficulté d'approche d'un domaine très complexe étroitement tributaire de disciplines diverses et éloignées .C'est en s'efforçant de tenir compte de ces faits que cette présentation tentera donc de constituer comme les précédentes, à travers quelques publications exemplaires, une brève synthèse des connaissances actuelles du sujet, admises sans restrictions par la communauté scientifique internationale et immédiatement vérifiables . Dans cette perspective, deux catégories de travaux doivent être considérés : - ceux dont les résultats sont directement issus de la stricte application de lois ou faits d'ordre physique, et peuvent de ce fait être tenus pour des acquis définitifs : charge et précipitation de toutes particules, inertes ou vivantes, effets germicides conjoints ; - ceux dont les résultats encore variables, mais cohérents avec les connaissances avancées de la biophysique cellulaire (électrocinétique membranaire, électrocinétique des canaux ioniques, effets quantiques liés aux "nanostructures" entre autres), exigent la poursuite et le développement d'une large investigation.
I-4-2- ANALYSE DES PUBLICATIONS -
I-4-2-1- RESULTATS FONDES SUR DES FAITS D'ORDRE PHYSIQUE-
I-4-2-1-1-"EFFECTS OF AIR IONS ON BACTERIAL AEROSOLS"- PHILLIPS, HARRIS and JONES - U.S ARmy Biological Laboratories . In "Internattion. Journ. of Biometeorology"- 1964 ,8-1,27 . Ce mémoire est d'une particulière importance et d'une totale actualité : l'étude porte en effet sur l'action d'une atmosphère ionisée (des deux signes) sur l'espèce SERRATIA MARCESCENS, bactérie saprophyte connue pour son rôle majeur dans la pathologie infectieuse hospitalière d'opportunité . L'étude statistique des résultats obtenus dans les trois situations-type (sans ions, ions positifs, ions négatifs) met nettement en évidence le double rôle attendu des ions négatifs : précipitation fortement accrue et mort de S. Marcescens . Les auteurs concluent sur l'observation des faits suivants : I-4-2-1-1-1- "Le taux de décroissance de l'aérosol de S. MARCESCENS est d'environ 23%/minute sans ionisation; il passe à 54%/minute avec les ions positifs, et à 78%/minute avec les ions négatifs" (page 35) ; I-4-2-1-1-2- "L'introduction des ions négatifs (non des ions positifs) avant celle de S. MARCESCENS entraîne une nette augmentation du taux de décroissance de S.M. Ceci suggère qu'une différence essentielle existe entre les mécanismes d'action des ions négatifs et positifs sur les aérosols bactériens" (page 35) ; I-4-2-1-1-3- "L'ionisation n'a pas modifié les taux relatifs de particules d'aérosols présentes, en fonction de leur taille, au cours de leur précipitation"(page 35) ; I-4-2-1-1-4- "Les ions positifs ont un effet essentiellement physique (précipitation) sur l'aérosol bactérien . Les ions négatifs ont un effet physique nettement plus intense, auquel se joint un effet biologique (létal)" (page 35) ; I-4-2-1-1-5- "Bien que l'essentiel de l'augmentation de la décroissance (du taux d'aérosol) puisse être attribuée à l'action physique des aéro-ions, l'évidence se répète que les ions chargés négativement, par contraste avec les ions chargés positivement, sont responsables d'une quantité significative de mort biologique de l'aérosol" (page 35) . I-4-2-1-1-6- CONCLUSION - Les résultats rapportés par les auteurs, de même que ceux que rapportent les mémoires cités en Bibliographie, sont totalement cohérents avec les données fondamentales citées plus haut . On ne peut qu'observer et rappeler, au vu de résultats positifs systématiques, le rôle important que peut et doit jouer l'ionisation négative dans les problèmes de micropollution et d'aérocontamination .
I-4-2-1-2- "STUDIES ON THE EFFECTS OF IONIZATION ON BACTERIAL AEROSOLS IN A BURNS AND SURGERY UNIT"- MAKELA, OJAJARVI, GRAEFFE and LEHTIMAKI - Helsinki University Central Hospital, Depart. of Publ. Health Science, Univers. of Helsinki, Depart. of Physics, Tempere University . In "J. Hyg. Camb." 1979,83,199 and Proceed. 4th Internat. Symposium on Contamination Control, Washington, DC . USA. 1978 . Les mêmes remarques peuvent être faite que dans le cas ci-dessus . Malgré la modestie des moyens (sources d'ions) mis en oeuvre, la précarité des moyens d'isolement des sites contaminés et la sévérité de l'aérocontamination, des résultats incontestables sont enregistrés et reproductibles . La conclusion est d'ailleurs clairement exprimée : "As an energy saving method with low running expenses, ionization of the air may prove to be an alternative to increased air ventilation and filtration".
I-4-2-1-3- "THE EFFECT OF AIR IONIZATION ON THE AIR-BORNE TRANSMISSION OF EXPERIMENTAL NEWCASTLE DISEASE VIRUS INFECTIONS IN CHICKENS" - ESTOL, MAKELA and HOVI - State Veterinary Med. Instit. Helsinki Univers. Centr. Hospit. , Depart. of Virology, Univ. of Helsinki, FINLAND - In J. Hyg. Camb. 1979,83,59 , and Proceed. 4th Internat. Symposium on Contamination Control, Washington, DC USA, 1978 . Les auteurs comparent les taux de survie de deux groupes de poussins disposés dans deux enceintes contiguës, face à la transmission aérienne de l'un à l'autre groupe du virus NDV de forte virulence, introduit dans l'un des groupes, en présence ou non d'ionisation négative . La mortalité du 1er groupe témoin (inoculé) est toujours de 100% en quelques jours. La mortalité du 2ème groupe est nulle au 20ème jour lorsque l'air de leur cage est ionisé négativement, la mortalité du 1er groupe étant de 100%; sans ionisation négative, la mortalité du 2ème groupe est de 93% . Enfin, lorsque les poussins sont réunis dans une même cage, la mortalité atteint 100%avec ou sans ionisation (transmission directe du virus) .
I-4-2-1-4- CONCLUSION - Un fait essentiel se dégage des travaux analysés dans cette section comme il se dégage a fortiori de l'ensemble des travaux similaires cités dans la Bibliographie : en présence d'ions négatifs injectés en permanence, on observe systématiquement - une diminution certaine tendant à l'élimination de la quantité d'aérocontaminants présents, dont la vitesse de décroissance dépend pour l'essentiel de la concentration ionique, et pour une part de l'environnement immédiat - une action létale certaine (effet germicide) qui dépend des mêmes paramètres . Des paramètres accessoires - mais non négligeables - sont en particulier les caractéristiques du local et ses rapports avec les locaux voisins . Bien entendu, et pour les mêmes causes fondamentales, en présence d'une injection permanente d'ions négatifs, on observe et mesure (sonde Laser par exemple) la même diminution systématique de la densité de micropolluants de toute nature présents dans une atmosphère, leur précipitation, et dans la très grande majorité des cas, en conséquence logique des causes intervenant, l'atténuation sinon la disparition des problèmes biologiques (pathologiques) que leur présence induit et entretient . Bien que de tels résultats puissent être qualifiés "seulement" de physiques eu égard à ce qui précède, ils n'en ont pas moins un impact biologique et socio-économique certain par leurs conséquences, et ils justifient largement le développement des applications de l'ionisation négative dans les multiples lieux exposés en permanence aux risques sévères de l'aérocontamination en particulier . N.B. AINSI QUE LE MET EN EVIDENCE UNE ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE APPROFONDIE , A CE JOUR, AUCUNE PUBLICATION SCIENTIFIQUE RECONNUE, SPECIALISEE DANS CHACUN DES DOMAINES D'INVESTIGATION CITES CI-DESSUS, N'A REMIS EN CAUSE AUCUN DES RESULTATS ACQUIS OU DES CONCLUSIONS FORMULEES .
I-4-2-2-RESULTATS FONDES SUR DES FAITS D'ORDRE BIOLOGIQUE
Contrairement aux publications fondées sur les résultats ou conséquences de faits physiques examinées plus haut, plus d'un millier de mémoires, rapportant les résultats d'ordre biologique, n'ont pu emporter l'adhésion unanime de la collectivité scientifique . J'ai précisé les causes probables sinon certaines de cette situation : elle est bien reflétée par un ouvrage de synthèse , "Air Ions : Physical and Biological Aspects", 720 références - J.M. Charry and R.I. Kavet , CRC Press Inc. Edit. 1988 , Boca Raton, 33431 FLORIDA . Ici encore, l'analyse des publications montre que ces dernières doivent être subdivisées en deux catégories très différentes qui correspondent effectivement aux positions critiques de la collectivité scientifique : - Travaux se fondant sur les conséquences biologiques immédiates, systématiquement observables, de l'interaction charge électrique/particule "nocive" au titre de l'élimination de l'élément nocif ; travaux se fondant sur l'observation de paramètres biochimiques mesurables sans ambiguïté, et leur impact biologique reconnu, dont la variabilité est corrélée sans erreur possible à la présence vérifiée et mesurée, ou l'absence d'ionisation , - travaux se fondant sur l'observation, et autant que possible la mesure, de paramètres "synthétiques" (évolution des symptomatologies, des comportements, etc.) et/ou leurs manifestations extérieures, exigeant leur corrélation systématique à la présence, les modalités ou l'absence d'ionisation . Si la première catégorie de travaux n'a guère soulevé de critiques et fort peu d'oppositions, dans la mesure où les faits rapportés sont généralement bien vérifiables et bien vérifiés, la seconde catégorie, la plus largement représentée, a été et demeure toujours l'objet de réserves, et trop souvent de polémiques stériles . Pour conclure cette analyse sur des faitsappartenant à la première catégorie, je me limiterai à l'exposé de deux exemples de travaux qui me sont parfaitement connus dans leurs attendus et leur mise en oeuvre .
I-4-2-2-1- "CONTRIBUTION A L'ETUDE DE LA CHARGE SPATIALE ET DE SES INCIDENCES BIOLOGIQUES" - GOURMEL, SCHREIBER et CANELLAS - In "Bull. Soc. Pharm. Bordeaux", 1964,103,49 .
Dans un premier temps, les auteurs enregistrent les effets de la charge spatiale naturelle, à laquelle sont soumis les animaux d'expérience, sur certains paramètres sériques. Les premiers résultats obtenus, incertains, les amènent à soumettre les mêmes animaux à une charge spatiale produite par un générateur en assurant la régularité et un contrôle sûr. Ils voient alors leurs premières observations confirmées : l'apparition rapide et systématique d'une lymphopénie importante, pouvant être totale, immédiatement contemporaine de l'ionisation. La Surrénalectomie des animaux élimine l'artefact pouvant résulter d'un stress sans changer la nature et l'intensité de la réponse, cette dernière étant par ailleurs observée uniquement en atmosphère ionisée négativement . Le rôle possible - sinon probable - des glycocorticoïdes et de la 5-H.T. est envisagé une fois encore dans ce mémoire .
I-4-2-2-2- "RECHERCHE D'UNE ACTION DE L'IONISATION NEGATIVE SUR LE CYCLE OESTRAL, LA NUMERATION GLOBULAIRE ET LA FORMULE SANGUINE DE LA RATE ALBINOS" - GIRE-SILORET - D.E.R.B.H.- PHYSIOLOGIE . UNIVERSITE MEDICALE DE BORDEAUX II ,1982 . L'auteur observe - des modifications significatives du cycle oestral des rates soumises à l'ionisation négative - une lymphopénie systématique avec polynucléose neutrophile retrouvant et confirmant ainsi les résultats de la précédente publication ainsi que de plusieurs travaux référencés .
Il convient de noter que ces travaux, de même que les travaux référencés et des travaux plus récents, mettent une nouvelle fois en évidence une possible corrélation entre l'ionisation négative de l'air et les variations contemporaines de sécrétion des glycocorticoïdes, eux-mêmes en rapport avec la 5.H.T. et d'autres médiateurs . Loin de conduire à un rejet systématique, ces travaux devraient donc donner lieu à une nouvelle approche bénéficiant de moyens d'investigation considérablement développés.
II - ETAT DES TRAVAUX PERSONNELS -
II - 1 - L'APPAREIL GENERATEUR D'IONS NEGATIFS - C'est une source d'ions négatifs par effet couronne, dont la structure originale (Brevets) permet une émission d'électrons primaires sous tension modérée (» 4200 Volts) sans émission mesurable d'Ozone ou d'oxydes d'Azote (£ 0,004 ppM, bruit de fond du capteur) . Ces caractéristiques nouvelles (Brevets) résultent de l'utilisation d'une optique électronique assurant - la possibilité d'émission d'un flux ionique de forte valeur sous un potentiel de pointe réduit (mesuré) - une émission atmosphérique quasi-isotrope (caractéristique polaire mesurée) - un surconfinement du plasma produit à l'émission - la réduction considérable (mesurée, à la limite de détermination ) du taux d'ozone présent qui en résulte directement - la contribution voisine de zéro du terme de champ électrique extérieur due à la source, réduit au seul champ de charge d'espace - la possibilité d'associer un nombre aussi élevé que nécessaire d'unités d'optique électronique pour un flux ionique d'intensité choisie, sans élévation du potentiel des pointes, sans perte d'aucune des caractéristiques de ladite optique électronique (toutes caractéristiques mesurées) . Ces caractéristiques permettent donc l'utilisation de l'appareil en tous lieux ou circonstances où la présence de peroxydants, de même que celle du champ électrique de la source, sont strictement exclus . Ces mêmes caractéristiques répondent par ailleurs à toutes les conditions ou exigences exprimées dans les travaux cités plus haut (Rubriques I - xxxxx) et permettent d'observer les résultats attendus .
II - 2 - DOMAINES D'APPLICATION -
II-2-1- Il est avant tout nécessaire de retenir qu'indépendamment de toute hypothèse ou attendu "thérapeutique", l'appareil fait - et fait seulement - l'objet d'applications systématiques dans les domaines où ses caractéristiques originales permettent d'obtenir au minimum les effets physiques attendus, que l'expérience confirme entièrement, et ce en l'absence de toute nuisance constatée, avec un recul supérieur à dix ans . Ceci étant, l'apparition à termes variés d'effets supplémentaires d'ordre "biologique" demeure cependant une conséquence possible de tels effets physiques, conséquence cohérente avec ses causes, ne pouvant de ce fait en aucun cas être exclue a priori.. Trois domaines d'applications principaux sont actuellement explorés : 1- l'évacuation (précipitation) des micropolluants de toutes natures présents dans la quasi-totalité des lieux de passage, de travail ou d'habitation, le spectre granulomètrique couvrant l'intervalle compris entre quelques nanomètres et quelques micromètres (vérifications effectuées sur des échantillons typiques examinés en Microscopie électronique à balayage au Centre de Microscopie Électronique de l'Université de BORDEAUX I) . La puissance des appareils, suivant le Brevet précité, qu'il est nécessaire de mettre en oeuvre n'étant pas limitée a priori, et toute nuisance par les peroxydants étant exclue, l'ionisation s'avère une méthode de dépollution de choix pour nombre de sites critiques où les installations d'ultrafiltration "lourdes" ne sont pas envisageables (coût, encombrement, etc.) . Elle constitue un ultime recours efficace et sûr lorsque les dispositifs classiques d'assainissement de l'air s'avèrent insuffisants (milieux hospitaliers, industries micro-électronique et micro-mécanique, etc.) 2- la neutralisation (effet germicide) et l'évacuation des aérocontaminants présents dans la plupart des lieux habités ou fréquentés, privés, professionnels ou publics, opération contrôlée par des prélèvements et identifications bactériologiques, en tant que de besoin . A ce titre, et sous le strict contrôle des autorités de tutelle et du corps médical concerné, l'équipement d'un certain nombre de crèches d'enfants a permis de montrer, en milieu urbain fortement pollué et par comparaison avec des crèches voisines identiques mais non équipées, la réalité des effets attendus, sous forme d'une modification (amélioration) largement significative du statut sanitaire des jeunes enfants (pathologies rhino-pharyngées, contagiosité d'affections bactériennes ou virales, allergies saisonnières en particulier) . Avec un recul supérieur à six ans, la constance remarquable des résultats enregistrés, l'absence complète de toute nuisance du procédé - objet d'une particulière vigilance - confirment donc la réalité des effets observés, attestés en particulier par les autorités de tutelle compétentes . Joints à la précipitation des aérosols mercuriels nocifs (aisément mise en évidence par collecte et microanalyse), les effets germicides se révèlent d'un intérêt certain dans les cabinets dentaires reconnus pour l'intense aérocontamination dont ils sont le lieu . 3- la précipitation de tous les micropolluants présents, y compris les divers micropolluants se comportant comme aéro-allergènes (poussières d'acariens, de pollens, etc.) capables d'entraîner de ce fait des troubles connus, plus ou moins sévères et souvent difficiles à surmonter . Ici encore, et au-delà de toute connotation "thérapeutique", les lois physiques et les résultats observés sont en accord : la suppression des aéro-allergènes (contrôlée par capteurs) entraîne dans la très grande majorité des cas, et de façon durable, l'atténuation importante et parfois la complète disparition de la symptomatologie .
Février 1998 Décembre 2001
Pr. J. BRETON
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Ozone
Ionisation
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