july, 2019

17jul9 h 00 min11 h 00 minSoutenance de thèse Vincent GROSJEAN

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Event Details

“Etude locale de la cavitation acoustique et du transfert de matière liquide solide dans une suspension soniquée”

Composition du Jury :
– M. Jean-Yves HIHN Université de Franche-Comté – UTINAM / Rapporteur
– M. Bertrand DUBUS IEMN – ISEN / Rapporteur
– M. Jean-Christophe BERA Université Claude Bernard Lyon 1 – LabTAU / Examinateur
– M. Olivier LOUISNARD IMT Albi Carmaux – RAPSODEE / Examinateur
– Mme. Carine JULCOUR CNRS – LGC / Directrice de thèse
– Mme. Laurie BARTHE Toulouse-INP LGC / Co-directrice de thèse
– M. Fabien CHAUVET Université Paul Sabatier – LGC / Membre invité
– M. Henri DELMAS Anciennement Toulouse-INP LGC /Membre invité

Résumé :
Les ultrasons de puissance, pierre angulaire de la sonochimie, constituent un domaine récurrent de la recherche en génie des procédés. Leurs effets mécaniques et chimiques permettent l’intensification de processus physiques (mélange, dissolution, émulsion, dégazage, attrition …) et l’activation de réactions (via la production de radicaux libres).
Le phénomène sous-jacent est la cavitation acoustique inertielle (ou transitoire), qui correspond à l’implosion violente de bulles créées lors des phases de dépression de l’onde, conduisant localement à des conditions extrêmes de température et pression, et à la formation de micro-jets puissants vers les surfaces solides.
Malgré ce fort potentiel, les applications industrielles des ultrasons de puissance sont rares. Ceci s’explique principalement par le fait que la cavitation transitoire est encore mal comprise et maîtrisée empêchant la conception de réacteurs sonochimiques efficaces à l’échelle pilote. Le verrou principal réside dans la prédiction et l’optimisation de la localisation des zones sono-actives. En effet, les ultrasons de puissance sont atténués de façon significative sur de courtes distances, en particulier dans les milieux polyphasiques, fréquemment rencontrés dans les procédés physico-chimiques.
Dans ce contexte, cette thèse s’intéresse à évaluer localement les effets physiques des ultrasons (20 kHz) appliqués à une suspension liquide-solide. Il s’agit d’identifier les zones d’activité des ultrasons dans un réacteur à lit fluidisé et à sonde plongeante et de préciser l’influence de différents paramètres opératoires (puissance émise, vitesse du fluide, concentration et propriétés de la suspension).
La première partie évalue l’atténuation de l’onde ultrasonore liée à la cavitation et la présence de solide, ainsi que l’évolution de son spectre de fréquences.
En effet, les bulles de cavitation présentent une signature acoustique propre. Dans cet objectif, des mesures de pression acoustique sont réalisées axialement à l’aide d’un hydrophone piézoélectrique et interprétées par analyse spectrale.
Le second volet quantifie les effets physiques des ultrasons via une mesure locale du coefficient de transfert liquide-solide par méthode électrochimique.
Les cartographies du réacteur réalisées à l’aide de microélectrodes permettent d’identifier les zones d’intensification marquée. Mises en regard avec les mesures précédentes, elles font le lien entre l’accélération du transfert de matière local et les caractéristiques du signal acoustique mesuré à proximité.
Enfin, l’étude expérimentale est complétée par des simulations numériques du réacteur réalisées avec COMSOL Multiphysics. Le modèle prend en compte la dissipation de l’énergie par les bulles, qui joue un rôle majeur dans l’atténuation des ultrasons. Via une étude paramétrique, ces simulations montrent aussi le rôle du design du réacteur sonochimique sur la localisation des zones actives.

Time

(Wednesday) 9 h 00 min - 11 h 00 min

Location

Amphi 100 INP-ENSIACET

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