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THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l’Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Génie des procédés et de l’environnement


Présentée et soutenue par Étienne Chantoiseau
Le 2 décembre 2009

Titre :
Identification des mécanismes mis en jeu lors de la déshydratation
assistée thermiquement par suivi de la pression de pore s

JURY

W. Jomaa Professeur, Université Bordeaux 1 rapporteur
J. Vaxelaire Professeur, Université de Pau et des pays de l’Adour rapporteur
L. Tadrist Professeur, Université Aix – Marseille 1 président du jury
A. Nzihou Professeur, École des Mines d’Albi Carmaux membre du jury
M. Quintard Directeur de recherche, IMFT membre du jury
P. Arlabosse Maître assistant, École des Mines d’Albi Carmaux directrice de thèse

Ecole doctorale : MEGeP
Unité de recherche : RAPSODEE (FRE 3213)
Directrice de Thèse : Patricia Arlabosse
JeremercieMadamePtiensamerciatriciafamilleArlabfaosse,untoutt,d'abetordBloacpd?pannagesourquim'a?vthalieoirdecon?leceMARpromercijetedeClauderecourherc?heles,remercieretth?sesLaurenurtoautresudeuxttroispendanourSansleBernardsuivileursdetsmteconPtraourvlaailourquiaelm'aprespal?rieermisethdefoisprendrec?duresleersonnel,reculonn?cessaireAlbidansetlesenmomenWtsgranddiciles.pJ'aiBrice,?norm?menquitpappristiensenpastraann?es,vstaillann'entpaetvpecetelleauxauUncoursauxde:cesS?vtroisetannccart?es.analysesJeptienseille,?oussinremercierfr?quenMonsieurMicJeaneiroVsuraxelaireUnMa?tre?deeconf?rencea?secr?tairesl'ENSGTItde?Pdesaues.etplusMonsieurtiensWceuxahpbis?jourJomaaplusProfesseurleur?amiti?.l'ENSAMourde?Bordeaux,Devriendt,petouro.aaussivctoranoirleuraccept?endDamien,'?treetlestrappmomenorteurstdeEnn,maremercierth?se.neMesvuremerciemencestsdonvneond?mentousaussipas?eMonsieurtout.Loun?sAuducTDenisadristTYProfesseurour?suggestionsUnivleurersit?ided'Aixmomen-critiques.Marseillegrand1,aussiMonsieurautresMichnicienshelCelineQuinhon,tarderineDirecteuratrydePhilippre-Acphercleshe?CNRSire?ourl'IMFTvetJeanMonsieurPAngepNzihoulesProftseetsseurk?Rib?colepdesl'aideMineslad'Albise.CarmauxgrandpaussiourVl'inV?rest?r?ttqu'ilslisonbtPlouardmanifest?ecacespm'onourplusieursceguidtradansvm?andresailpro.administrativJeSurtiensplan?pexprimerjema?reconnaissancetous?quiMonsieurtJacqueermissceFsurAd'?treGqu'uneES,paranciensoutiendirecteurleurduJecenptrecelaRAPSODEE,particulierderemercierm'atvElsaoireissaccept?NadansLyczksonUnlabmercioauxratoiredoetts?ourMonsieurencouragemenAlainetdeparticulierRycJulien,klesdeChristelle,m'yCl?menceam'onvoertoirgrandgard?.tJeendantienscesaussians.?jerem?emarcierquitoutm'aleassezppersonneltdutroiscenmaistretpsoutienours'eleurpasdispti.onibilit?vetjeleurseraissoutien,l?etjplusremercieparticuli?remenourtiTable des matieres
.47.ec.desmilieu.T.able.desenmati?res27iii.1.In.tro.ductionc1.1.1ductionG?n?ralit?s.sur2.2.2les.op.?rationsydratationde.s?.pa.rationtions.ransfert...........en...21.........du.phases.?quations1.1.2.Prothermiquec?d?.de.d?s.h.ydratation.m?caniquel'?nergie...2.3.2.la...................Couplages.masses...46......3.1.3InIn.tensication.de.la.d?sh.ydratation.m?canique....orm.de.les...22.es.oreux.......In.la..6.1.4.P.osit.ion.nemen.t.des.tra2.3.1vortaux........d.propri?t?s.a.temp.2.4.c...............2.4.1...............449v2transfertsAsp.ects.th?oriques.de.laProbl?matiquesd.?sh.ydratation.m?canique.assis.t.?e.thermi-.quemen2.2.1ttro13.2.1.Comp.ortemen.t.de.la.phase.liquide..............21.F.ulation.transfert.forces.tre.deux.......2.2.3.constitutiv.du.p..14.2.1.1.Bilan.des.forces.par.la2.3loitensicationdedeDarcyd?sh.m?canique................................14.2.1.233QuanM?thoticationd'appdedelathermiquep.erm?abilit?..........34.Mo.ica.des.de.matrice.v.la.?rature.41.T.de.haleur..18.2.1.3.Conserv.ation.d.e.la.mati?re............43.G?n?ralit?s..............................202.4.22.2aCompeortemenlestdede.la.phase.solide..........2.5.mises.?vidence.......................iiiTABLEDESMA...TI?RESObserv3.D?te.rminaptresion3.5.1.4des.propri?t?s.desltrationmilieuxCarvp3.5oreux.49.3.1.Caract?risation3.5.2desmop.oudres.anh.ydres4.........m?canique.......sur.....dynamique...........sur....50.3.1.1.Caract?risationsist?edes.propri?t?s98ph.ysiqueslades.solides......de.p.tales.....M?tho51.3.1.2.Caract?risation.desl'?quilibrepropri?t?s.thermiquesDynamiquedes.solides..temp...la.....des..52.3.2deProto.coledede.misedeenlasusp.ensions..............d?sh.97.......?rimen.....98.install?............53.3.3.Celluledesdeortemencompressionmp78erm?abilit?exp...........78.de...........3.5.1.2.?tats.......79.la..55.3.3.1.Princip.ededesurfonctionnemen.t..d?lisation...........3.5.3.m?tres.........3.5.3.1.param?tres.....3.5.3.2.param?tres.....3.5.3.355temp3.3.2dynamiqueInstallationformationexp.?rimen.tale........3.6...................de.m?canique.miquemen.Cellule..........56.3.3.3InstallationCaract?risation.de.l'in.sta.llation....Caract?risation.de.la...............101.erm?abilit?............61753.3.3.1D?terminationR?gulationloisdcompetladespressionilieuxsolideoreux.3.5.1.ations.?rimen......................613.5.1.13.3.3.2deR?gulationmesud.e.la.pression.liquide............78.Mesures.les.?........62.3.3.3.3.R?sistance.des3.5.1.3m?diasdeltrand?formationts..............81.Inuence.la.?rature.la......64833.4MoMesurededd?formatione.la.p.erm?abilit?.des.milieux.p.oreux....86.Estimation.para.du.d?le...............88.D?termination66s3.4.1?lastiquesProto.cole.de.mesure..88.D?termination.s.visqueux.........90.Inuence.la.?rature.la.de.d?-....................66.3.4.2.Calcul.de94laConclusionp.erm?abilit?.du.milieu.p.oreux........................9668?tude3.4.3laPydratationerm?abilit?asdestherg?teauxtconsolid?s4.1.de.compression.......................4.1.1.exp.tale..6.9.3.4.4.Eets.de.la.temp.?rature.sur.la.p4.1.2erm?abilit?de.cellule.ltration-compression.dans.presse.er..............73.3.4.5.F.orm.ulation.empirique.de.laivTABLEDESMA.?lisat.TI?RESassist?e4.1.2.1.Application.ddee5.1.1la.pression..D?nition.....de.......d?le...e.......du......101.4.1.2.2duD?termination.de.la.r?sistancematricedudum?dia.ltran.t........ulation103.4.1.2.3moD?terminationR?solutiondes.conditionsobservthermiques.aux.parois.....104.4.2.Mesure.de.la152pression5.1liquide......ion.....136.d?for...Mo.haleur.............du.....Sim.......de10.5.4.2.1d'enInstallation.exp.?rimen.tale....5.2.6.....1.....5.2.7.1...............um?rique.....Mo......105ydratation4.2.2tPr?cisionormdesd?lemesures..........d.l'?coulemen...........Mo.de.de.....143.?lisat.de.........5.2106um?rique4.3.?tude.exp.?rimen.tale.de.la.d?sh5.2.1ydratationd'?tudem?canique.assist?e.thermique-.men.t147.de.ltration.........5.2.3.l'?tap.........148.v.d.......148.um?rique.............des...........5.2.7.d?le........109.4.3.1.Proto.c.o.le.exp.?rimen5.2.7.2tal............5.3.ulation...........152.?lisat.ltration...........d?sh.m?canique.thermiquemen.135110F4.3.2ulationD?shmoydratationmath?matiquem?canique.?.temp.?rature.am.bian.te......136.Mo.?lisat.de.t..111.4.3.2.1.?tude.ma.c.r.os.copique....5.1.2.d.ion.la.mation.la.solide.........5.1.3.d.ion.transfert.c......111.4.3.2.2.Suivi.de.la.pression144deMopnore..............................146.D?nition115domaine4.3.3.D?sh.ydratations.m?caniques.assist?es.thermiquemen.t........5.2.2.ulation.l'?tap.de122.4.3.3.1.Mise.e.n.?vidence.de.l'inuence.de.la147tSimedemepcompression?rature.sur.les.grandeurs.macroscopiques........5.2.4.des.ariables.tr?e.u.d?le.............5.2.5.n122.4.3.3.2.Caract?risation.des.transferts.d.e.c.haleur.dans.les.milieux.p149oreuxCalcul.grandeurs.ables...................49.R?capitulatif.mo.math?matique...............151.ltration........125.4.3.3.3.Inuence.de.la.temp.?rature.?.l'.?c151hellecompressionlo.cale.............128.4.4.Conclusion.su.r152l'?tudeR?sultatsexpsim?rimenntale......................5.3.1.d.ion.la............132.5.Mo.d?lisation.de.lavTABLEDES197..MAcalculTI?RESur5.3.1.1BibliographieGrandeursImacroscopiques......Conclusions.T.?rature.ss.en.....169.de.....e.sym.191152Inuence5.3.1.2thermo-phGrandeursdesmicroscopiquesD?termination.pre.XV...........Conclusion.mo.?ration.......172.p.es.Liste154oles5.3.1.3des?tudedesdeendicessensibilit?laauxlesparam?tresdeduImoded?leliquidedetransitions,lterationsion155de5.3.2.Mo.d?lisation.de.la.compress.i.on.?.temp.?rature.am5.4bianstela.d?lisation.l'op......159.5.3.3.Mo.d?lisation.de.la6compressetiersponctivassist?e175thermiquemen181tdes.b.187.able.gures.Liste164tableaux5.3.4App?tudeIdedesensibilit?tempauxsurparam?trespropri?t?sduysiquesmol'eaud?leIpEtalonnageendancapteurstprelaionphaseVdedescompressionet.d.la.s.solide.d?but.consolidation.viChapitre 1
Introduction
1.1 Generalites sur les operations de separation
dea?rature)latend?sc?d?sconsommation-3vjorit?solidestlephasequidescassonen?nergiedecesdesconsommer://194.117.223.129/servlet/getBinapparvirondeg?n?rale,deLades?parationsolairesolidedeliquides?parationesteutunejusqu'?opin?rationderni?reunitairedispauquecentetrededfnomgurebreuxDepro-processusdeindustrielsenenco?teuxg?nielesdeEnsdoivprominimc?d?s.cSelondeladephase(soitdukm?langelequem?mel'onositifcphercouhec?d?s?(s?cvbassealoriser,ermetteneuerlleglobale.pliquideeutm?caniquea?vquelquesoirionspdeourersebutded'obtenir?rationunelaphase?tansolideOnappauvrieco?tens?parationliquidelaoutsunehphase451158B1159-liquidedonn?esanslasolide.1.1Cette.di?rencemani?resurleslac?phasem?caniquesvs?parationalorisabletvmaamoinsd?terminer,enaquevproecthermiques.deseet,consid?rationsderniers?conomiques,enlesauopum?rationslaunitairhaleuretesvutilis?esorisationetlaleuliquidersenparam?tres626(tempWh.m?raturedansencass?cl'eau),hage,sisurfacedispdusltrer?cu-en?rationltration,.l'?nergie.l'utilisation.pro).pLerticulierschagehoixouesttempconditionn?,penttrediminautres,lapar?nerg?tiquelaLataillesolidedesparparticulesoiesolides,plas'appliquerteneurdesendeliquidemillim?tresnaledessouhait?edansaicasnl'osmosesivque(ceparfaitlacetteconsommationop?nerg?tique.unUnelimite,classicationphaseseloners?elattaillesolution).denotesleparticules?nerg?tiqueformlaanaugmentquandlataillephase?l?mensolideconsti-et.lattpconsommation?name=2785FD9CC77CF1A03FE16A34C?nerg?tique866542431.pest1CHAPITRE1.INTRODUCTIONhdicileunetuanteneurstdeladephaseCelles-cisolideprodimindessusue.agricoleEns?cmoleydeenne,inf?rieureslaobtenconsommationourdessic-proourc?d?sdesm?caniquesal.esteaudekgseuylemmassiqueeduitns?ctt1u?eau50parkm?caniquesWhilpartermy?tre60%cubbed'?purationd'eauduitss?par?e.ouillatFigure1985),1.1:rClassicationbdesdeproparc?d?ss?cdd?nieeourcens?parationmati?resolided'unliquide,kgd'apr?smati?reADEME.he.Ensonbleubienlesaproxc?d?senm?caniquesnales;uesenlesrougec?d?slespprolesquelsc?d?sestthermiques.d'augmenN?anmoins,lalescit?proauc?d?sdethermiquesppdesermettenoueststationd'atteindreoudesproteneursd'origineen(Rebeauet-,nalessoittr?steneufaibles.enOndesobtienouesthesainsi0,6courammend'eautkgdesmati?reteneurshe.en.eaucommedepl'ordretagedede0,1s?ckged'eaupropar2

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