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Accueil > Recherche > Équipe Sonochimie et Réactivité des Surfaces > Les axes de recherche > Caractérisation des effets induits par les ultrasons dans les réacteurs chimiques et électrochimiques

Etude de la cavitation et des perturbations hydrodynamiques induites par les techniques de visualisation laser (tomographie, PIV)

Responsables : Rémy VIENNET, Jean-Yves HIHN, Marie-Laure DOCHE

Depuis plusieurs décennies, les ultrasons de puissance sont couramment utilisés dans les procédés industriels comme le nettoyage, l’émulsification ou la soudure des plastiques. Leur application dans des procédés industriels chimiques et électrochimiques est en cours de développement car de nombreuses études ont montré les effets positifs induits par des ultrasons durant ces procédés. Les résultats déjà obtenus permettent ainsi d’envisager de nouvelles applications avec les ultrasons de puissance de basse fréquence (de 20 à 60 kHz) comme de hautes fréquences dans le domaine des dépôts électrochimiques et chimiques (sur substrat non conducteurs), dans des procédés d’élaboration ou de fonctionnalisation de surfaces (comme l’électropolymérisation), ou pour des tests de corrosion accélérés.
Toutefois, la mise en œuvre de ce type de procédés est délicate car l’utilisation des ultrasons de puissance dans le milieu réactionnel induit un écoulement fortement perturbé et des modifications spécifiques qui sont difficiles à maîtriser. En effet, les nombreux phénomènes induits par la propagation de l’onde ultrasonore dans un liquide (cavitation, courants acoustiques…) ne sont pas distribués de manière uniforme au sein du réacteur. Dans le but de disposer d’éléments fiables de caractérisation, les recherches ont été axées sur les interactions entre les phénomènes hydrodynamiques, la cavitation et les réactions électrochimiques, ce qui permettra de comprendre les mécanismes et leurs limites, et d’optimiser les équipements disponibles.
La caractérisation de l’activité ultrasonore est alors un point important. Elle est réalisée par des méthodes qui donnent un bilan énergétique global, comme la mesure de la puissance transmise (estimée par calorimétrie) ou la dosimétrie de Fricke (méthode chimique » qui renseigne sur la nature des bulles de cavitation). Des méthodes localisées comme la tomographie laser sont aussi employées en collaboration avec le département CREST de FEMTO-ST. Une image de la distribution de l’activité acoustique dans le réacteur est alors disponible. Toutes ces méthodes sont complémentaires et permettent d’évaluer l’influence de la géométrie du réacteur, du diamètre de la sonde et de la fréquence. Les écoulements hydrodynamiques perturbés induits par la propagation des ondes ultrasonores sont quand à eux caractérisés par deux techniques : la Particule Image Velocimetry (FEMTO-CREST) qui permet de mesurer la vitesse réelle des écoulements au sein du réacteur, et une technique électrodiffusionnelle qui donne accès à une vitesse apparente à l’électrode et qui correspond à la vitesse du fluide qui est nécessaire pour obtenir l’augmentation du transfert de matière.