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

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Les ultrasons
Théorie thermique [Neppiras et Noltingk, 1950 cité par Loupy, 1996 et par
Bouziane 1995], [Suslick, 1989]
La bulle de cavitation implose très rapidement et de façon quasi adiabatique, les
conditions (P et T) à l’intérieur de la bulle devenant extrêmes. L’intérieur de la bulle,
supposée sphérique, est alors le siège de réactions radicalaires ou de pyrolyses. Les
températures et pressions exactes générées lors de l’implosion de la bulle de
cavitation sont à la fois difficiles à calculer théoriquement et à mesurer
expérimentalement, étant donnée la rapidité du phénomène (bien inférieur à la
microseconde) et le fait que la cavitation ne peut être décrite par la thermodynamique
classique. Le modèle le plus utilisé et le plus ancien est celui développé par Neppiras
et Noltingk [1950].
T )
P
m
max = T0.(
γ −1
Équation I-3
PRm
P
max
= P
Rm
⎡ P
. ⎢(
γ −1)
⎣ P
m
Rm
⎤
⎥
⎦
γ
γ −1
Équation I-4
Il permet d’obtenir les pressions et températures maximales atteintes dans la
bulle lors de son implosion à partir de la connaissance de la pression maximale en
phase liquide Pm (bar) (pression statique + pression acoustique maximale), de la
pression dans la bulle lorsque son rayon est maximal PRm (bar) (pression minimale),
(elle est en général prise égale à la tension de vapeur du liquide) de la température
initiale de la bulle T0 (K) que l’on peu prendre égale à la température au sein du liquide
et du facteur polytropique du gaz (γ). Il en ressort que les gaz à fort γ et faible
conductivité thermique favorisent la cavitation. Dans l’eau à 20°C contenant de l’azote
(γ = 1,33) ces équations conduisent à une température Tmax = 4200°C et à une
pression Pmax = 975 bar. Ce sont respectivement la température à la surface du soleil
et la pression au fond des océans, Donc des conditions non conventionnelles pour
réaliser des réactions chimiques. La sonoluminescence est alors expliquée par la
recombinaison de ces espèces instables.
Théorie électrique [Margulis, 1994, 1999, 2002] :
C’est le mécanisme proposé à l’origine par Frenzel et Schultes [1935] puis
abandonnée au profit de la théorie thermique. C’est au russe Margulis que l’on doit la