Sonochimie

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La sonochimie est un domaine de la chimie qui étudie les effets des ondes ultrasonores sur les réactions chimiques. Ces effets chimiques ne sont pas dus à une interaction directe entre l'onde ultrasonore et les molécules. Le phénomène de cavitation acoustique est à l'origine des transformations chimiques observées lors de la sonication.

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. 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 (4 500 à 5 000 °C et 1 700 atm)[1]. Cette implosion fournit l’énergie nécessaire aux transformations chimiques.

On observe la formation de bulles de cavitation aussi[réf. nécessaire] dans les infrasons, la plage des audiofréquences (en) (16 Hz à 18 kHz), et ce jusqu'à 3 MHz, où la cavitation n'est plus possible. La sonochimie ne se limite donc pas aux ultrasons.

Instrumentation[modifier | modifier le code]

Les expériences de sonochimie peuvent être réalisées de deux façons :

  • grâce à un bain à ultrasons (opérant en général à 20 kHz). Pour ce faire, le réacteur (ballon, bécher, etc.) contenant les réactifs est placé dans l'eau de la cuve du bain à ultrasons. Les ondes émises par les transducteurs placés au fond de la cuve se propagent à travers l'eau puis à travers le solvant de la réaction où les transformations chimiques ont lieu ;
  • grâce à une sonotrode (opérant en général entre 20 et 200 kHz). Pour ce faire, la pointe de la sonotrode est immergée directement dans la solution contenant les réactifs, à 1 cm environ sous la surface et à 1 cm des parois du réacteur pour éviter les arcs électriques. Les ondes sont transmises directement dans la solution rendant la sonotrode plus efficace que le bain à ultrasons.

Réactions chimiques[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 la régiosélectivité de 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 l'acide[2].

Exemple de sélectivité induite par les ultrasons

Journaux scientifiques[modifier | modifier le code]

De nombreux journaux scientifiques relatent les effets des ultrasons sur les réactions chimiques. Le journal Ultrasonics Sonochemistry[3] 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]

  1. Giancarlo Cravotto et Pedro Cintas, Chem. Soc. Rev., 2006, 35, 180-196
  2. (en) M. Franck-Neumann et P. Geoffroy, « Organic sonochenistry: A new interpretation and its consequences », Tetrahedron Letters, vol. 31, no 29,‎ 1990, p. 4121-4124 (DOI 10.1016/S0040-4039(00)97558-0)
  3. Bureau éditorial, sur journals.elsevier.com

Articles connexes[modifier | modifier le code]