Un étang, qu’il soit dans un parc, un jardin d’immeuble ou sur un terrain de golf, contribue à créer une atmosphère paisible. Un écosystème à petite échelle se forme, qui favorise la biodiversité. Surtout durant la saison chaude et ensoleillée, il n’est pas rare que se manifeste la tendance à une croissance excessive d’algues à cause d’une accumulation d’éléments nutritifs tels que l’azote et le phosphore. Ces éléments nutritifs sont transportés par les eaux superficielles et souterraines dans lesquelles, entre autres, se sont dissous les résidus d’engrais provenant de l’agricul­ture intensive du voisinage. Les algues et autres plantes aquatiques, une fois mortes, se déposent au fond de l’étang où elles sont décomposées par des micro-organismes, qui nécessitent beaucoup d’oxygène et produisent de la boue en quantité. Ce processus peut aller jusqu’au point où l’équilibre biochimique de l’étang est tellement perturbé par le manque d’oxygène que l’étang devient une « zone morte » où les organismes dépendants de l’oxygène périssent. Ce processus se nomme eutrophisation. Si l’on agit assez tôt en aérant l’étang continuellement, le processus peut être arrêté. Si cela ne suffit pas ou n’est pas possible par manque d’infrastructures, il faut enlever périodiquement à la main ou mécaniquement les algues et autres plantes aquatiques ainsi que la boue au fond de l’étang. L’aération nécessite beaucoup d’énergie, la vidange de la boue est compliquée et coûteuse.
La mise en place d’un agitateur-aérateur oloïde comme solution alternative prévient ces mesures d’urgence.

Origine de l’oloïde

Il y a 90 ans, l’ingénieur en mécanique et artiste Paul Schatz découvrit, lors de ses considérations géométriques spatiales au sujet du cube, la forme de l’oloïde, corps géométrique à une seule face sans aucun coin avec deux arêtes perpendiculaires
en forme d’arc de cercle.
En position de repos l’oloïde est en contact avec le support sur une droite. Si on le pousse légèrement sur un plan faiblement incliné, l’oloïde roule en avant en zigzaguant rythmiquement sur son entière surface.
L’énergie nécessaire pour le mettre en mouvement est minime à cause du faible frottement. Seule la sphère, qui n’est en contact avec le support qu’en un point, nécessite encore moins d’énergie pour être mise en mouvement.
En observant le déplacement «titubant» de l’oloïde, Paul Schatz se rendit compte d’avoir découvert un type de mouvement qui n’avait pas encore été décrit dans la physique officielle. Il ne s’agit ni d’une rotation, ni d’une translation, mais d’une inversion: le mouvement suit la forme horizontale tridimensionnelle d’un huit. La notion de la cinématique d’inversion a été introduite dans ce contexte. A la suite de nouvelles réflexions, surtout en ce qui concerne la possibilité d’un traitement de l’eau proche de la nature, Paul Schatz développa finalement l’oloïde, un appareil capable de brasser l’eau (ou d’autres liquides) avec ménagement et efficacité énergétique, et même de l’aérer si nécessaire.

Propriétés de l’agitateur-aérateur oloïde

Afin de reproduire à un endroit déterminé le mouvement particulier en forme de huit de l’oloïde, l’élément agitateur de l’oloïde doit être équipé d’un joint de cardan triplement articulé défini avec précision et guidé par un système de fonctionnement destiné à convertir le mouvement de rotation du moteur d’entraînement en un mouvement d’inversion. En fonction de la profondeur d’immersion de l’élément agitateur, l’oloïde remplit une ou deux fonctions à choix. Si l’élément agitateur est complètement immergé, le mouvement d’inversion provoque un courant qui engendre un brassage et un mélange de toute la masse d’eau (ou d’autres liquides). La surface de l’eau reste calme.
Si l’élément agitateur n’est pas immergé complètement (profondeur d’immersion de un demi à deux tiers), de l’oxygène supplémentaire en provenance de l’air est ajouté à l’eau lors du brassage: d’une part de l’air est introduit dans l’eau sous forme de bulles, d’autre part à la surface de l’eau se forment des vaguelettes qui se propa­gent sur toute la surface, laquelle de ce fait augmente. Ainsi s’accroît tout naturellement la quantité d’oxygène de l’air absorbée par le plan d’eau. Par le brassage, l’oxygène assimilé se répartit de manière homogène dans la masse d’eau. Il en résulte simultanément une égalisation de la température entre les couches d’eau supérieures et inférieures.
L’eau est aspirée sous l’élément agitateur, puis est propulsée par l’oloïde droit en avant et parallèlement à la surface sous un angle d’environ 30°. Arrivé au bord opposé, le courant dévie vers le bas, à droite et à gauche du milieu, retourne vers l’élément agitateur de l’oloïde, lequel à nouveau aspire et rejette l’eau loin de lui.

Consommation d’énergie

Ce qui est étonnant est le peu d’énergie nécessaire comparé à des agitateurs et aérateurs conventionnels. Par exemple, pour aérer et brasser 1000 m3 d’eau dans un étang, un oloïde 200, selon la charge en nutriments, n’a besoin que de 120 W (voir encadré 3). L’absorption quotidienne d’oxy­gène à raison des 3 g O2/m2 habituels peut être augmentée jusqu’à 10–12 g O2/m2. De plus, l’apport d’oxygène par des aérateurs conventionnels a le désavantage d’un brassage aux effets très limités localement, ce qui entraîne à proximité de l’appareil une concentration en oxygène plus élevée que sur les bords du plan d’eau. Grâce à cette faible consommation d’énergie, il est aussi possible de faire fonctionner l’oloïde avec un panneau photovoltaïque installé directement sur l’appareil. Par ce moyen, l’oloïde peut aussi être utilisé dans des endroits isolés où ne se trouvent pas d’autres sources d’alimentation en élec­tricité.

Avantages pour l’environnement

Les effets causés par l’utilisation d’un oloïde dans des plans d’eau calmes sont très favorables à l’environnement. Le mouvement d’inversion produit un courant naturel à pulsations rythmiques et comparable au type de courant provoqué par la queue d’un poisson ou les pattes d’un canard. Les oloïdes sont construits de manière robuste: par une maintenance régulière, ils peuvent fonctionner pendant au moins dix à quinze ans. Ils sont fabriqués avec des matériaux durables (acier inoxydable, roulements à bille en céramique et roues dentées en plastique dur). Ils sont construits de façon telle que les pièces détachées puissent être facilement réparées ou remplacées séparément.
S’ils sont équipés d’un panneau photovoltaïque, les oloïdes fonctionnent aussi en autarcie: dans ce cas aucune autre source d’énergie, qui n’est pas forcément renouvelable, n’est plus nécessaire.

Diversité des utilisations possibles

Les oloïdes sont utilisés dans divers domaines d’application, là où il faut brasser et si nécessaire aérer un liquide. Pourtant, chaque type de liquide n’est pas approprié. Dans la plupart des cas il s’agit de l’eau d’un lac, d’un étang, de pluie, d’arrosage ou alors d’eaux usées provenant des ménages et de l’industrie. Un facteur limitant essentiel est la très haute concentration en matières solides qui empêche l’écoulement et demande nettement plus d’énergie pour obtenir un mélange à fond.
A part le type de liquide, la forme du bassin ou réservoir joue un rôle primordial. Un oloïde est particulièrement indiqué lorsque la profondeur n’est pas excessive et que la surface est relativement large. Les angles aigus en revanche empêchent que le courant saisisse l’entier du volume à brasser. Un élément déterminant est aussi l’emplacement de l’appareil. Dans la plupart des cas, les oloïdes sont fixés sur des flotteurs afin que leur position par rapport à la sur- face de l’eau reste constante. Mais il y a aussi d’autres types d’installation selon les exigences du client et le mode d’application.

Etangs et petits lacs

Afin d’éviter dans un étang ou un petit lac le processus d’eutrophisation décrit plus haut, on utilise des oloïdes à la place d’appareils d’aération conventionnels pour apporter de l’oxygène supplémentaire. En même temps, le brassage et la formation de vaguelettes maintiennent l’eau cons­tamment en mouvement, ce qui rend plus difficile la formation d’algues et autres plantes aquatiques. Le mouvement d’inversion provoque un courant dirigé turbulent à pulsations rythmiques qui ramène à la surface les couches d’eau plus profon­des, plus froides et moins oxygénées, ce qui les enrichit en oxygène de l’air, tandis que les couches d’eau superficielles plus chaudes et plus riches en oxygène gagnent la profondeur. Par ce mélange à fond de tout le volume d’eau, la teneur en oxygène se répartit de manière homogène et les différences de température s’égalisent. La surface de l’eau ainsi refroidie peut d’une part absorber plus d’oxygène que l’eau plus chaude, d’autre part la température plus basse freine la croissance d’algues. Comme l’oloïde, par son type de mouvement, ne crée pratiquement pas de forces de cisaillement, les organismes aquatiques ne risquent nullement d’être blessés.
En hiver, dans un étang ou un petit lac, un oloïde peut, grâce au brassage continu et à la formation de vaguelettes, empêcher l’eau de geler: de cette façon, même l’échange d’oxygène entre l’air et l’eau est garanti par l’intermédiaire du plan d’eau.

Maraîchage

Dans le domaine du maraîchage, les oloïdes sont utilisés dans les bassins d’arrosage et/ou de rétention des eaux pluviales pour éviter une stagnation de l’eau, empêchant ainsi la prolifération d’algues et de mousse. En choisissant la bonne profondeur d’immersion de l’élément agitateur de l’oloïde, il est possible de doser la quantité d’oxygène à introduire dans l’eau. Pour certaines formes bassin (p. ex. avec des angles aigus), la particularité du mouvement de brassage peut rendre difficile le calcul de l’emplacement idéal. En général, dans des cas de ce genre, l’endroit qui convient doit être trouvé sur place.

Stations d’épuration

Dans les stations d’épuration, les oloïdes sont utilisés par exemple dans les bassins d’activation pour le processus de dénitrification (biodégradation anaérobie). Les flocs des boues activées sont mélangés de manière plus douce que par les mélangeurs conventionnels, ils deviennent plus grands et peuvent ainsi mieux se déposer dans le bassin suivant. Le besoin en énergie peut être réduit jusqu’à un dixième. Un facteur limitant est la teneur en matières solides devenant trop élevée lorsque le liquide n’est pas assez fluide pour être brassé de manière homogène. Un autre cas défavorable se présente si le bassin est trop profond pour permettre au courant d’atteindre le fond.

Agriculture/usines de compostage

Dans le domaine de l’agriculture, jusqu’à présent, les oloïdes ont été utilisés pour le traitement du purin et du lisier (relativement liquide) ainsi que du lixiviat provenant de fumier composté. Par l’aération et le brassage de ces liquides, l’activité biologique des micro-organismes est stimulée et le dégagement de mauvaises odeurs est diminué. Ensuite ces engrais organiques se laissent épandre plus facilement sur les champs. Là aussi, comme dans le cas des boues activées, la teneur en matières solides est le facteur limitant.
Dans les usines de compostage, les oloïdes sont utilisés comme aérateurs et brasseurs dans les bassins de lixiviat, là aussi pour la stimulation de la biodégradation par les micro-organismes et la diminution de mauvaises odeurs.

Industrie

Dans le domaine de l’épuration des eaux usées industrielles, les oloïdes ont été installés, jusqu’à présent, dans les secteurs suivants: stations de lavage de citernes, traitement des eaux usées contenant des graisses provenant de la production de viande, eaux usées provenant de vinification, bassins tampons et de mélange. En principe, les oloïdes peuvent être utilisés partout où il faut un mélange doux ou une homogénéisation complète des liquides les plus divers avec un minimum de consommation d’énergie.
Actuellement, des oloïdes sont utilisés pour le mélange de lubrifiants réfrigérants dans la métallurgie et de tensioactifs pour la production de détergents.

Pisciculture et culture d’algues

Dans une ferme piscicole, on a constaté que l’utilisation d’un oloïde permettait, grâce à un apport d’oxygène suffisant et un brassage modéré, de réduire fortement la prolifération d’algues et d’éliminer la surcharge en nitrite et ammonium. En plus, la production augmentait. Le courant par impulsions engendré par l’oloïde ne provoque que peu de forces de cisaillement susceptibles de blesser les poissons, auxquels ce type de courant est familier, puisqu’il ressemble à leur propre manière de se déplacer.
Dans une ferme pour la culture d’algues, on a observé que le courant par impulsions de l’oloïde produisait un meilleur tourbillonnement et un mélange doux avec moins de formations de grumeaux. Parallèlement, la production augmentait tandis que la consommation d’énergie diminuait nettement.

Lagunes d’épuration

En dehors de Suisse, les oloïdes sont utilisés en plusieurs endroits comme appareils de mélange et d’aération dans des lagunes d’épuration pour améliorer la capacité de nettoyage (grâce à l’ajout d’oxygène) et pour réduire les frais d’exploitation (grâce à l’économie d’énergie).

Possibilités de combinaison avec d’autres technologies

L’oloïde offre la possibilité d’être combiné avec d’autres technologies. Dans le domaine de la gestion des eaux, on peut mentionner notamment les options suivantes:
1. Aération supplémentaire, p. ex. par l’aération fines bulles en profondeur.
2. Elimination d’éléments nutritifs, surtout les phosphates, p. ex. par des processus chimiques (adsorption des phosphates dans les milieux aquatiques).
3. Supports de biofilms, p. ex. des îlots de roseaux flottants, pour augmenter la surface des racines, mais aussi pour créer de l’ombre et un habitat protégé supplémentaire pour les poissons et les oiseaux.

Conclusions

La diversité des applications possibles ainsi que son besoin en énergie extrêmement faible font de l’oloïde, précisément en raison de son type de mouvement unique, un appareil de mélange, brassage et aération incomparable pour le traitement de l’eau et d’autres liquides.
Les coûts d’acquisition, qui à première vue semblent plus élevés par rapport aux produits traditionnels, sont amortis en peu d’années grâce à l’économie d’énergie et largement compensés par la longévité de l’appareil.
Rétrospectivement, le bilan est clairement positif: au cours des dix à vingt dernières années, l’efficacité de l’oloïde a été confirmée dans les applications les plus variées. En particulier dans le domaine de la gestion des eaux, il est utilisé avec succès pour son efficacité énergétique, sa facilité d’entretien, même son autosuffisance au besoin, pour le bien des eaux et de leurs organismes aquatiques, dans beaucoup de pays, sur plusieurs continents.

Exemple: piscine naturelle avec biotope adjacent

La piscine naturelle construite début 2016 mesure 5 m de large, 16 m de long et 2,2 m de profond. Les espaces-biotopes adja­cents se trouvent des deux côtés de la piscine, ont une profondeur entre 0,3 m et 1,5 m et occupent ensemble une surface d’environ 100 m2. Tandis que la zone rectangulaire pour la nage et la thérapie est construite en harmonie avec l’architecture de la maison, les espaces-biotopes de forme libre se fondent dans l’environnement naturel. Après l’excavation, le bassin a été recouvert d’un textile non-tissé puis d’une couche de caoutchouc artificiel épaisse d’1,5 mm. La zone pour la nage a été construite comme une cabane en rondins d’épicéa fraîchement abattue et un sol en dalles de ciment. Dans la zone d’accès, pour des raisons thérapeutiques, un socle avec plancher en bois a été posé, tandis que les espaces-biotopes ont été recouverts de tout-venant et d’humus. Quand l’eau de pluie ne suffit pas, l’étang est rempli par une hydrante (ce qui n’a plus été autorisé pendant l’été 2018).

But de la pose d’un oloïde

Après avoir été confronté pendant deux ans à de grands problèmes d’envasement, le client a décidé à fin 2017 d’installer un oloïde type 200A.

Résultat

Monsieur Zwissler: «Au moment de l’intervention, l’espace réservé à la nage était déjà tellement recouvert d’algues que nous avons entrepris une opération de nettoya­ge. Après quoi, en l‘espace d’environ qua­tre mois, l’eau est redevenue de plus en plus claire et les périodes de fonctionnement de l’oloïde ont pu être raccourcies continuellement. Finalement, même durant la période extrêmement chaude en 2018 (juin et août), nous avons pu limiter l’intervention à quelques heures par semaine. Maintenant, les valeurs de l’eau (pH et alcali) sont bonnes. De plus, l’oloïde offre une commodité inattendue pendant les journées où l’eau de surface, trop chaude, peut se mélanger à celle du fond, plus froide, ce qui plaît semble-t-il aussi aux nombreuses grenouilles et autres habitants, d’où une biodiversité élevée.»