Influence de la pression sur le phénomène de cavitation en milieu liquide ionique sous irradiation ultrasonore basse fréquence

Influence of pressure on cavitation phenomenon in ionic liquids medium under low frequency ultrasonic irradiation

• Auteur / Autrice : Bouzid Naidji
• Direction : Michel Rebetez, Loic Hallez, Abdeslam Et Taouil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 12/09/2019
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut UTINAM (Univers, transport, interfaces, nanostructures, atmosphère et environnement, molécules) (Besançon) - Univers- Transport- Interfaces- Nanostructures- Atmosphère et environnement- Molécules (UMR 6213) / UTINAM
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-2024)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Gondrexon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Rebetez, Loic Hallez, Abdeslam Et Taouil, Nicolas Gondrexon, Jean-Marc Lévêque, Pierre Audebert, Sophie Legeai, Jean-Yves Hihn
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Lévêque, Pierre Audebert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sonochimie

Mots clés libres

Sonochimie

Cavitation

Électrochimie

Liquides ioniques

Ultrason

Revêtements organiques et métalliques

Sonochemistry

Cavitation

Electrochemistry

Ionic liquids

Ultrasound

Organic and metallic coating

Résumé

L’objectif de ces travaux est d’étudier l’influence de la pression sur le phénomène de cavitation. Lors de la propagation d’une onde acoustique en solution, celle-ci peut entraîner la rupture des forces de cohésion du liquide menant ainsi à la formation de bulles de cavitation. Alimentées par les vapeurs de solvant et les gaz dissous, ces bulles vont croître puis imploser violemment après avoir atteint une taille critique. Pour l’étude des procédés électrochimiques assistés par ultrasons, le contrôle de la cavitation s’est avéré intéressant. En dégazant les liquides ioniques, i.e. limitation des gaz dissous et tension de vapeur des solvants très faible, il a été possible de contrôler le phénomène de cavitation. Les résultats montrent une diminution importante de la cavitation pour des pressions inférieures à 60 kPa. Les contributions respectives de la cavitation et des courants acoustiques dans l’agitation hydrodynamique globale ont pu être déterminées grâce à des techniques électrodiffusionnelles. Un milieu cavitant permet d’augmenter l’agitation globale d’environ 30 % par rapport à un milieu monophasique (sans cavitation) dans le cas d’une irradiation ultrasonore basse fréquence. L’influence de la cavitation sur le greffage des monocouches auto-assemblées (SAMs) et des revêtements électrochimiques d’argent et de cuivre dans les liquides ioniques a ainsi pu être évaluée. Dans le cas des SAMs, le phénomène de cavitation s’est révélé bénéfique vis-à-vis de la cinétique de greffage des films organiques et de l’orientation des chaines carbonées à la surface du substrat. En effet, pour 15 minutes de traitement sous ultrasons sans cavitation, le taux de blocage électrochimique est 3,6 fois plus important qu’en condition silencieuse. En milieu cavitant, ce taux de blocage augmente encore de 50 %. Concernant les revêtements électrolytiques une diminution de la taille de cristallite a été observée quand l’activité cavitationnelle augmente. Effectivement, il a été constaté une réduction de 30 % pour les revêtements de cuivre et de 50 % pour l’argent.

The aim of this study is to investigate the influence of pressure on cavitation phenomenon. During propagation of an acoustic wave in solution, cohesion forces within the liquid can break leading to formation of cavitation bubbles. Fed with solvent vapors and dissolved gases, these bubbles grow and implode violently after reaching critical size. For the study of electrochemical processes assisted by ultrasound, cavitation control is interesting. By limiting the presence of dissolved gases and using low vapor pressure solvents, it was possible to control cavitation phenomenon. Results show big decrease in cavitation for pressures below 60 kPa. Respective contributions of cavitation and acoustic streaming within global hydrodynamic agitation have been determined thanks to electrodiffusional techniques. A cavitating medium enables increase in global agitation of about 30% in comparison to a monophasic medium (without cavitation) in the case of a low frequency ultrasound irradiation. Influence of cavitation on self-assembled monolayers (SAMs) grafting and electrochemical coatings of silver and copper in ionic liquids has been assessed. In the case of SAMs, cavitation is beneficial towards organic film grafting kinetics and carbon chain orientation on the surface. Indeed, for 15 minutes modification under ultrasound irradiation without cavitation, electrochemical blocking rate is 3.6 times higher than in silent conditions. With cavitation, this blocking rate shows an additional 50% increase. Concerning electrolytic coatings, a decrease in crystallite size is evidenced with increase in cavitation activity. Indeed, a decrease of 30% and 50% was observed for copper and silver coatings, respectively.