Comment fonctionne un aspirateur ? Aspirateur : Comment ça marche ?

Même quand votre maison est propre, elle est absolument sale ! C’est parce que la plupart des poussières et des saletés de votre maison sont bien trop petites pour être visibles.

Heureusement, la plupart d’entre nous peuvent vivre sans connaître ce genre de vérité sur leur maison ; une petite course avec l’aspirateur suffit pour nous rendre heureux.

Les maisons du XXIe siècle sont remplies de dizaines d’appareils et de gadgets, mais l’aspirateur est l’un des rares dont la plupart d’entre nous ne pourraient tout simplement pas se passer.

Nous savons tous que les aspirateurs aspirent la saleté, mais comment fonctionnent-ils exactement ? Et en quoi un aspirateur cyclonique moderne diffère-t-il d’un aspirateur à sac à l’ancienne ? Regardons de plus près !

Pourquoi les appelle-t-on « aspirateurs » ?

Photo : Toutes les balayeuses n’utilisent pas l’aspirateur. Cette balayeuse sans fil est équipée de deux brosses rotatives en nylon à l’avant, qui retournent la poussière et les cheveux dans un bac à saleté en plastique coulissant (que j’ai légèrement ouvert, en haut à droite). Retournez-la et vous pouvez voir la barre de brosse principale (avec ses poils violets) et une brosse rotative plus petite (avec des poils noirs) pour nettoyer les bords (au milieu à droite). Elle ne pèse que 1,6 kg et fonctionne pendant 30 à 60 minutes avec une charge complète de 16 heures. Il suffit à cette machine de faire tourner les brosses pour qu’elle puisse fonctionner avec un minuscule moteur électrique de 7,2 volts (beaucoup plus petit et moins gourmand en énergie que les moteurs des grands aspirateurs, qui, comme nous le verrons plus loin, font également office de ventilateur d’aspiration).

Le nom « aspirateur » est un peu révélateur pour comprendre le fonctionnement de votre machine : les aspirateurs fonctionnent par aspiration. (« Aspirateur » serait un meilleur nom que « aspirateur », en fait, car il n’y a pas d’aspirateur proprement dit.

Il y a une différence de pression dans l’air, mais il n’y a nulle part de vide absolu). Si vous avez déjà essayé ce truc de nettoyage avec un mouchoir en papier et un peigne, vous savez à quel point l’aspiration peut être efficace pour enlever la saleté. Sinon, essayez-le maintenant !

Enroulez un morceau de papier de soie autour d’un peigne. Expirez aussi loin que vous le pouvez et retenez votre souffle. Placez le peigne et le papier contre votre bouche. Appuyez-vous maintenant contre un fauteuil poussiéreux et pressez votre bouche et le peigne contre celui-ci. Inspirez fortement, de manière à ce que votre respiration soit efficace et qu’elle passe directement à travers le peigne. Enlevez le peigne de votre bouche et examinez le papier de soie. Voyez comme il est sale !

Imaginez maintenant ce qui se passerait si vous pouviez continuer ce tour pendant des heures, comme un aspirateur. La saleté finirait par s’accumuler sur le papier de soie à un point tel que l’air ne pourrait plus y circuler correctement.

Votre capacité à nettoyer – comme un aspirateur humain – serait grandement diminuée. C’est un point très important : pour qu’un aspirateur fonctionne efficacement, il doit maintenir un flux d’air puissant tout le temps.

Si son sac est plein ou si ses filtres sont bouchés, son débit d’air sera considérablement réduit et il ne captera pas la poussière. C’est un problème qui touche presque tous les types d’aspirateurs, même les aspirateurs sans sac et cycloniques qui sont maintenant si populaires.

Comment fonctionne un aspirateur avec sac ?

Inventé en 1901 par un ingénieur britannique, les premiers aspirateurs électriques étaient de simples machines aspirantes avec une brosse et une tête d’aspiration à l’avant, un moteur au milieu et un sac à l’arrière. Lorsqu’on les mettait en marche, le moteur tournait en action, aspirant l’air et la saleté et les soufflant dans le sac.

Repensez à l’astuce du peigne « aspirer et filtrer » et vous comprendrez tout de suite comment fonctionnent ces aspirateurs à l’ancienne, à sac. À la place de votre bouche, un puissant moteur électrique est relié à un ventilateur qui aspire l’air. Au lieu d’un papier de soie et d’un peigne, il y a un sac à saleté (parfois un sac en papier jetable à l’intérieur d’un sac en tissu), qui retient la poussière aspirée afin que vous puissiez utiliser l’aspirateur pendant un certain temps sans vous soucier de la destination de toute la saleté.

Le sac n’est pas complètement hermétique, comme vous pourriez le penser. L’air peut en sortir, mais pas la saleté, de sorte qu’il agit efficacement comme un filtre ; l’air est aspiré dans le sac et s’échappe ensuite par celui-ci, laissant la saleté à l’intérieur.

Ce diagramme résume ce qui se passe dans un vide conventionnel :

1. La prise de courant fournit de l’énergie au moteur électrique du nettoyeur.
2. Dans un appareil de nettoyage classique, le moteur électrique a une puissance d’environ 500 à 1000 watts, ce qui signifie qu’il consomme cinq à dix fois plus d’énergie qu’une lampe à incandescence classique.
3. Une courroie en caoutchouc (bleue) actionnée par un moteur électrique fait tourner les brosses et les battoirs sur le rouleau à l’avant de la machine.
4. Les coups et les brossages vigoureux détachent la saleté du tapis ou de la moquette.
5. Le ventilateur fixé au moteur électrique aspire l’air et les saletés détachées par l’avant de la machine.
6. L’air sale passe à l’arrière de la machine, refroidissant le moteur électrique lors de son passage.
7. La saleté est emprisonnée dans le fond du sac de saleté (qui peut être un simple sac en tissu ou un sac en papier jetable fixé à l’intérieur d’un sac en tissu).
8. De l’air relativement propre sort par l’arrière. Notez que l’air sortant est beaucoup plus chaud que l’air entrant parce qu’il absorbe la chaleur résiduelle du moteur électrique.

Comment fonctionne un aspirateur sans sac ?

La plupart des aspirateurs modernes ont supprimé les sacs et utilisent à la place des bacs en plastique faciles à vider. Cela signifie qu’ils doivent utiliser des filtres pour séparer la poussière de l’air (ce que le sac faisait auparavant).

Voici la configuration d’un aspirateur Electrolux moderne typique, sans sac. Vous remarquerez que le flux d’air, que j’ai indiqué par une grande flèche jaune, est linéaire (une ligne droite) depuis le tuyau à l’avant jusqu’à la grille à l’arrière, comme dans un nettoyeur de sacs à l’ancienne.

1. Entrée : elle se fixe à la tête de nettoyage habituelle et aux outils interchangeables (non illustrés).
2. Bac de récupération des saletés : Normalement, il se trouve à l’intérieur du nettoyeur, à l’avant, mais je l’ai enlevé et placé sur le côté pour que vous puissiez voir les choses plus clairement.
3. Filtre HEPA : Le filtre est un cylindre de papier plié attaché à la partie orange que vous pouvez voir à la base de la poubelle. L’air est aspiré à travers le filtre, laissant la saleté dans le bac. Vous pouvez voir quelques photos des filtres réels de cette machine dans notre article sur les filtres HEPA.
4. Unité motrice : Ce nettoyeur a un moteur très puissant de 2000 watts, bien qu’il en ait besoin pour aspirer l’air à travers le filtre HEPA. La puissance du moteur des nettoyeurs équipés d’un filtre HEPA peut être assez trompeuse : ils ne vous donnent pas nécessairement plus d’aspiration à la fin du nettoyage, car leur puissance est plus importante pour aspirer l’air à travers le filtre, qui peut se colmater fréquemment.
5. Filtre et grille de sortie : Il s’agit d’un simple bout d’éponge que vous pouvez enlever et laver.

Cliquer sur les liens ci-bas pour voir les aspirateurs sans sac :

Aspirateurs cycloniques

La plupart des aspirateurs utilisaient ce procédé « aspirer et emballer la saleté » jusqu’à la fin des années 1980, lorsqu’un autre ingénieur britannique du nom de James Dyson a estimé qu’il était temps de faire mieux.

Le problème des aspirateurs à l’ancienne est qu’ils aspirent l’air sale et le soufflent directement dans le sac. Le sac capte la saleté et l’air relativement propre (mais souvent encore assez poussiéreux) retourne dans la pièce.

Plus vous utilisez l’aspirateur, plus le sac se remplit. À mesure que le sac se remplit, la quantité d’air vide qu’il peut contenir diminue, de sorte que sa capacité à aspirer davantage de saletés diminue progressivement.

Plus vous passez de temps sans vider votre aspirateur, plus le problème s’aggrave. Mais vider le sac est une véritable nuisance – et la poussière peut aller partout !

Photo : Les aspirateurs fonctionnent exactement comme le peigne et le papier en utilisant deux filtres sophistiqués. En haut : filtre inférieur : Enlevez le bac collecteur de poussière d’un Dyson et vous pouvez voir l’un des deux filtres HEPA (sous la grille circulaire). Il s’agit en fait de la sortie d’air : l’air propre qui a traversé la machine passe par ce filtre et retourne dans la pièce. En bas : Filtre supérieur : Il y a un autre filtre, beaucoup plus important, en haut de la poubelle. Celui-ci nettoie l’air immédiatement après son passage dans le cyclone (après que la majeure partie de la poussière et de la saleté ait déjà été enlevée).

Au revoir au sac !

« J’ai vu le problème, et j’ai vu une solution possible, à savoir les énormes cyclones à l’extérieur des cimenteries et des parcs à bois qui accumulent la poussière toute la journée. J’ai donc commencé à construire différentes versions de cette technologie. ”

James Dyson, The New York Times, 2018.

Dyson a décidé de s’attaquer à cette difficulté en supprimant complètement le sac. À cette époque, il était déjà un inventeur à succès qui fabriquait ses propres équipements de jardin en plastique.

Son usine dans l’ouest de l’Angleterre était pleine de poussière, il a donc conçu un dispositif de filtrage de l’air « cyclonique » pour la garder propre. À l’aide d’un puissant ventilateur, il aspire l’air poussiéreux et le fait tourner à grande vitesse comme une centrifugeuse.

La rotation de l’air poussiéreux était un moyen efficace de séparer la poussière de l’air. Dans une machine à laver, le même principe est utilisé pour essorer l’eau des vêtements à la fin du cycle de lavage. Lorsque le tambour tourne à grande vitesse, les vêtements sont projetés contre le bord du tambour et l’eau qu’ils contiennent est expulsée par les minuscules trous du tambour. La même idée s’est avérée tout aussi efficace dans le filtre à air de Dyson.

En faisant tourner l’air sale, on sépare les lourdes particules de poussière, qui peuvent être piégées et collectées ; l’air nettoyé peut alors être réintroduit dans la pièce. La machine de Dyson était si efficace et si performante qu’il se demandait pourquoi les aspirateurs n’utilisaient pas la même idée. Il décida alors d’inventer un aspirateur cyclonique.

Il est maintenant très important de souligner que Dyson n’a pas inventé l’idée d’utiliser un cyclone pour enlever la poussière de l’air. En fait, si vous regardez son brevet original (Vacuum cleaner appliances, daté de 1983), vous verrez qu’il fait référence à un certain nombre d’inventions antérieures (« prior art »), dont la première est la machine de création et de séparation des poussières de Bert M. Kent, développée 70 ans auparavant, en 1913, et brevetée en 1917.

Kent indique clairement que l’un de ses objectifs « est de fournir une machine… dans laquelle le principe de séparation des poussières par cyclone est utilisé et où l’utilisation d’écrans est évitée ».

Dyson n’a pas non plus inventé l’aspirateur sans sac. Dans les années 1930, Edward H. Yonkers, Jr. d’Evanston, Illinois, avait noté comment « la résistance au passage de l’air à travers le sac est progressivement augmentée pendant l’accumulation normale de poussière ».

Pour résoudre ce problème, Yonkers a proposé un aspirateur doté d’un filtre en papier sophistiqué, dans lequel « le mouvement tourbillonnant de l’air autour du filtre conique sert à séparer par centrifugation les lourdes particules de poussière », qui sont ensuite capturées dans un simple récipient sans sac. Son invention est devenue le très réussi FilterQueen®, environ quatre décennies avant Dyson !

Qu’est-ce que Dyson a réellement inventé ? Sa contribution a consisté à appliquer ces deux principes à un aspirateur ménager relativement compact et à persuader les gens qu’il était plus efficace que les aspirateurs auxquels ils s’étaient habitués ; il s’agissait autant de marketing que d’autre chose – ce qui est vrai de toutes les grandes inventions.

Perfectionner l’invention

Entre la fin des années 1970 et le milieu des années 1980, Dyson a construit pas moins de 5 127 prototypes de son nettoyeur cyclonique. À la fin des années 1980, il vendait au Japon un nettoyeur cyclonique rose vif appelé G-Force.

Il était gros, maladroit et cher, mais il lui a rapporté assez d’argent pour développer un aspirateur cyclonique plus compact et plus abordable, le DC01.

Au milieu des années 1990, ce nouvel appareil a remporté d’innombrables prix de design et est rapidement devenu l’aspirateur le plus vendu en Grande-Bretagne – et les appareils basés sur ce design sont maintenant vendus dans le monde entier.

Son secret est simple : comme il n’y a pas de sac à boucher avec de la poussière et de la saleté, la machine maintient un débit d’air assez constant (officieusement, on dit qu’elle aspire avec exactement la même puissance).

Il faut toujours vider la poubelle de temps en temps, mais l’action cyclonique signifie qu’un Dyson avec une poubelle pleine fonctionne aussi bien qu’une autre qui vient d’être vidée.

Tout cela montre que, quelle que soit la qualité d’une invention, on peut toujours la rendre meilleure ! (En parlant d’améliorations, avez-vous déjà vu des aspirateurs robotisés qui nettoient votre maison automatiquement ?)

Comment fonctionne un aspirateur cyclonique ?

Maintenant que nous avons vu les pièces, comment fonctionnent-elles toutes ? Voici un guide approximatif de ce que tout fait lorsque l’air circule dans un aspirateur à cyclones multiples typique. Dans ce modèle :

1. L’air entre par la barre de brosse en bas.
2. L’air entre tangentiellement dans le premier étage (perpendiculairement à la poubelle cylindrique) et tourne autour du cyclone au milieu. Les particules de saleté tourbillonnent vers le bord, tombent vers le bas et se rassemblent au fond tandis que l’air est aspiré vers le haut par des trous dans le cyclone lui-même.
3. L’air un peu plus pur passe dans le deuxième étage, supérieur.
4. Ici, un processus similaire ne se produit qu’avec un certain nombre de cyclones plus petits qui éliminent des particules de saleté beaucoup plus fines.
5. L’air relativement propre passe à travers un filtre HEPA. Comme la plupart des saletés ont déjà été éliminées, ce filtre n’entrave pas vraiment la circulation de l’air à travers la machine.
6. L’air est renvoyé dans la pièce après être passé par un second filtre HEPA.

Le groupe moteur (non représenté sur ce dessin) et le ventilateur sont situés à la base de la machine, entre les deux roues arrière.

Veuillez noter que ce dessin n’est pas une représentation exacte de ce qui se passe dans un Dyson (ou toute autre machine similaire) : il est juste conçu pour vous donner une idée très générale de ce qui se passe dans un nettoyeur cyclonique. Dans un Dyson DC04, comme celui photographié ci-dessus, le flux d’air est en fait comme ceci :

J’ai enlevé le cyclone et la poubelle, je les ai déplacés sur le côté et je les ai retournés pour que vous puissiez voir clairement ce qui se passe. La ligne rouge indique le flux d’air jusqu’au point où il entre dans le cyclone.

La ligne orange indique le flux d’air après que l’air ait quitté le cyclone. L’air entre par la barre de brosse, passe par un tuyau sur le côté de la machine jusqu’au sommet, où il entre dans le cyclone, tourne autour, passe par le filtre HEPA supérieur, puis sort par un second tuyau également près du sommet de la machine, avant de redescendre par un autre tuyau vers le ventilateur et le filtre HEPA inférieur et enfin de sortir juste en dessous du bac à saletés.

Si vous souhaitez en savoir plus, veuillez vous référer à l’un des brevets figurant dans la liste de lecture ci-dessous, où vous trouverez des dessins techniques complets et une explication détaillée du fonctionnement de l’ensemble dans une machine réelle.

Comment fonctionnent les Aspirateurs à eau

En ce qui concerne l’aspiration, les aspirateurs classiques ont tendance à… aspirer, faute de mieux. Les sacs bombés et les filtres bouchés réduisent progressivement le débit d’air, ce qui les empêche de capter plus efficacement la saleté.

Sans filtre, cependant, ils renvoient une grande partie de la poussière plus fine (les particules nocives connues sous le nom de PM10, plus petites que 10 microns) dans votre pièce ; ainsi, au lieu de « nettoyer », ils ne font que « réarranger » la poussière : ils aspirent la saleté et la renvoient pour qu’elle se dépose ailleurs.

C’est un problème particulier pour les personnes souffrant d’asthme ou d’allergies à la poussière. Même les meilleurs aspirateurs cycloniques ne sont pas parfaits : les cyclones n’enlèvent pas toute la saleté, d’où la nécessité de ces filtres HEPA supplémentaires, qui sont généralement soit si fins qu’ils se bouchent à plusieurs reprises (réduisant le débit d’air et la puissance de nettoyage), soit si grossiers qu’ils laissent la saleté revenir dans la pièce.

Les œuvres d’art : Un aspirateur à eau simplifié.

Quelle est la solution ? Une option consiste à utiliser un aspirateur à eau, qui utilise un réservoir d’eau pour piéger la saleté au lieu d’un sac ou d’un bac à saleté classique.

L’air poussiéreux qui entre dans le réservoir d’eau est aspiré et la saleté y est retenue en solution. L’air humide qui sort du réservoir est ensuite tourné pour en retirer l’eau (un peu comme dans un Dyson), produisant de l’air propre qui retourne dans la pièce.

Voici comment fonctionne un vide d’eau typique :

1. L’air est aspiré à travers la barre de brosse de la manière habituelle.
2. Un moteur puissant (non illustré) tire l’air à travers un réservoir d’eau, où la plupart des saletés sont piégées.
3. L’air humide continue à travers le réservoir, passant en spirale devant des plaques de plastique, qui aident à séparer les gouttelettes d’eau de l’air qui les transporte. L’eau redescend dans le réservoir.
4. L’air propre et sec sort par une sortie située sur le dessus de l’appareil.

Conclusion

La puissance d’un aspirateur est déterminée non seulement par la puissance de son moteur, mais aussi par la taille de l’orifice d’aspiration, la partie qui aspire la saleté. Plus la taille de l’orifice d’aspiration est petite, plus la puissance d’aspiration est importante, car pour comprimer la même quantité d’air dans un passage plus étroit, l’air doit se déplacer plus rapidement.

C’est la raison pour laquelle les aspirateurs équipés d’orifices d’entrée étroits et petits semblent avoir une aspiration beaucoup plus importante qu’un aspirateur plus grand.

Il existe de nombreux types d’aspirateurs différents, mais tous fonctionnent selon le même principe : créer une pression négative à l’aide d’un ventilateur, piéger la saleté aspirée, nettoyer l’air évacué puis le libérer. Sans eux, le monde serait bien plus sale.