Les ultrasons en procédés polyphasiques: transfert Gaz-Liquide ...

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- 4 - Les ultrasons Dans ce chapitre nous nous attacherons à résumer les principales caractéristiques des ultrasons ainsi que leurs principaux effets sur les milieux irradiés, entre autres les milieux polyphasiques. I.1/ Aspects théoriques Les ultrasons sont des ondes acoustiques (mécaniques) sinusoïdales dont la fréquence se situe entre 16 kHz et 10 MHz, c'est-à-dire entre les domaines des sons audibles (16 Hz-16 kHz) et des hypersons (> 10 MHz). Il est à noter que les infrasons et les ultrasons sont communément utilisés par les animaux pour communiquer ou pour se diriger. Les deux exemples les plus connus sont les éléphants qui utilisent les infrasons pour communiquer sur de longues distances (parfois > 1 km) et les chauves souris qui se servent des ultrasons comme sonar pour se diriger. Figure I-1 : Domaines de fréquence des sons Étant donné le large spectre de fréquence (Figure I-1) occupé par les ultrasons (16 kHz-10 MHz) on différencie classiquement deux zones : Les ultrasons de puissance, forte intensité et faible fréquence, de 16 à 1000 kHz.
- 5 - Les ultrasons Dans cette gamme de fréquences, l’effet recherché est une modification du milieu par les ultrasons principalement grâce à la cavitation : l’onde modifie le milieu irradié. Cette modification peut être physique (décapage, dégazage, émulsification) ou chimique (modification du mécanisme réactionnel, production de radicaux libres…). C’est le domaine d’utilisation des ultrasons en génie des procédés ; l’exemple le plus connu et le plus utilisé est le nettoyage par ultrasons fonctionnant à des fréquences inférieures à 50 kHz. Cependant il n’est pas rare de pratiquer la sonochimie à des fréquences pouvant aller jusqu’au méga hertz. Ces hautes fréquences semblent plus favorables à la production de radicaux libres, et seront préférées par exemple pour des procédés de dégradation de polluants chimiques [Pétrier, 1994]. Les ultrasons de diagnostic, faible intensité et haute fréquence, de 1 à 10 MHz. Contrairement au cas précédent, dans ce domaine d’application des ultrasons, on ne veut pas que l’onde modifie le milieu traversé. Le but est d’observer l’impact du milieu sur l’onde ultrasonore. Lorsqu’un son traverse un milieu (peu importe sa fréquence), il en ressort modifié : l’amplitude et la phase de l’onde sinusoïdale sont modifiées. Amplitude et phase dépendent de l’atténuation de l’onde (absorption par le milieu), des propriétés acoustiques du milieu (réflexion, transmission), ainsi que de l’angle d’incidence de l’onde et de la topographie de l’interface. L’analyse de ces modifications de l’onde (transmise ou réfléchie) donne des informations sur les caractéristiques du milieu traversé, c’est pour cela qu’ils sont utilisés en détection pour faire des diagnostics. Cette catégorie d’ultrasons est utilisée entre autres en métallurgie pour la détection de défauts dans les soudures ou la présence d’inclusions, cependant l’application la plus courante est l’échographie en imagerie médicale, dans ce cas la sonde de l’échographe sert alternativement à émettre des impulsions d’onde et à recevoir l’écho de ces impulsions. En résumé, on utilise les ultrasons de puissance pour que l’onde modifie le milieu irradié et ainsi obtenir des effets physico-chimiques sur le milieu, et les ultrasons de diagnostic pour observer la modification de l’onde par le milieu et en déduire ainsi des caractéristiques du milieu traversé. Afin de situer historiquement l’apparition de la science des ultrasons, le Tableau I-1 reprend les dates clés. Les données de ce tableau proviennent des références suivantes : Suslick [2001], Contamine [1993], Mason [1990].
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