Résultats expérimentaux 90

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 10 20 30 40 Re n d em en t son oc h im iq u e (10 -10 m o l.J -1) Puissance acoustique (W) focalisé plan

Les rendements présentent une relative constance avec la puissance acoustique. Globalement, le transducteur focalisé semble chimiquement moins actif que le transducteur plan. Néanmoins, une comparaison directe de ces rendements n’est pas justifiée car le volume théorique irradié est différent pour les deux types de transducteurs. L’ordre de grandeur des concentrations en espèces oxydantes générées par l’activité cavitationaire dans le temps d’irradiation étudié est de 10-4

M.

Figure 42. Rendements sonochimiques des transducteurs plans et focalisés évalués par dosimétrie de Fricke

- 89 -

B. Techniques de caractérisation locale

1. Principe

Le 3-aminophthalhydrazide (ou luminol) est connu pour émettre une lumière bleue (430nm) visible lorsqu’il est oxydé. Une de ses applications les plus connues est son utilisation pour la révélation des traces de sang en criminologie. En effet, le Fe(III) contenu dans l’hémoglobine catalyse son oxydation.

Dans nos sonoréacteurs, il peut être oxydé par les radicaux ou le peroxyde d’hydrogène générés par les bulles de cavitation. La réaction d’oxydation conduit à la formation de l’ion aminophtalate qui se désactive par phosphorescence. L’azote et l’eau sont également produits par la réaction :

Cette méthode expérimentale nous renseigne sur les zones sonochimiquement actives mais n’est pas quantitative. Elle nous permet de visualiser la morphologie des champs cavitationnels au sein de notre réacteur.

Notons que les bulles de cavitation sont naturellement luminescentes mais les intensités lumineuses émises sont très faibles.

2. Mise en oeuvre

Nous travaillons avec une solution saturée en oxygène contenant 10-1 M de NaOH et 10-3

M de Luminol. Un appareil photo CANON PowerShot G2 (4 MPixels) fixé sur un trépied permet d’avoir la même fenêtre de prise de vue pour chaque photographie. L’appareil photo est placé de manière à observer la totalité du champ acoustique. Le montage est placé dans une boîte noire. L’expérience est réalisée pour nos deux transducteurs dans l’obscurité la plus complète possible et à différentes puissances électriques.

+ 2 OH- + N2 + H2O + hv NH₂ NH NH O O OH•/H2O2 NH₂ O- O O O-

- 90 - 3. Résultats expérimentaux

a Transducteur plan

Les photographies obtenues sont présentées sur la Figure 43. Le transducteur est situé en bas de la zone photographiée.

Les zones d’activité acoustique sont de forme générale cylindrique. Notons l’absence d’activité dans la zone avoisinant les transducteurs, confirmant une zone de champ proche où l’onde n’est pas encore établie.

Dans un premier temps, la SCL apparaît sous la surface libre (interface liquide/air), et préférentiellement à proximité de l’axe acoustique du transducteur, pour ensuite s’allonger en direction du transducteur et surtout s’élargir radialement. L’apparition de la luminescence au niveau de la surface libre s’explique par la différence d’impédance acoustique entre l’eau et l’air. L’onde est réfléchie sur cette interface et la superposition des ondes incidente et réfléchie va générer des niveaux de pression qui vont faire caviter le liquide sous l’interface [77].

L’activité acoustique étant maximum à l’interface liquide/air, c’est à cet endroit que sera placée l’électrode de travail lors des électrodépositions sous ultrasons.

b Transducteur focalisé

Les photos de luminescence du transducteur HIFU sont présentées sur la Figure 44.

Figure 43. Photographies de SCL du transducteur Tpm500.

70 W 60 W 50 W 40 W 30 W 20 W Trans Transducteur solution air

- 91 -

Les formes générales des champs acoustiques des HIFU observées par sonochimiluminescence sont des cônes, en accord avec la géométrie des transducteurs.

L’évolution de l’activité cavitationaire est très intéressante. Pour les faibles puissances (< 30W), elle est concentrée en dessous de la zone focale puis semble se diviser de part et d’autre de celle-ci. Pour des puissances plus élevées (entre 30 et 50 W), la focale s’assombrit et l’activité cavitationaire apparaît avant et après celle-ci. Enfin, pour des puissances très élevées (> 70W), la partie supérieure tend à s’élargir et à s’étirer vers la focale tandis que la partie inférieure rétrécit et tend vers le transducteur. Cette répartition de l’activité est due à la dynamique du nuage de bulles de cavitation présent à la focale [77].

Pour les faibles intensités, le nuage obstrue la propagation de l’onde qui est réfléchie en direction du transducteur. L’interférence entre l’onde incidente et réfléchie va avoir pour effet de déplacer le nuage vers le bas et ainsi l’activité cavitationaire sera importante dans la zone pré-focale. Cela fut montré par Chen qui filma la germination du nuage de bulles de cavitation [142].

Pour les intensités plus élevées, le courant acoustique et la force de radiation deviennent importants. Sous l’action de ces forces, le nuage est déplacé dans le sens de propagation de

Figure 44. Photographies de SCL du transducteur focalisé.

Transducteur

40 W 50 W 70 W 80 W 100 W

5 W 15 W 25 W 30 W 35 W

solution

- 92 -

l’onde où la SCL devient visible. L’évolution vers le bas de la partie supérieure de la zone active pour les puissances très élevées peut être expliquée par deux phénomènes. Le premier, analogue aux observations à faible puissance, réside dans le déplacement du nuage de bulles vers le bas suite à l’interaction onde incidente/réfléchie. Le deuxième trouve son explication dans un nuage très dense aux puissances élevées qui se déplace plus facilement vers le bas.

L’absence de SCL au niveau de la focale est plus problématique à expliquer, étant donné que l’intensité acoustique y est maximale. Plusieurs explications ont été avancées pour expliquer cet étouffement d’activité [77, 143]. Il semblerait que, sous l’action des forces de Bjerknes, l’implosion des bulles de cavitation au sein du nuage à la focale libère beaucoup moins d’énergie. La formation de radicaux, responsables de la SCL observée, est donc fortement diminuée.