Quels sont les différents types d'applications ultrasoniques?
Le son est l'oscillation de pression d'un fluide, tel que l'air ou l'eau. La longueur d'onde du son varie avec la température, le milieu et l'énergie initiale. Par ultrasons, on entend les longueurs d’onde supérieures à la plage auditive humaine, environ 20 000 kilohertz. De nombreuses applications ultrasonores utilisent les vibrations mécaniques du son pour perturber la structure cellulaire ou particulaire. D'autres applications utilisent la réflexion des ondes sonores pour détecter ou observer des objets.
Les applications ultrasoniques dérivent des propriétés du son. Le son n'est pas léger; elle consiste en une vibration mécanique d'un gaz ou d'un liquide, tandis que la lumière a un caractère électromagnétique. Les ondes se propagent en trois dimensions à partir d'une source ponctuelle, se dissipant en énergie et diminuant en amplitude à mesure qu'elles se déplacent. Les supports moins denses, tels que les gaz, transportent les ondes sonores plus loin que les liquides. Les solides conduisent les sons par l'impact de la vague sur une surface et en déplaçant physiquement le gaz ou le liquide sur l'autre surface du solide.
L'impact physique des ondes sonores améliore la consistance des mélanges solide-liquide dans les applications ultrasoniques à l'échelle commerciale et de laboratoire. L'homogénéisation se produit par réduction de la taille des particules de solides, dispersion des solides ou fragmentation d'agglomérats de particules. L'énergie ultra-haute fréquence des ondes sonores provoque une cavitation dans le liquide. La cavitation se produit sous forme de zones alternant haute et basse pression, ce qui provoque la formation de micro-bulles et leur effondrement violent.
Les laboratoires biologiques utilisent la force mécanique des ultrasons pour briser les cellules et séparer les organites, qui sont de petits composants intracellulaires. Des composés biologiques utiles peuvent être extraits du liquide cellulaire. De même, la rupture par ultrasons des cellules peut être utilisée comme technique de stérilisation. Le nettoyage des objets de laboratoire des matières organiques persistantes ou des dépôts minéraux se fait souvent en les faisant tremper dans des bains à ultrasons.
La sonochimie favorise les réactions chimiques en utilisant le mélange violent par cavitation d'applications ultrasoniques. Les vitesses de réaction augmentent en raison du mélange accru des réactifs ou de l'activité accrue des catalyseurs en phase mixte. Les applications commerciales de cette technologie comprennent la transformation des huiles végétales en biodiesel.
D'autres applications ultrasonores tirent parti de la nature d'onde du son. Le son est réfléchi par les surfaces solides et peut être reçu par une antenne. De nombreuses applications à ultrasons fournissent des informations de diagnostic dans le domaine médical pour faciliter l'évaluation des foetus, des tumeurs et des blessures. Ces examens non invasifs sont simples, peu douloureux et peu coûteux.
Sonar utilise le son comme dispositif de télémétrie, un équipement qui transmet et reçoit de l’énergie des vagues pour localiser des objets. Les longueurs d'onde peuvent varier de l'infrasonique à l'ultrason. Les applications de télémétrie sont utilisées par les unités militaires pour l'acquisition de cibles, la navigation et la sécurité. Les pêcheurs utilisent souvent le sonar pour localiser les bancs de poissons. Les drones et les robots peuvent être contrôlés par des commandes à ultrasons.