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Cristallisation de ZnSO4,7H2O sous ultrasons : Étude expérimentale et étude microscopique

Harzali, Hassen. Cristallisation de ZnSO4,7H2O sous ultrasons : Étude expérimentale et étude microscopique. PhD, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2011

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Official URL: http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00001723/

Abstract

La cristallisation assistée par ultrasons permet de diminuer le temps d'induction et la largeur de la zone métastable, de modifier la distribution de tailles, de modifier le faciès des cristaux et d'augmenter le nombre des cristaux formés. L'origine microscopique de cet effet reste à ce jour non élucidée. Les ultrasons de puissance engendrent dans un liquide la naissance et l'oscillation très violente de milliards de petites bulles de gaz, phénomène appelé cavitation. Le cycle d'une de ces bulles sur une période acoustique consiste en une phase explosive suivie d'une implosion violente. A la fin de l'implosion, la pression peut atteindre 1 GPa. Plusieurs hypothèses sur les mécanismes mis en jeu sont proposées dans la littérature : refroidissement de la solution et augmentation de la pression au voisinage de l'interface, évaporation du solvant dans la bulle, et ségrégation des molécules ou des ions du soluté au voisinage de la bulle lors de la phase implosive. Afin d'examiner l'influence de la pression, des expériences de cristallisation du sulfate de zinc heptahydraté ont été menées (mesure de temps d'induction). Ce sel présente une solubilité indépendante de la pression entre 0 et 10 000 bars. Nos expériences ont montré que le temps d'induction est fortement diminué en présence d'ultrasons. Ce résultat nous permet d'affirmer que la pression au voisinage de la bulle n'entre pas en jeu dans le mécanisme de la nucléation primaire du ZnSO4,7H2O en présence d'ultrasons. Après l'étude de l'effet de la sursaturation, nous avons essayé d'exploré l'effet de la puissance ultrasonore, du gaz dissous et de la hauteur du liquide dans la cuve sur le temps d'induction. Il a été constaté que les ultrasons permettent de diminuer le temps d'induction. Il a été observé que la courbe du temps d'induction en fonction de la hauteur de la solution présente un minimum. Un autre volet de cette thèse réservé à la modélisation et la simulation. Dans un premier temps, la concentration en clusters ou agrégats moléculaires au voisinage de la bulle été calculée dans le cas du ZnSO4,7H2O grâce à la théorie de la ségrégation en fonction de la pression acoustique. La simulation montre qu'il y a une sur-concentration des clusters (jusqu'à 25 fois supérieure à la concentration stationnaire) augmentant ainsi la probabilité de contact des clusters, durant un temps très court, pouvant ainsi modifier le processus global de nucléation. Dans un deuxième temps, la modélisation/simulation de l'acoustique par COMSOL est réalisée en vue de déterminer les résonances de notre système (liquide + parois de la cuve). Les résonances observées sont cohérentes avec les mesures de temps d'induction.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution: Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT
Laboratory name:
Research Director:
Espitalier, Fabienne and Mgaidi, Arbi
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Deposited By: admin admin
Deposited On:21 Nov 2012 12:37

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