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

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Les ultrasons
1704 Sir I. Newton : « optics » premières observations de la cavitation.
1794 Spallanzani : les ultrasons servent aux chauves souris pour se diriger.
1876 Sir F.Galton : premier outil pour produire des ultrasons (sifflet pour
chien).
1883 P.Curie : découverte de l’effet piézo-électrique.
1894 Sir J.I.Thornycroft and S.W.Barnaby : découverte de la cavitation
hydrodynamique (hélice de bateau).
1921 P.langevin : premier oscillateur piézo-électrique (quartz entre deux
lames d’acier).
1917 Lord Rayleigh : modèle mathématique pour l’implosion de bulles dans
des liquides incompressibles (collapse lors de la cavitation) qui prédit
des températures et pressions énorme à l’intérieur de la cavité (toujours
d’actualité).
1927 Richards et Loomis : premier article rapportant les effets chimiques et
biologiques des ultrasons : « The chemical effect of high frequency
sound waves », J. Am. Chem. Soc., 1927, 49, 3086-3100.
1935 Frenzel et Schultes : sous forte cavitation certain liquides émettent de la
lumière : découverte de la sonoluminescence.
Tableau I-1 : Rappels historiques des principales découvertes en ultrasons.
Bien que l’existence des ultrasons soit connue depuis plus de 3 siècles leur
utilisation demeure une science jeune de 80 ans seulement.
D’une manière générale et succincte les ultrasons obéissent aux lois générales
sur les ondes sinusoïdales à savoir : propagation, atténuation, réflexion. Ces ondes se
propagent (comme le son) à travers tous les milieux élastiques (gaz, liquide, solide), la
vitesse de propagation (célérité, c en m/s) dépend de la masse volumique du milieu
traversé ainsi que de son élasticité. A titre d’exemple, la vitesse des ultrasons est, à
20°C, de 1500 m/s dans l’eau et de 343 m/s dans l’a ir, comme celle du son. On définit
l’impédance acoustique comme la résistance spécifique d’un milieu à la propagation
des ultrasons, elle est le produit de la masse volumique du milieu irradié par la célérité
de l’onde qui le traverse. Dans la pratique, il n’y a pas de conservation du flux
d’énergie par l’onde lors de sa propagation, son énergie est dissipée. Ce qui se traduit
par une diminution de son énergie à mesure que l’on s’éloigne de la source
ultrasonore, on dit alors que l’onde est atténuée ou absorbée. Il a été démontré que
cette atténuation augmente avec la fréquence, ce qui limite la profondeur d’exploration
des ultrasons de diagnostic.
Ces ondes peuvent être représentées par des équations sinusoïdales, mais le
développement de ces expressions n’apporterait rien à la compréhension ultérieure de
ce manuscrit. Nous nous limiterons à évoquer ce phénomène de réflexion et