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RÉSUMÉ
Le nettoyage par ultrasons connaît son essor le plus remarquable, avec le développement industriel, dans la seconde moitié du XXe siècle. Cette évolution se poursuit avec l'émergence de la sonochimie et des nombreux travaux de recherche qu'elle recouvre, ouvrant ainsi sur la perspective de nouvelles applications des ondes ultrasonores. Cet article détaille tout d’abord les ultrasons dans leur ensemble, les effets associés à la propagation de l’onde ainsi que les champs d’application de ces ultrasons. Ensuite, la sonochimie et ses différentes applications sont passées en revue (synthèse organique, matériaux, environnement, électrochimie), ainsi que les réacteurs sonochimiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Christian PÉTRIER : Professeur des universités, université de Savoie (Chambéry)
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Nicolas GONDREXON : Professeur des universités, université Joseph-Fourier (Grenoble)
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Primius BOLDO : Maître de conférences, université de Savoie (Chambéry)
INTRODUCTION
Parmi les domaines industriels faisant appel à une utilisation classique des ultrasons, le nettoyage constitue sans doute l'exemple le plus connu et le plus remarquable. Du point de vue de la sonochimie, les applications des ondes ultrasonores sont rares. Même si l'usage de cette technologie dans les secteurs de la chimie fine, de la chimie de synthèse, de la chimie de spécialité ou encore de la chimie de l'environnement est connu, il demeure souvent confidentiel et relève dans la grande majorité des cas d'un savoir-faire volontairement gardé secret.
Les ultrasons, identifiés par le CNRS comme l'une des technologies du XXI e siècle, constituent une voie unique tant pour l'activation des phénomènes de transfert que comme agent d'oxydation radicalaire ou de pyrolyse.
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3. Réacteurs sonochimiques
La conception du réacteur sonochimique doit tenir compte à la fois des contraintes de la chimie (corrosion), de celles du génie chimique (mélange) et de celles de l'acoustique (transmission des vibrations).
Cette conception doit aussi prendre en compte le type de mécanisme réactionnel en favorisant le nombre de sites efficaces et disponibles.
La notion de réacteur consiste essentiellement à définir la façon dont le milieu est irradié et notamment si le système est fermé (§ 3.1) ou ouvert (§ 3.2).
3.1 Réacteur fermé
C'est le premier matériel a avoir été utilisé en sonochimie. Ce bac, le plus souvent rectangulaire, est généralement commercialisé à des fins de nettoyage. Il se décline en différentes tailles et fréquences.
Des capacités de 0,5 à 300 L sont commercialisées. Les puissances correspondantes vont de 40 à 2 000 W. Compte tenu de l'application majeure qu'est le nettoyage, les fréquences couramment disponibles sont comprises entre 20 et 45 kHz. Des options classiques telle la possibilité de fonctionner en continu ou de créer des séquences répétitives de fonctionnement et d'arrêt (mode pulsé) sont proposées en série. Dans le cas le plus habituel, les transducteurs sont généralement placés à l'extérieur de la paroi du bac (figure 14). Outre la présence de plusieurs émetteurs, des dispositifs sont proposés pour améliorer la distribution du champ ultrasonore : les bacs sont par exemple dotés d'émetteurs à plusieurs fréquences. La combinaison de fréquences différentes et des orientations diverses sont utilisées. Des techniques de glissement de fréquence permettant d'éviter la formation de zones d'ondes stationnaires sont aussi proposées (par exemple 40 kHz 2 kHz)....
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Réacteurs sonochimiques
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SUSLICK (K.S.) - Ultrasound, Its Chemical, Physical and Biological effects - . VCH Publishers (1988).
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(2) - MASON (T.J.), TIEHM (A.) - Advances in Sonochemistry - . Vol. 6 - Ultrasound in Environmental Protection, JAI Press (2001).
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(3) - LUCHE (J.L.) - Synthetic Organic Sonochemistry - . Plenum Press (1998).
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(4) - KYLLÖNEN (H.M.), PIRKONEN (P.), NYSTRÖM (M.) - Membrane filtration enhanced by ultrasound : a review - . Desalination, 181, 319-335 (2005).
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(5) - GEDANKEN (A.) - Using ultrasound for the fabrication of nanomaterials - . Ultrasonics Sonochemistry, 11, 47- 55 (2004).
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(6) - KEILI (F.J.), SWAMY (K.M.) - Reactors for sonochemical engineering – Present Status Review in Chemical Engineering - . Freund Publishing House (1999).
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