Instrumentation acoustique pour le suivi de procédés physico-chimiques

Acoustic instrumentation for the monitoring of physico-chemical processes

• Auteur / Autrice : Nicolas Belicard
• Direction : Jean-Baptiste Salmon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 24/01/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Matière Molle et Microfluidique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire du Futur (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Nallet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Baptiste Salmon, Thomas Gibaud, Valentin Leroy, Martine Meireles, Pierre Lidon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Gibaud, Valentin Leroy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrasons

Acoustique

Contrôle non destructif

Mots clés libres

Acoustique

Analyse physico-Chimique

Ultrasons

Procédés

Acoustics

Physico-Chemical analysis

Ultrasounds

Processes

Résumé

La propagation d'une onde sonore est sensible aux propriétés mécaniques, en particulier la densité et la rigidité, du milieu où elle se produit. Les méthodes de caractérisation acoustiques donnent donc un repérage efficace des défauts, des bulles ou des poches d'air dans des matériaux, les rendant particulièrement intéressantes pour le contrôle non destructif de structures et pour l'imagerie biomédicale. Entre autres, elles permettent de localiser des interfaces (échographie), de mesurer la vitesse d'objets diffusants (vélocimétrie Doppler) ou encore de caractériser la déformation de matériaux (corrélation de speckle). Cependant, ces techniques sont encore en développement dans le contexte de l'industrie chimique, malgré les informations prometteuses qu'elles permettent d'obtenir. La difficulté majeure dans ce cadre est l'interprétation des signaux reçus : en effet, non seulement les systèmes sont souvent polyphasiques et dispersés, causant une importante diffusion du signal acoustique, mais leur rhéologie est complexe, induisant une dispersion et une atténuation du signal. Pour remonter à des informations quantitatives, il est donc nécessaire de s'appuyer sur une modélisation précise des mécanismes de propagation du son dans le milieu. L'objectif de cette thèse expérimentale est de proposer et de valider des modèles de propagation du son dans des milieux complexes, en s'appuyant sur des systèmes de rhéologie et de structure bien caractérisées. Les méthodologies ainsi développées permettront d'accéder à des informations quantitatives et locales sur les propriétés de fluides : elles pourront alors être utilisées pour le suivi en ligne de procédés physico-chimiques d'intérêt industriel.

The propagation of an acoustic wave is very sensitive to the mechanical properties of the medium which supports it: it is particularly influenced by density and rigidity. Acoustic characterization methods provide an efficient mean of detection for defaults, bubbles, air pockets and generally any mechanical contrast, making them particularly interesting for non-destructive control of structures or for biomedical and seismic imaging. They are also useful to detect interfaces (echography), measure the velocity of small scattering objects (Doppler velocimetry) or the deformation of materials (speckle correlation), as well as for detecting raw material deposits by seismology, in a larger scale. Even if they allow useful analysis, these methods are still to be developed in the field of chemical industry, where samples are more commonly characterized via optical methods or by rotative rheology using rheometer. Indeed, systems are often polyphasic, dispersed, and their structure vary with the considered scale, causing potentially important scattering of the acoustic signal. Their rheology are however complex, leading to dispersion and attenuation: an adapted modelling of the propagation of the acoustic wave is then needed in order to link the measured signal to the parameters of interest, which may vary from traditional rheology. This experimental thesis aims to validate some wave propagation models in complex media using some well-known rheological and structural systems. Once developed, these methods will allow us to measure local and quantitative properties of fluids: they could then be used for the in-line characterization of physico-chemical processes with industrial interest.