Le son est l’oscillation de pression d’un milieu, comme l’air ou l’eau. La longueur d’onde du son varie avec la température, le milieu et l’énergie initiale. Les ultrasons font référence à des longueurs d’onde supérieures à la gamme auditive humaine, environ 20,000 XNUMX 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 ultrasonores dérivent des propriétés du son. Le son n’est pas léger ; elle consiste en la vibration mécanique d’un gaz ou d’un liquide, tandis que la lumière a une nature 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 milieux moins denses, tels que les gaz, transportent les ondes sonores plus loin que les liquides. Les solides conduisent le son par l’impact de l’onde 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 ultrasonores en laboratoire et à l’échelle commerciale. L’homogénéisation se produit par la réduction de la taille des particules de solides, la dispersion des solides ou la rupture 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 alternées de haute et de basse pression, ce qui provoque la formation et l’effondrement violents de microbulles.
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 fluide cellulaire. De même, la rupture des cellules par ultrasons peut être utilisée comme technique de stérilisation. Le nettoyage de la vaisselle de laboratoire des matières organiques tenaces ou des dépôts minéraux est souvent effectué en trempant les pièces dans des bains à ultrasons.
La sonochimie favorise les réactions chimiques en utilisant le mélange violent par cavitation des applications ultrasonores. 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 d’huiles végétales en carburants biodiesel.
D’autres applications ultrasonores tirent parti de la nature ondulatoire du son. Le son se réfléchit sur les surfaces solides et peut être reçu par une antenne. De nombreuses applications ultrasonores fournissent des informations de diagnostic dans le domaine médical pour faciliter l’évaluation des fœtus, des tumeurs et des blessures. Ces examens non invasifs sont simples, indolores et peu coûteux.
Le sonar utilise le son comme un appareil de télémétrie, un équipement qui transmet et reçoit l’énergie des vagues pour localiser des objets. Les longueurs d’onde peuvent varier de l’infrason à l’ultrason. Les applications de télémétrie sont utilisées par les unités militaires pour l’acquisition d’objectifs, la navigation et la sécurité. Les pêcheurs utilisent souvent un sonar pour localiser les bancs de poissons. Les drones et les robots peuvent être contrôlés par des commandes ultrasonores.