Université de Franche-Comté

Transformations de matière

Propagées à l’intérieur d’un bain électrolytique, les ondes acoustiques telles que les ultrasons sont capables de transformer les propriétés physicochimiques d’un matériau avec une extrême précision. Le procédé offre des possibilités largement exploitées dans le domaine du traitement de surface, et n’est pas sans surprise, comme en témoigne cette photo…

Impact d’un tir focalisé d’une onde acoustique de haute fréquence sur du Plexiglas ©. Sous l’effet des ultrasons, le cœur du matériau est brutalement passé de l’état solide à l’état gazeux. Photo Loïc Hallez – Institut UTINAM

Utiliser conjointement les possibilités techniques offertes par les ultrasons et les bains électrolytiques pour traiter des surfaces métalliques ou polymères, c’est là le cœur de métier des chimistes de l’équipe Sonochimie et réactivité des surfaces de l’Institut UTINAM.
Dans un milieu liquide, les ondes acoustiques envoyées de manière très focalisée sur un matériau assurent en un point précis l’ablation de la matière grâce à l’énergie phénoménale qu’elles concentrent à cet endroit. Les cavités micrométriques obtenues font ensuite l’objet de dépôts de métaux par bain électrolytique. Il s’agit par exemple d’étain pour faire des soudures ou d’or pour assurer la conductivité électrique dans des dispositifs développés pour la connectique.
Enseignant-chercheur en chimie des matériaux, Loïc Hallez enseigne sa spécialité au département chimie de l’IUT Besançon-Vesoul et mène ses recherches à l’Institut UTINAM. Il effectue des tests sur différents métaux et polymères afin d’étudier le comportement de chacun d’eux lorsqu’ils sont soumis à des « tirs » d’ultrasons en milieu liquide. Pour la petite histoire et la beauté de la photo, il a constaté au cours de ses expériences la propriété particulière du Plexiglas© de se dépolymériser de façon soudaine sous l’effet des ultrasons, un phénomène illustré de façon spectaculaire dans ce cliché qu’il a pu prendre sur le vif. « Sous l’effet des ultrasons, le cœur du matériau passe brutalement de l’état solide à l’état gazeux. C’est la démonstration en image du processus de sublimation étudié en cours de chimie. »

Bulles de cavitation à l’œuvre

Spécialiste du phénomène de cavitation acoustique, Loïc Hallez intervient sur la formation des bulles de gaz générées par la propagation de l’onde dans le liquide, qui sont à l’origine de la transformation chimique de la matière. « En jouant sur la modulation de fréquence des ondes, il est possible de faire varier le nombre de ces bulles de cavitation et par là même de contrôler l’énergie qu’elles apportent dans le matériau, en fonction du résultat voulu. » Un faible nombre de bulles induit un apport limité d’énergie dans la matière, c’est l’option retenue pour ablater une surface ; à l’inverse, la dissolution de la matière demande beaucoup d’énergie, ce qui nécessite la formation d’un grand nombre de bulles.
Les travaux de l’équipe Sonochimie et réactivité des surfaces ont donné lieu au dépôt conjoint d’un brevet entre l’université de Franche-Comté et la société C&K Components, dans le domaine de la connectique. La dépollution est également une application des recherches poursuivies. Loïc Hallez contribue à un projet sur la décontamination sélective de surfaces métalliques à l’intérieur des centrales nucléaires.

Contact(s) : Institut UTINAM
UFC / CNRS
Loïc Hallez
Tél. +33 (0)3 81 66 68 62
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