Bibliographie & annexes
Présentation
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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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Conclusion et perspectives des ultrasons en chimie organique
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5. Limitations de la sonochimie
Malgré ses nombreux avantages, l'utilisation des ultrasons en chimie présente certaines contraintes et limitations inhérentes aux principes et à l'usage de la sonochimie.
5.1 Reproductibilité
L'une des principales difficultés liées à l'usage des ultrasons concerne la reproductibilité des résultats. En effet, de nombreux paramètres sont à prendre en compte lors d'une expérience tels que la géométrie du réacteur utilisé, le type de sonde ou, encore, le milieu traversé par l'onde ultrasonore. La concentration en gaz dissous peut elle aussi affecter le phénomène de cavitation. Pour comparer différentes expériences réalisées sous ultrasons, il est nécessaire d'utiliser les mêmes appareillages pour chacune d'entre elles et de décrire de façon très détaillée les conditions expérimentales.
HAUT DE PAGE5.2 Homogénéité du champ ultrasonore
Lors d'une expérience réalisée sous ultrasons, le champ ultrasonore n'est pas homogène dans tout le milieu. En effet, les paramètres géométriques du réacteur influent sur l'efficacité des ultrasons en modifiant les conditions de cavitation acoustique. La géométrie du faisceau ultrasonore émis par le transducteur dépend de la distance à laquelle on se place de la source, ainsi que de sa forme : il est alors possible de définir deux zones différentes (figure 11).
Si la source est cylindrique, 90 % de l'énergie est concentrée dans une zone cylindrique dont le diamètre est celui de la source, la zone de Fresnel.
La deuxième zone est celle dite de Fraunhofer. Elle est plus éloignée de la source et sa forme est conique ; le front d'onde y est convexe et il y a diminution rapide de l'intensité car la surface sur laquelle elle se répartit augmente.
Cette inhomogénéité du champ ultrasonore est non seulement problématique pour la reproductibilité des réactions, mais aussi pour la compréhension effective des phénomènes ayant lieu lors de l'irradiation ultrasonore.
HAUT DE PAGE5.3 Détermination...
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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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