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RÉSUMÉ
Les ultrasons ont trouvé un grand nombre d'applications très diverses depuis leur utilisation pour la communication avec les animaux (sifflet à ultrasons) jusqu'à la synthèse de molécules organiques. La sonochimie décrit les processus chimiques et physiques qui se produisent en solution grâce à l'énergie apportée par les ultrasons. Même si ce sujet reste complexe à analyser d’un point de vue théorique, les effets des ultrasons en chimie organique sont de mieux en mieux cernés. Cet article commence par lister l’équipement de laboratoire et celui industriel existant à ce jour. L’ensemble des applications de la sonochimie en synthèse organique et en chimie fait l’objet ensuite d’une présentation détaillée. Pour terminer, les limitations de cette technique sont présentées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Micheline DRAYE : Professeur des universités, université de Savoie (Chambéry) - Laboratoire de chimie moléculaire et environnement
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Julien ESTAGER : Docteur de l'université de Savoie (Chambéry) - Laboratoire de chimie moléculaire et environnement
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Max MALACRIA
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Jean-Philippe GODDARD
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Cyril OLLIVIER : UPMC, Univ. Paris 06, Institut parisien de chimie moléculaire (UMR CNRS 7201)
INTRODUCTION
Le terme sonochimie est utilisé pour décrire les processus chimiques et physiques qui se produisent en solution grâce à l'énergie apportée par les ultrasons . Ces effets sont reliés au phénomène de cavitation qui correspond à la formation et à l'implosion de microbulles de gaz dans les liquides sous l'effet des ultrasons. En s'effondrant, ces microbulles de cavitation libèrent d'importantes quantités d'énergie sous forme d'une intense chaleur locale, comparable à la température à la surface du Soleil (5 000 K), de très haute pression (jusqu'à 1 000 atm), d'ondes de choc et de microcourants acoustiques ; chaque bulle de cavitation peut ainsi être considérée comme un microréacteur.
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- Version courante de oct. 2025 par Micheline DRAYE, Julien ESTAGER
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1. Théorie
Le spectre sonore est généralement divisé en quatre intervalles définis en fonction de l'onde émise :
-
les infrasons dont la fréquence est comprise entre 0 et 16 Hz ;
-
les sons audibles dont la fréquence est comprise entre 16 Hz et 16 kHz ;
-
les ultrasons dont la fréquence est comprise entre 16 kHz et 200 MHz ;
-
les hypersons dont la fréquence est supérieure à 100 GHz ;
Les ultrasons sont des ondes élastiques qui possèdent toutes les propriétés générales des ondes sonores telles que la déformation du milieu dans lequel elles se propagent (figure 1).
Les deux paramètres les plus évidents pour la caractérisation d'une onde de pression alternative sont la fréquence f et l'amplitude P. L'équation (1) fournit une forme simplifiée de l'évolution temporelle de la pression P(t) en un point donné d'un milieu élastique tel que l'eau :
avec :
- Pmax :
- amplitude maximale,
- t :
- temps,
- ϕ :
- phase.
La gamme de fréquences des ultrasons se situe entre 16 kHz et 200 MHz, au-delà de celles audibles par l'oreille humaine. En deçà de cette bande se situent les sons et les infrasons ; au-delà les hypersons. La fréquence f (en Hz) d'une onde de pression s'exprime par la relation :
avec :
- c :
- vitesse du son (1 430 m.s−1...
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