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RÉSUMÉ
Les ultrasons ont trouvé un grand nombre d'applications très diverses depuis leur utilisation pour la communication avec les animaux (sifflet à ultrasons) jusqu'à la synthèse de molécules organiques. La sonochimie décrit les processus chimiques et physiques qui se produisent en solution grâce à l'énergie apportée par les ultrasons. Même si ce sujet reste complexe à analyser d’un point de vue théorique, les effets des ultrasons en chimie organique sont de mieux en mieux cernés. Cet article commence par lister l’équipement de laboratoire et celui industriel existant à ce jour. L’ensemble des applications de la sonochimie en synthèse organique et en chimie fait l’objet ensuite d’une présentation détaillée. Pour terminer, les limitations de cette technique sont présentées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Micheline DRAYE : Professeur des universités, université de Savoie (Chambéry) - Laboratoire de chimie moléculaire et environnement
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Julien ESTAGER : Docteur de l'université de Savoie (Chambéry) - Laboratoire de chimie moléculaire et environnement
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Max MALACRIA
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Jean-Philippe GODDARD
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Cyril OLLIVIER : UPMC, Univ. Paris 06, Institut parisien de chimie moléculaire (UMR CNRS 7201)
INTRODUCTION
Le terme sonochimie est utilisé pour décrire les processus chimiques et physiques qui se produisent en solution grâce à l'énergie apportée par les ultrasons . Ces effets sont reliés au phénomène de cavitation qui correspond à la formation et à l'implosion de microbulles de gaz dans les liquides sous l'effet des ultrasons. En s'effondrant, ces microbulles de cavitation libèrent d'importantes quantités d'énergie sous forme d'une intense chaleur locale, comparable à la température à la surface du Soleil (5 000 K), de très haute pression (jusqu'à 1 000 atm), d'ondes de choc et de microcourants acoustiques ; chaque bulle de cavitation peut ainsi être considérée comme un microréacteur.
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6. Conclusion et perspectives des ultrasons en chimie organique
Les ultrasons ont trouvé un grand nombre d'applications très diverses depuis leur utilisation pour la communication avec les animaux (sifflet à ultrasons) jusqu'à la synthèse de molécules organiques. Dans ce domaine, bien que la sonochimie puisse apporter des solutions simples à certains problèmes de synthèse organique, elle reste un sujet très complexe à analyser d'un point de vue théorique.
Néanmoins, même si la compréhension du phénomène de cavitation reste encore incomplète, il est maintenant possible de rationaliser les effets des ultrasons en chimie organique. En effet, si certaines cinétiques de réaction sont augmentées sans que les produits en soient modifiés, d'autres par contre présentent des phénomènes d'inversion, suggérant une intervention plus spécifique du phénomène de cavitation et, parfois même, l'existence possible de processus de transferts d'électrons.
La sonochimie a longtemps souffert de problèmes de reproductibilité, en particulier avec les bains à ultrasons, qui ont été résolus avec l'apparition des sondes ultrasonores et des systèmes standardisés.
Efficace en tant que telle, la sonochimie l'est également en association avec d'autres techniques, comme l'électrochimie par exemple, permettant à la fois un nettoyage et un dégazage efficaces de la surface de l'électrode tout en améliorant le transport de masse des réactifs.
Bien que les principes fondamentaux régissant l'action des micro-ondes sur les réactions de synthèse organique ne soient pas totalement élucidés, la plupart des experts s'accordent à reconnaître leur apport en chimie organique. En effet, l'utilisation combinée des micro-ondes et des ultrasons constitue une innovation très prometteuse en chimie organique et, en particulier, en catalyse hétérogène où les effets additionnels de la cavitation sur la taille des particules du catalyseur et ceux de la polarisation micro-onde responsables de leur chauffage volumétrique et sélectif sont escomptés. Dans ce contexte, des travaux ont montré l'efficacité de ce couplage pour la synthèse de liquides ioniques à température ambiante .
Le challenge de la mise à l'échelle industrielle est un souci majeur pour ces...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - WOODS (R.), LOOMIS (A.) - The physical and biological effects of high frequency sound waves of great intensity - Philos. Mag. 4, p. 414-5 (1927).
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(2) - RICHARDS (T.), LOOMIS (A.) - Chemical effects of ultrasound - J. Am. Chem. Soc. 49, p. 3086-91 (1927).
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(3) - NEPPIRAS (E.) - Acoustic cavitation - Phys. Rep. 61, p. 159-251 (1980).
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(4) - MARINESCO (N.), TRILLAT (J.J.) - Action des ultrasons sur les plaques photographiques - Proc. R. Acad. Sci. Amsterdam 196, p. 858-60 (1933).
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(5) - MASON (T.) - Sonochemistry and sonoprocessing : the link, the trends and (probably) the future - Ultrason. Sonochem. 10 , p. 175-9 (2003).
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(6) - WAN (Z.), NUR (A.) - Ultrasonic velocities in pure hydrocarbons and mixtures - J. Acoust. Soc. Am. 89, p. 2725-30 (1991).
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