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

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Les ultrasons
mélange entre phases (réduction de la taille des particules), en activant des surface
passivées, ou en favorisant les réactions de transfert monoélectronique.
Par exemple Disselkamp et al. [2005] rapportent l’accélération de l’hydrogénation
du cinnamaldehyde catalysés par le platine et le nickel par ultrasons qui ont aussi
amélioré l’activité catalytique des métaux. Le même auteur [Disselkamp, 2004]
rapporte que l’hydrogénation du 3-buten-2-ol sous ultrasons conduit à une
augmentation de 700% de la sélectivité et une activité multipliée par 53 et ce grâce à
un additif (pentanol) qui rend la cavitation possible.
Un cas peu cité est celui de l’hydroformylation d’alcènes. Un brevet allemand de
1988 [Cornils, 1988], rapporte un effet significatif des ultrasons sur l’hydroformylation
en catalyse biphasique d’alcénes (C2 à C20). Le catalyseur est un complexe de
Rhodium maintenu en phase aqueuse par un ligand phosphiné. Les conditions
explorées sont vastes, 1-100 bar, 20-160°C, rétenti on de la phase organique de 1 à
50%. Lors de l’hydroformylation de l’hexène le catalyseur voit son activité tripler grâce
aux ultrasons.
En conclusion les effets des ultrasons sur la matière sont divers et peuvent aussi
bien être physiques que chimiques. Nous retiendrons que suivant les cas, les
ultrasons permettent d’éviter l’utilisation ou de réduire l’ajout de catalyseurs, d’agents
de transfert de phase, de produits dépassivant (acide ou iode pour le nettoyage des
métaux) ou de cosolvants. Ils peuvent permettre de simplifier les protocoles
opératoires et d’agir dans des conditions plus douces (température, pression,
solvant…). Ils peuvent changer le chemin réactionnel, on parle alors de commutation
sonochimique. D’une manière générale, les transferts sont facilités, la surface
d’échange augmentée par les forces de cisaillement provoquées par l’onde de choc
des implosions cavitationelles ou la cavitation asymétrique, les solides sont divisés et
décapés. Tous ces phénomènes conduisent à une amélioration du rendement, de la
sélectivité, ou une diminution du temps d’induction des réactions chimiques.
Il est évident que nous n’avons évoqué que des cas ou les ultrasons ont un effet
bénéfique. La sonication peut n’avoir aucun effet sur le système réactionnel. Par
exemple les ultrasons peuvent provoquer l’agglomération de particules solides et ainsi
désactiver un catalyseur.