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

Pression
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Les ultrasons
Une augmentation de la pression conduit à une augmentation du seuil de
cavitation, en effet, les forces de cohésion du liquide augmentent avec la pression
statique et donc l’énergie nécessaire pour vaincre ces forces est accrue. Cependant il
est reconnu [Neppiras, 1980 et Chendke, 1983] qu’augmenter la pression statique
intensifie l’effet de l’implosion. Dans les équations de Noltingk et Neppiras [1950]
(Équation I-3 etÉquation I-4) une augmentation de la pression statique conduit à une
augmentation de Pm . Par conséquent, la température et la pression maximales lors du
collapse sont accrues, et l’implosion a des effets plus violents. Par le calcul Neppiras
[1980] obtient un maximum de l’effet de la pression statique sur les conditions du
collapse. A pression acoustique, fréquence et rayon initial constants, la pression
statique induit l’augmentation de la pression maximale du collapse, puis une
diminution lorsque la pression statique s’approche de la pression acoustique. Ce
résultat a été retrouvé expérimentalement par Chendke et al. [1983] qui observent un
maximum d’intensité lors de la sonolumminescence d’eau saturée en azote lorsque la
pression statique augmente. De même Cum et al. [1988] a noté qu’il existe un
maximum dans le rendement de l’oxydation de l’indane lorsque la pression statique
varie. Ce maximum change en fonction de la fréquence ultrasonore.
Gaz
Dans les équations de Noltingk et Neppiras [1950] (Équation I-3 et Équation I-4)
l’influence du facteur polytropique (γ) est primordiale. Ce facteur dépend de la nature
du gaz, un gaz monoatomique de type gaz rare donne des températures et pressions
maximales plus élevées que des gaz diatomiques. L’argon par exemple est depuis
longtemps reconnu comme promoteur des effets de la cavitation (par rapport à l’air par
exemple). Cependant on observe expérimentalement que deux gaz monoatomiques
ne conduisent pas aux mêmes effets, le xénon est plus efficace que l’hélium par
exemple [Suslick, 1989]. Ce qui amène à dire qu’une autre propriété du gaz, qui
n’apparait pas directement dans les équations de Noltingk et Neppiras [1950] influe sur
la cavitation : la capacité calorifique. La température atteinte lors de l’implosion sera
plus haute si le gaz conduit mal la chaleur, c’est le cas du xénon. Moins un gaz conduit
la chaleur, plus elle sera transmise au milieu. Au contraire, l’hélium qui a une grande
capacité calorifique peut même annuler les effets sonochimiques [Suslick, 1989]. En
effet, l’argon a une capacité calorifique 10 fois plus faible que l’hélium et 3 fois plus
grande que le xénon. Enfin un effet plus évident du gaz est sa solubilité : augmenter la