Etude expérimentale par visualisation et spectrométrie des caractéristiques physiques d'un réacteur sonochimique

Experimental study by visualization and spectrometry of physical characteristics of a sonochmical reactor

• Auteur / Autrice : Myriam Chouvellon
• Direction : Jean-Paul Schon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Analyse et traitement d'images
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Saint-Etienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrasons

Sonochimie

Résumé

La propagation des ultrasons dans un fluide permet la dégradation de composés organiques peu ou pas biodégradables. En effet,lorsqu'une onde ultrasonore traverse un milieu liquide, elle génère des bulles de cavitation. Celles-ci peuvent, sous certaines conditions, imploser violemment et libérer des quantités importantes d'énergie. Cette étude a pour but de mieux comprendre l'ensemble des phénomènes physiques mis en jeu, afin d'améliorer le rendement d'un réacteur ultrasonore. Une caractérisation de l'écoulement grâce à la Vélocimétrie par Images de Particules (VIP) montre que les vitesses générées au sein du réacteur sont suffisantes pour ne pas ralentir le processus chimique. L'influence de la puissance électrique, du volume et de la viscosité du milieu, sur le champ de vitesses a de plus été évaluée. Parallèlement, une visualisation des bulles de cavitation stable a été effectuée pour des diamètres supérieurs à 100 micromètres. D'après de premières études, il serait probable que les bulles de cavitation transitoire soient plus nombreuses à un centimètre de l'axe du transducteur piézo-électrique que sur l'axe lui-même. La mesure de taille de bulles a été rendue possible grâce au développement d'algorithmes de traitement d'images à base de transformée en ondelettes. De plus, l'étude des effets indirects liés à la présence de bulles de cavitation, à savoir la détection des zones actives à l'aide d'images de chimiluminescence ou de sonoluminescence, ainsi que l'analyse spectrométrique lumineuse et acoustique permettent de donner une information supplémentaire sur l'activité chimique. La meilleure connaissance du phénomène de cavitation devrait permettre de déboucher à terme sur des outils de paramétrisation des réacteurs sonochimiques et sur un développement industriel.

The propagation of an ultrasonic wave in a liquid allows the degradation of some organic compounds which are not or poorly biodegradable. Indeed, when an ultrasonic wave is propagated through a liquid, it induces cavitation bubbles. These last ones can collapse spreading high amounts of energy. This work aims at a better understanding of all physical phenomena, in order to improve the efficiency of an ultrasonic reactor. A study of the flow thanks to the Particle Image Velocimetry (PIV) shows that the velocities inside the reactor are high enough to not decrease the chemical process. . . [etc].