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Étude expérimentale de la ségrégation d'un liquide binaire par une bulle de cavitation acoustique

Grossier, Romain (2006) Étude expérimentale de la ségrégation d'un liquide binaire par une bulle de cavitation acoustique. (Experimental study of binary solution segregation by a acoustic cavitation bubble.)

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Résumé

La cristallisation assistée par ultrasons a été étudiée pour une large variété de produits depuis quelques décennies. Ces études mettent en évidence une influence claire des ultrasons sur la nucléation, attribuée de façon incertaine au phénomène de cavitation acoustique. La présente étude propose une hypothèse de ségrégation des espèces autour d’une bulle de cavitation, provoquée par le gradient de pression engendré par ses oscillations radiales. La résolution analytique de l’équation de transport incluant cet effet de diffusion forcée met en évidence une ségrégation possible des molécules, aggrégats moléculaires ou nano-particules au voisinage de la bulle, dans des conditions d’insonification typiques. Une expérimentation utilisant soit la fluorescence induite par nappe laser, soit l’ombroscopie, a été mise au point et testée pour observer ce phénomène de ségrégation dans une cellule de lévitation de bulle unique, remplie d’un mélange d’eau et de nanocristaux, fluorescents ou non. ABSTRACT : Ultrasound-assisted crystallization has been studied for a large variety of products over the last decades. These studies demonstrate a clear influence of ultrasounds on nucleation, which is loosely attributed to acoustic cavitation. The present study proposes an hypothesis of species segregation around a cavitation bubble, driven by the pressure gradient arising from its radial motion. The analytical solution of the transport equation accounting for this forced diffusion process predicts a possible segregation of molecules, clusters of molecules, or nanoparticles in the vicinity of the bubble, in typical insonification conditions. An experiment using either plan-laser induced fluorescence, or shadowscopy , has been designed and tuned in order to evidence this segregation phenomenon in a single-bubble levitation cell, filled with fluorescent nano-crystals, either fluorescent or not, dispersed in water.

Département ou laboratoire:Centre de Recherche d'Albi en génie des Procédés des Solides Divisés, de l'Energie et de l'Environnement - RAPSODEE (Albi, France)
Directeur de thèse:Espitalier, Fabienne
Mots-clés:Cavitation acoustique - Bulle - Cristallisation - Ultrasons - Ségrégation - Diffusion différentielle - Fluorescence. KEYWORDS : Acoustic cavitation - Bubble - Crystallization - Ultrasounds - Segregation - Pressure diffusion - Fluorescence.
Sujets:Hydraulique > Dynamique des fluides
Génie des procédés > Génie des procédés et environnement
Déposé le:26 Avril 2007

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