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Quotidien des Usines

Procédé : La sonochimie à l'aube de l'industrialisation

Publié le

Ce procédé, qui consiste à accélérer les réactions chimiques au moyen d'ultrasons, intéresse de plus en plus les industriels.

La sonochimie va-t-elle sortir de l'ère du " bricolage " ? Les chimistes savent depuis longtemps qu'il est possible de favoriser certaines réactions au moyen d'ultrasons dans la gamme de fréquence allant de 18 à 800 kilohertz. Mais, jusqu'à présent, la chimie sous ultrasons n'a guère dépassé le stade de l'expérience de laboratoire. Pendant longtemps, les chercheurs ont dû se contenter des matériels développés pour d'autres applications : bac de nettoyage par ultrasons, sonotrode de soudure. Suffisants pour des études qualitatives, ceux-ci ne conviennent guère à l'étude approfondie d'un procédé. Mais les choses sont en train de changer. On pourrait voir bientôt les premières installations industrielles. Ainsi, la Société chimique Roche, à Saint-Louis (Haut-Rhin), compte mettre en service d'ici à un an une unité de destruction du chlorure de méthylène contenu dans des eaux de lavage d'effluents gazeux. Elle sera constituée d'un laveur de 1 mètre cube, avec une boucle de circulation sur laquelle sera monté un module à ultrasons, ou sonoréacteur. Le coût est de 200 000 à 300 000 francs. Un investissement modeste par rapport à une installation classique de destruction des COV (composés organiques volatils) par oxydation. " Ce type d'installation est plus complexe et doit obéir à des normes de sécurité plus sévères. Et celles que l'on trouve sur le marché, surdimensionnées par rapport à nos besoins (moins de 1 tonne de solvants à détruire sur deux mois), sont du même coup trop chères : 6 millions de francs ", explique Alain Dlubala, responsable de l'optimisation des procédés à Saint-Louis. La faisabilité du procédé a été évaluée grâce à un pilote d'une centaine de litres qui fonctionne depuis plusieurs mois sur le site. Le sonoréacteur en dérivation a une capacité de 2 à 3 litres et une puissance électrique de 1 kilowatt. " Après une à deux heures de recirculation, la teneur en solvant de l'eau est réduite de 5 000 ppm à pratiquement zéro , expose Alain Dlubala. Au début de nos essais, il fallait de cinq à six heures. Nous espérons réduire encore ce temps d'un facteur de deux, et, en laboratoire, nous sommes descendus entre vingt et trente minutes sur un réacteur statique. "

Des réactions dix fois plus rapides

Le pilote a été étudié en partenariat avec Sinaptec, une société de recherche sous contrat de Villeneuve-d'Ascq, spécialiste des ultrasons. Créée en 1984 par Pascal Tierce, un ancien de l'Isen (Institut supérieur d'électronique du Nord), Sinaptec a utilisé des codes de calcul par éléments finis mis au point à l'institut pour optimiser la forme de la sonotrode, l'organe actif du système, qui se présente sous la forme d'une canne munie de plusieurs anneaux fixés à intervalles réguliers sur toute sa longueur. Ces anneaux assurent un transfert plus homogène de l'énergie vers le milieu réactionnel, alors qu'une simple " canne " a tendance à concentrer l'énergie à son extrémité. " Nos codes de calcul nous permettent de simuler les modes de vibration de la sonotrode et aussi d'étudier le couplage avec le fluide. Le rendement peut atteindre 90 à 95 %, alors que, dans un simple bac de nettoyage, il ne dépasse guère les 50 % ", explique Pascal Tierce. Malgré tout, la science de la sonochimie est encore empreinte d'un grand empirisme. De nombreux laboratoires travaillent sur ce domaine, aux Etats-Unis, au Japon, en Belgique et en France - à l'université de Savoie à Chambéry, à l'Ecole de génie chimique de Toulouse, à l'Ecole des mines d'Albi, etc. Mais on s'explique mal comment agissent les ultrasons, dont l'effet est parfois spectaculaire : certaines réactions sont accélérées d'un facteur de dix ! Cavitation, formation de points chauds... les scientifiques invoquent diverses théories. Faute de matériel adapté, les résultats des différents laboratoires sont difficilement comparables et reproductibles. C'est pour combler cette lacune qu'EdF et Sinaptec viennent de signer un accord de recherche. La PME apportera ses compétences en matière de conception de sonoréacteurs et l'établissement public se chargera d'étudier les paramètres physico-chimiques à prendre en compte dans les réactions sonochimiques. Dans un premier temps, les études se feront en batch, sur un sonoréacteur de 2 à 3 litres.

Pierre Laperrousaz



Une PMI spécialiste des ultrasons
 

Après avoir beaucoup travaillé pour le militaire (sonar pour la marine, par exemple) Sinaptec, 12 personnes, 5,5 millions de francs de chiffre d'affaires, s'est diversifiée dans le secteur de l'industrie. " Nous avons recensé près de cinquante applications différentes des ultrasons ", relève Jean-Claude Maret, responsable du marketing. Cela va de l'aide au tamisage, au séchage, au décolmatage, à la nébulisation de liquide, en passant par l'extrusion des plastiques assistée par ordinateur. Dans certains cas, la PME se charge de gérer la fabrication, par des sous-traitants, de certains produits. C'est le cas, par exemple, des nébulisateurs d'aérosols à usage médical fabriqués pour DTF.
 

USINE NOUVELLE N°2555
 

 

 

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