L'approche macroscopique: les effets des ultrasons sur la cristallisation
Dans les procédés classiques de cristallisation, un des paramètres
majeurs est le temps de nucléation, c'est à dire le temps d'attente
nécessaire à l'apparition des premiers nucléi au sein de la solution.
Dans le cas de sursaturations faibles en solide dissous, le temps de
nucléation peut atteindre plusieurs jours pour certains cristaux, et
pour le diminuer, on peut augmenter la sursaturation, ou encore ensemencer la solution de germes, des particules favorisants la cristallisation.
L'application d'ultrasons dans le liquide a pour principal
effet de diminuer très nettement ce temps de nucléation, et permet
également de cristalliser à des sursaturations faibles. Ce qui, en plus de permettre un gain de temps non négligeable, pourrait résoudre certains problèmes liés à l'emploi de germes. Qui plus est,
les cristaux formés présentent des caractéristiques différentes en
terme de taille (dispersion plus fine concernant le diamètre) ou encore de forme.
Réduction du temps d'induction par l'application d'ultrasons
Le graphique ci-dessous, tiré des travaux de N. Lyczko (2000), montre l'effet des ultrasons sur lequel nous nous penchons: à faibles sursaturations en solide, le temps d'induction peut être réduit d'un facteur 10, 100, et même plus pour les très faibles sursaturations. Cela dépendra entre autre du type de cristaux, ou de solvant.
Sur ce graphique, on peut voir l'efficacité de l'application d'ultrasons sur le temps d'induction. Pour de grandes sursaturations, cet effet est moindre. En revanche, concernant les faibles sursaturations, le gain de temps est énorme! En fait, travailler sous ultrasons semble avoir le même effet que en sursaturation élevée.
Mais jusqu'ici, aucune explication théorique à cet effet. Le problème n'a été abordé que sous l'angle macroscopique, à savoir un effet global mettant en jeu une densité de bulles allant jusqu'à 7.10^9 bulles / m^3. Ce nuage de bulle "s'auto-oragnise" selon le champ acoustique, et à son tour influence ce même champ. Il y a rétroaction entre les bulles et le champ acoustique. En partant de ce point de vue macroscopique, il faudrait pouvoir modéliser le champ acoustique, les bulles et leurs interactions mutuelles pour espérer en tirer des enseignements permettants de faire passer cette technique au niveau industriel.
Pour essayer de lever ce verrou théorique, il nous a semblé intéressant d'isoler l'acteur essentiel qu'est la bulle de cavitation. Nous mettons actuellement au point un expérimentation permettant d'accéder à son comportement individuel car une partie de la solution pourrait se trouver à cette échelle. Ces travaux, faisant l'objet de ma thèse, se basent sur une hypothèse de ségrégation d'espèces autour de la bulle.
Grossier Romain Last modified: Wed Jan 04 03:57:02 Paris, Madrid 2006