Contribution à l'étude de la propagation des ultrasons en milieu cavitant

A Contribution to the study of propagation of ultrasounds in cavitating media

• Auteur / Autrice : Olivier Louisnard
• Direction : Jacques Schwartzentruber, François Charru
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : ENSMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Distribution (théorie des probabilités)

Ultrasons

Acoustique

Résumé

La principale limitation des procédés ultrasonores est la méconnaissance de la répartition de l’énergie acoustique dans le volume à insonifier, la présence des bulles de cavitation mettant les hypothèses de l'acoustique linéaire en défaut. Le caractère non-linéaire des oscillations radiales de ces bulles constitue la première difficulté dans la modélisation de la propagation des ultrasons. A partir d'un modèle de liquide à bulles, la non-linéarite de l'onde acoustique est tout d'abord examinée numériquement dans une géométrie monodimensionnelle, à l'aide d'un code de calcul par éléments finis développé à cet effet. La population de bulles est supposée uniforme dans l'espace et monodispersé, et le code est utilisé pour différents rapports de la fréquence acoustique à la fréquence propre des bulles. Les résultats obtenus montrent divers couplages entre le contenu harmonique des différentes grandeurs et la longueur du domaine, mais surtout que l'amortissement spatial de l'onde augmente notablement avec l'amplitude de la source. La population de bulles n'est cependant pas une donnée du problème, et l’hypothèse de monodispersité et d’homogénéité spatiale est relaxée, en sacrifiant les aspects non-linéaires. Les phénomènes de croissance, de migration, de fragmentation et de coalescence des bulles sont quantifiés, et réunis dans une équation de bilan de population, qui décrit l'auto-organisation de la population de bulles sous l'influence de l'onde acoustique. Le système est fermé par une équation de propagation en liquide à bulles linéarisée. Le système obtenu présente une forme complexe, mais sa résolution pourrait être envisageable dans un régime permanent. A défaut d'une telle résolution, une confrontation qualitative du modèle obtenu à l’interprétation de l'effet d’écran est proposée, et montre la nécessite d'ajouter au modèle une équation de transport de gaz dissous, et de reconsidérer la quantification des divers phénomènes dans un cadre non-linéaire.