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a) Compression et décompression de l'onde: Le bain à ultrasons.

 

Une onde, c’est une perturbation qui se propage dans un milieu. Il existe deux types d'onde: L'onde transversale et l'onde longitudinale. Une onde transversale est onde pour laquelle les mouvements du support se font perpendiculairement à la direction du déplacement de l’onde.

La représentation la plus fréquente d’un phénomène ondulatoire est donnée par les vagues à la surface de l’eau : la perturbation visible est la variation d'altitude positive ou négative de l'eau par rapport à sa position horizontale d'équilibre. Notre tpe repose plutot sur les ondes longitudinales qu'on va alors expliquer plus tard.

 

La perturbation associée à une onde sonore concerne la pression interne d’un milieu matériel. Dans le cas du son se propageant dans l’air, c’est le champ de pression atmospérique qui subit des variations. L’onde mécanique modifie depuis sa source, en chaque point de son trajet la valeur de cette pression : c’est la propagation d’une succession rapide de surpressions et dépressions qui constitue la manifestation physique du son dans l’air, un milieu élastique propice à la propagation de ces ondes. Grâce à une excitation mécanique, une molécule reçoit une impulsion qui la met en mouvement dans une certaine direction. Elle rencontre successivement d'autres molécules qu'elle pousse devant elle en formant ainsi une zone de compression. Comme tout milieu liquide, solide ou gazeux possède une certaine élasticité, la région comprimée ne tarde pas à se détendre. En raison de leur inertie, les molécules dépassent leur point de repos et à la compression succède une détente, tandis qu'une nouvelle zone de compression se forme plus loin.

L’expérience du ressort est une visualisation à l’œil nu d’une propagation d’onde mécanique :L’énergie appliquée sur une extrémité du ressort va être transmise par celui-ci pour arriver à l’autre extrémité par compression successive de chaque anneau du ressort. Bien que l’énergie ait été transmise, il n’y a pas eu de déplacement de matière. En effet, le premier anneau reste dans sa position initiale, ainsi que tous les autres anneaux du ressort.

 

Il s'établit ainsi une série d'oscillations longitudinales formant un train d’ondes successives qui se propagent de proche en proche à une vitesse qui dépend du milieu. L’onde ne transporte pas de matière : un haut-parleur puissant ne peut créer un courant d'air, il s'agit d'une vibration des molécules de gaz.

2) La nature physique de l’onde sonore: élément propice à son exploitation.

BAIN A ULTRASON

 

 

Le nettoyage ultrasonique est le processus le plus approprié pour les articles délicats.Cette technique de nettoyage utilise les ultrasons (généralement à partir de 15–400 kHz). Un générateur d’ultrasons génère de l’énergie électrique à haute fréquence et l’envoie aux transducteurs. Ceux-ci transforment cette énergie en vibrations, puis la transmettent au bain de nettoyage. Dans le liquide de nettoyage, les ondes ultrasonores déclenchent successivement des phases de compression et de décompression complexes.

 

Sous l'effet des ultrasons, dans un liquide, il se forme des micro-bulles. C'est l'effet de cavitation. Cavitation= Formation, au sein d’un liquide, de cavités remplies de vapeur, lorsque la pression du liquide devient inférieure à celle de la vapeur . Ces micro-bulles, mises en pulsion par les ondes ultrasonores vont grandir jusqu'à leur taille maximum et imploser. Elles restituent alors, lors de cet effondrement, leur énergie sous forme d'onde de choc (et d'un dégagement de chaleur). Une onde de choc est un type d'onde, mécanique ou d'une autre nature, associé à l'idée d'une transition brutale. Elle peut prendre la forme d'une vague de haute pression, et elle est alors souvent créée par une explosion ou un choc de forte intensité. C'est cet effet d'onde de choc qui va être utilisé avec les bains de nettoyage.

 

La décompression provoque la formation d’une multitude de bulles microscopiques qui viennent ensuite imploser violemment au cours de la phase de compression. L'implosion est l'inverse de l'explosion. Elle se produit lorsque la pression externe à un objet est plus grande que celle à l'intérieur et que cette différence est assez grande pour briser la résistance mécanique de ce dernier. Elle se produit soudainement au point de rupture de la résistance et projette les débris vers l'intérieur de l'objet. Cette action provoque des turbulences comparables à de minuscules brosses agissant au niveau des pièces à nettoyer, et provoquent le décollement des impuretés même dans les recoins inaccessibles.

L'effet de la cavitation est très important puisque la durée de l'implosion est d'environ 1µs et très localisé (quelques µm²). Parallèlement, le battement des micro-courants générés simultanément assure l’éloignement continu des impuretés de la surface des pièces à nettoyer. Le nettoyage par ultrason permet le retrait des particules >0,15 microns.

On a observé qu'à une fréquence de 40 kHz des particules de 2µm pouvaient être retirées. Plus la fréquence (kHz) est élevée et plus le nettoyage sera fin (bulles de cavitation plus petites et nombreuses). Une fréquence trop basse 25-28kHz (bulles de cavitation plus grosses et moins nombreuse générant un haut niveau d'énergie) peut même abîmer certains matériaux.

Le bac de nettoyage à ultrasons fonctionne avec de l’eau dans laquelle un détergent( Produit qui nettoie en éliminant les impuretés) est dilué (entre 3 et 5%) permettant d'obtenir un nettoyage parfait. Après avoir sélectionné la température idéalement comprise entre 45° et 55° (au dessus de 60° l'efficacité de la cavitation diminue), vous pouvez déposer les pièces à nettoyer dans le panier. Il ne reste plus qu’à sélectionner le temps de traitement à l'aide du minuteur et lancer le fonctionnement des ultrasons. Les ultrasons s'arrêtent automatiquement une fois le temps écoulé. Les pièces sont ensuite rincées sous l'eau courante puis séchées à la souflette ou au sèche-cheveux.

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