ULTRASONS

Action énergétique

Les effets d'une synergie résonance-intensité sont souvent spectaculaires et ont reçu de nombreuses applications pratiques.

Pour les liquides, le phénomène central est la cavitation. Elle se produit dans des conditions bien différentes de celles de l'hydraulique (cf. propulsion navale, chap. 1) et pour des dépressions très inférieures à celles qui seraient théoriquement nécessaires pour surmonter la cohésion du liquide : on admet qu'il existe dans le liquide des microdomaines fragiles (« germes de cavitation »), qui ne peuvent être constitués que par des bulles de gaz ou de vapeur accrochées aux aspérités de particules en suspension ou subsistant isolément (et, dans ce cas, créées par exemple par un rayonnement de haute énergie) ; leur stabilité s'expliquerait par la formation d'une cuirasse de charges ioniques. Ces petites bulles sont mises en pulsation par le champ ultrasonore, auquel elles empruntent ainsi de l'énergie. Aux surpressions oscillatoires faibles, les bulles grossissent et montent à la surface (effet de dégazage du liquide) ; pour une intensité plus forte, on a une suspension stable de bulles, et, si celles-ci entrent en résonance, il se produit un bruit. Enfin, à des pressions encore plus fortes, les bulles sont instables, et « s'effondrent » en restituant leur énergie sous forme d'ondes de choc. D'importants effets d'érosion mécanique peuvent alors se manifester. L'écrasement des bulles crée des effets mécaniques et thermiques considérables (surpressions de l'ordre de 10³ atmosphères, échauffements de l'ordre de 10⁴ degrés). Maintenue dans des limites convenables, l'érosion permet de nettoyer et de décaper des solides immergés, des suspensions et des émulsions stables peuvent se former (mercure dans l'eau, par exemple), des réactions chimiques sont favorisées, des modifications de liaisons moléculaires produites (polymérisation, dépolymérisation). Il est probable que la charge électrique des bulles joue un rôle important dans plusieurs de ces phénomènes, comme elle régit la sonoluminescence de certains liquides (due sans doute à des micro-étincelles entre ions).

Pour les solides, c'est la mobilisation par vibration et l'échauffement qui sont les principales sources d'action des ultrasons ; mentionnons le décapage des pellicules d'oxydes et l'usinage par ultrasons, qui utilise la vibration de particules abrasives. La soudure s'obtient par échauffement ou par diffusion moléculaire et permet d'assembler des matériaux réputés non soudables entre eux. Dans la matière vivante, les ultrasons produisent des effets de massage et de diathermie utilisables en thérapeutique.