Description analytique des phénomènes acoustophorétiques, en solutions et suspensions

par Simon Gourdin

Thèse de doctorat en Chime Physique et Chimie Analytique

Sous la direction de Olivier Bernard.

Soutenue le 21-09-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX / PHENIX (laboratoire) .

Le jury était composé de Dick Bedeaux, Werner Kunz, Claire Chassagne, Jean-François Dufrêche, Emmanuel Maisonhaute, Thomas Zemb, Marie Jardat.


  • Résumé

    Cette thèse de doctorat porte sur la description analytique des phénomènes acoustophorétiques, en solutions et suspensions. L'acoustophorèse est la création d'un champ électrique par une onde acoustique.La première partie porte sur les solutions d'électrolytes, et est basée sur l'analyse critique de la littérature. A partir des différents articles, un modèle original, basé sur la résolution des équations de la dynamique pour les ions est trouvé, lequel permet la prédiction, sans paramètres ajustables, de l'acoustophorèse des sels simples pour des solutions allant de très diluées à assez concentrées. Ce modèle est ensuite étendu aux cas de solutions avec trois espèces ioniques différentes, et un programme informatique calculant l'acoustophorèse en fonction de la concentration est en annexe. Une seconde extension est faite pour les liquides ioniques, et permet de déduire le volume des ions. Des tentatives d'extension du modèle sont faites pour les micelles et les colloïdes, en précisant les écueils. Une deuxième approche, basée sur la thermodynamique irréversible et les relations de réciprocité d'Onsager, est faite dans le cas des suspensions colloïdales. Les principaux résultats sont la proportionnalité entre l'acoustophorèse et la mobilité électrique des colloïdes, et donc l'applicabilité de cette technique à la caractérisation des suspensions, y compris concentrées ; le lien rigoureux entre l'acoustophorèse et son corollaire, la création d'une onde acoustique et son champ électrique ; enfin une procédure pour séparer le signal des colloïdes du signal de l'électrolyte support dans l'acoustophorèse des suspensions réelles.

  • Titre traduit

    Analytical description of acoustophoretic phenomena, in solutions and in suspensions


  • Résumé

    This Ph.D. thesis is on the analytical description of acoustophoretic phenomena, in solutions and suspensions. Acoustophoresis is the creation of an electric field by an acoustic wave.First part is on electrolytic solutions, and it begins by a critical review of literature, from Debye first paper to a recent Ph.D. thesis on the same subject. Hypotheses are carefully selected, and a new model is deduced. This model, using pressure, friction, electric, inertia and corrective force, allows the prediction of acoustophoresis up to 0,3 molar for a simple salt, without any fitting parameter. An extension to solutions with three ionic species is done, and a Fortran program to compute the acoustophoresis as a function of the concentration is given in annex. Extension of the model, in the case of ionic liquid, allows the measurement of the volume of ions. A brief point is done on micellar and colloidal suspensions. A second part is on the application of non-equilibrium thermodynamic, especially Onsager reciprocal relation, to the acoustophoresis of suspensions. Acoustophoresis is shown to be proportional to the electric mobility, which allows the measurement of the latter in dark and concentrated suspensions. A link between acoustophoresis and the creation of acoustic wave by an electric field is also found, and a process to isolate contributions of colloids in real suspensions, with a supporting electrolyte, is proposed.


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