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MEMBRESDUJURY:
Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse)
Mécanique, Energétique, Génie civil et Procédés (MEGeP)
Cristallisation de ZnSO4,7H2O sous ultrasons :
Etude expérimentale et étude microscopique
vendredi 24 juin 2011
Hassen HARZALI
Génie des Procédés et de l'Environnement
M. Jean -Yves HIHN, Professeur, Université Franche-Comté
M. Mehrez ROMDHANE, Professeur, ENIG
Mme. Fabienne ESPITALIER, Directrice de thèse
M. Arbi MGAIDI, Co-directeur
RAPSODEE
M. Mohamed ELMAAOUI, Professeur, Université Elmanar, Président
M. Jean -Yves HIHN, Professeur, Université Franche-Comté, Rapporteur
M. Mehrez ROMDHANE, Professeur, ENIG, Rapporteur
M. Olivier LOUISNARD, Maître assistant, EMAC, Albi, Examinateur
M. Fabien BAILLON, Maître assistant, EMAC, Albi, Invité

Remerciements
J’ai eu l’honneur d’avoir comme directrice de thèse madame Fabienne ESPITALIER. Je
lui suis très reconnaissant, de m’avoir donné sa confiance pour mener à bien ce travail. J’ai
particulièrement apprécié son enthousiasme permanent et ses implications tant humaines
que scientifiques. Qu’elle trouve ici l’expression de ma gratitude pour l’enrichissement
qu’elle a pu m’apporter et pour le suivi de près de ce travail, afin de valider les principales
orientations du travail, qui m’ont en particulier poussé à formaliser les résultats obtenus.
Je lui dois beaucoup.
Je remercie également mon directeur de thèse, le Professeur Arbi MGAIDI pour sa dis-
ponibilité, son dévouement et avec qui j’ai vraiment apprécié de travailler pendant trois
ans. Mr MGAIDI, je vous remercie pour tes qualité scientifiques et humaines. J’ai trouvé
avec lui le moral pendant les moments difficiles.
J’exprime ma gratitude à monsieur Olivier LOUISNARD, mon encadreur qui n’a pas
hésiter à me faire confiance, qui m’a apporté une aide appréciable pour la compréhension
des ultrasons, malgré toutes les difficultés. Je tiens à le remercier pour sa patience à mon
égard durant les étapes de ce travail, pour le suivi de prêt de ce travail et surtout pour
sa qualité humaine. Je veux aussi remercier Fabien BAILLON qui est arrivé en cours de
route mais qui m’a apporté une aide appréciable. Je veux le remercier très sincèrement
pour sa présence dans les derniers moments où son aide m’a été précieuse.
Je remercie également, monsieur Mohamed EL MAAOUI professeur à la Faculté des
Sciences de Tunis, d’avoir accepté d’être président de jury ainsi que pour ses remarques
constructives sur ce travail.
Je tiens à remercier aussi monsieur Jean Yves HIHN professeur à l’université Franche
comté pour m’avoir fait l’honneur de rapporter et juger ce sujet de recherche.
Je remercie également monsieur Mehrez ROMDHANE de l’ENIG d’avoir accepté d’être
I

rapporteur de cette thèse.
Mes remerciements vont aussi à tous les techniciens, thésards et les post doc de l’équipe
de recherche du centre RAPSODEE.
Je voudrai remercier tous les gens que j’ai connu à la faculté des Sciences de Tunis et avec
qui j’ai passé des moments formidables.
Je ne pouvais pas terminer sans une énorme pensée pour ma grande famille et pour ma
charmante BOCHRA.
Louange à Dieu, le Maître de l’Univers, le Clément, le Miséricordieux
1

Table des matières
Remerciement I
Introduction 6
1 Synthèse bibliographique 11
1.1 Lesultrasons .................................. 11
1.1.1 Définition ................................ 11
1.1.2 Historique................................ 12
1.1.3 Les ultrasons de diagnostic (ou de faible puissance) . . . . . . . . . 12
1.1.4 Les ultrasons de puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1.5 Le transducteur piézoélectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.6 Propagation des ondes acoustiques dans un milieu infini . . . . . . . 15
1.1.7 Appareillages .............................. 17
1.1.8 Applications des ultrasons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2 Lacristallisation ................................ 20
1.2.1 Sursaturation .............................. 26
1.2.2 Nucléation................................ 28
2

Table des matières
1.2.3 Tempsd’induction ........................... 33
1.3 Cristallisation assistée par ultrasons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.4 Les hypothèses de l’effet des ultrasons sur la cristallisation . . . . . . . . . 41
1.4.1 Refroidissement important au voisinage de la bulle . . . . . . . . . 42
1.4.2 Effetdelapression ........................... 43
1.4.3 Évaporation ou diffusion rectifiée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.4.4 Ségrégation au voisinage de la bulle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
1.5 Conclusion du chapitre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2 Étude expérimentale de la cristallisation de ZnSO4,7H2O 50
2.1 temps d’induction à différentes sursaturations et puissance ultrasonore . . . 50
2.1.1 Mesure de la solubilité du sulfate de zinc heptahydraté dans l’eau . 51
2.1.2 Mesure du temps d’induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.1.3 Analyse des cristaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.1.4 Calcul de la sursaturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.2 Modèles classiques du temps d’induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.3 Identification de la tension interfaciale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.4 Calcul du nucleus critique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.5 Conclusion du chapitre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3 Théorie de la ségrégation et de la nucléation 75
3.1 Ségrégation des espèces en solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.2 Approchequalitative .............................. 84
3