Sonochimie en condition hors équilibre – NEQSON

Le projet NEQSON est un projet de recherche fondamentale centré sur la sonoluminescence et la sonochimie. Son but est d’obtenir les meilleurs rendements d’espèces excitées ou ionisées durant la cavitation. La spectroscopie d’émission UV/Vis/PIR sera utilisée pour étudier les espèces excitées neutres (gaz rares, oxygène singulet O2, C2*) et ionisées (Xe+, Kr+, Ar+) qui sont créées dans les bulles de cavitation lors de l’application d’ultrasons à différentes fréquences. Le défi principal de ce projet est de trouver les conditions optimales de formation d’un plasma pendant la cavitation multibulle. En effet, divers indices suggèrent qu’un plasma soit formé pendant la cavitation hors-équilibre. De telles conditions peuvent être atteintes plus facilement à haute fréquence (>200 kHz) car le temps d’implosion des bulles est beaucoup plus court (<<1 µsec). La présence de gaz à potentiel d’ionisation relativement bas, comme le Kr ou le Xe, devrait également faciliter la formation d’un plasma. Un plasma hors-équilibre est caractérisé par des températures multiples liées à des degrés de liberté des particules différents. Les températures d’excitations électronique et vibrationnelle y sont supérieures à la température de translation du gaz. Les états excités électroniques ou vibrationnels générés dans les bulles de cavitation pourraient jouer un rôle central dans les réactions sonocatalytiques. De plus, l’excitation sonophotochimique d’espèces non volatiles, comme les ions uranyles ou des catalyseurs nanométriques fonctionnalisés, sera étudiée dans le but d’améliorer le procédé d’oxydation sonocatalytique de traitement des eaux usées. L’approche innovante de ce projet est d’utiliser la lumière émise par les bulles de cavitation non seulement comme un outil pour étudier les mécanismes des processus qui ont lieu à l’intérieur des bulles, mais également comme initiateur de réactions chimiques en solution. Les bulles de cavitation peuvent être considérées comme des sources micrométriques générées in situ de lumière et de forte chaleur transitoire. Pour cette raison, les ultrasons, faciles à mettre en œuvre et non atténués par les suspensions, présentent de grands avantages par rapport à la photocatalyse conventionnelle. Ainsi, l’utilisation de la sonochimie simplifiera grandement la gestion des eaux usées. Plusieurs nanocatalyseurs fonctionnalisés à grande activité spécifique en sonocatalyse seront développés dans le projet NEQSON. Ces catalyseurs pourront potentiellement être utilisés dans d’autres domaines que la sonochimie, comme les piles à combustibles ou les électrolytes solides. L’efficacité des systèmes sonocatalytiques sera testée sur des solutions modèles d’eaux usées, et en particulier des solutions radioactives.