Sonochimie
Lasonochimieest un domaine de lachimiequi étudie les effets des ondesultrasonoressur lesréactions chimiques.Ces effets chimiques ne sont pas dus à une interaction directe entre l'onde ultrasonore et lesréactifsque l'on souhaite transformer (plus couramment dégrader). La clef de la sonochimie repose sur une modification des propriétés physico-chimiques du milieu grâce au phénomène decavitationacoustique et qui est donc à l'origine destransformations chimiquesobservées lors de lasonication.
Propriétés
[modifier|modifier le code]Lorsque l'onde ultrasonique se propage dans un milieu liquide (solvant), elle génère des petites bulles de gaz ou de vapeur appelées bulles de cavitation[1][source insuffisante].Celles-ci grossissent avec le temps jusqu’à atteindre une taille critique où elles implosent (s'effondrent), créant, selon la théorie des points chauds, des conditions de pression et de température extrêmes (4 500à5 000°Cet1 700atm)[2].Cette implosion fournit l’énergie nécessaire aux transformations chimiques.
On observe la formation de bulles de cavitation aussi[réf. nécessaire]dans lesinfrasons,la plage desaudiofréquences(en)(16Hzà18kHz), et ce jusqu'à3MHz,où la cavitation n'est plus possible[pas clair].La sonochimie ne se limite donc pas aux ultrasons.
Instrumentation
[modifier|modifier le code]Les expériences de sonochimie peuvent être réalisées de deux façons[réf. nécessaire]:
- grâce à unbain à ultrasons(opérant en général à20kHz). Pour ce faire, leréacteur(ballon,bécher,etc.) contenant les réactifs est placé dans l'eau de la cuve du bain à ultrasons. Destransducteursplacés au fond de la cuve émettent des ondes parpiézoélectricité.Les ondes ainsi formées se propagent à travers l'eau puis à travers le solvant de la réaction où les transformations chimiques ont lieu;
- grâce à unesonotrode(opérant en général entre 20 et200kHz). Pour ce faire, la pointe de la sonotrode est immergée directement dans lasolutioncontenant les réactifs, à1cmenviron sous la surface et à1cmdes parois du réacteur pour éviter lesarcs électriques.Les ondes sont transmises directement dans la solution rendant la sonotrode plus efficace que le bain à ultrasons.
Réactions chimiques
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Si l'explication des procédés d'activation sonochimiques relève d'une étude physique du système, la sonochime est avant tout unprocédé chimique.
L'étape d'activation
[modifier|modifier le code]Les conditions de pression et de température extrêmes en solution dues à l'implosion des bulles de cavitations permettent la formation desradicaux hydroxyleshautement réactifs.
Les radicaux hydroxyles se distinguent par unpouvoir oxydanttrès élevé: E°(HO., H2O)= 2,76. Une fois en solution leur temps de vie est très faible (de l'ordre du nano seconde), en effet le radical réagit immédiatement avec un réactif quelconque dans son environnement. Des propriétés si particulières que c'est l'ensemble desprocédés d'oxydation avancéequi vise à la formation de ces molécules. L'une des applications directe est la dégradation des polluants réfractaires.
Réactions et modifications du substrat
[modifier|modifier le code]L'utilisation des ultrasons permet, selon les réactions, d'obtenir des résultats différents de ceux obtenus par la méthode traditionnelle, à savoir le chauffage. Parmi ces effets, on trouve l'amélioration du rendement de réaction, une diminution du temps de réaction ou encore un changement de larégiosélectivitéde la réaction.
Un des exemples typiques de sélectivité implique la réaction de l'acide nitrique avec les alcools. L'agitation mécanique produit l'ester nitrique tandis que la sonication produit un acide carboxylique[3].
Les atouts de la sonochimie
[modifier|modifier le code]La particularité de la sonochimie est l’absence de réactifs introduits en solution. La sonochimie, parfois vue trop coûteuse à l'échelle industrielle, se couple donc très facilement à d'autres procédés. Le couplage le plus courant est celui avec le procédé électro-Fenton[réf. nécessaire].
Applications industrielles
[modifier|modifier le code]La sonochimie a de nombreuses applications:vieillissement artificiel du vin,dépollution, décontamination, décapage en profondeur de la surface des matériaux, ciblage detumeurs cancéreuses[4].
Journaux scientifiques
[modifier|modifier le code]Desjournaux scientifiquesrelatent les effets des ultrasons sur les réactions chimiques. Le journalUltrasonics Sonochemistry[5]s'est spécialisé dans la publication d'articles concernant l'utilisation des ultrasons pour des applications chimiques ou physiques.
Notes et références
[modifier|modifier le code]- «Lexique de la cavitation», surperso.mines-albi.fr(consulté le)
- Giancarlo Cravotto et Pedro Cintas,Chem. Soc. Rev.,2006, 35, 180-196
- (en)M.Franck-Neumannet P.Geoffroy,«Organic sonochemistry: A new interpretation and its consequences»,Tetrahedron Letters,vol.31,no29,,p.4121-4124(DOI10.1016/S0040-4039(00)97558-0)
- Mathieu Vidard,«Comment la musique peut influencer le goût du fromage», surfranceinter.fr,.
- Bureau éditorial,surjournals.elsevier.com
