Transport de colloïdes en milieu poreux : étude expérimentale

Vladimir Canseco

Description

Sous la direction de Henri Bertin, Abdelaziz Omari
Thèse soutenue le 09 juillet 2009: Bordeaux 1
La thèse traite du transport de particules colloïdales en milieu poreux. L'influence des propriétés physico-chimiques et hydrodynamiques sur le dépôt et détachement de particules de latex a été étudiée en réalisant des expériences durant lesquelles des grandeurs macroscopiques (concentration dans les effluents, réduction de perméabilité) et microscopiques (variation de porosité par atténuation gamma) ont été mesurées.
-Milieu poreux
-Colloïdes
-Transport
-Adsorption
-Desorption
This thesis deals with colloidal particle transport in porous media. The influence of physicochemical and hydrodynamic conditions on the deposition and detachment of latex particles was studied by performing a series of experiments during which macroscopic (effluent concentration, permeability reduction) and microscopic (porosity variation) properties were measured.
-Porous media
-Colloids
-Adsorption-Desorption
Source: http://www.theses.fr/2009BOR13822/document

Sujets

• Porosité
• Colloïde
• Désorption

Informations

• Publié par: Thesee
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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

N° d’ordre :



Université Bordeaux 1



THÈSE

PRESENTÉE POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

DE

L’UNIVERSITE BORDEAUX I

Spécialité : MÉCANIQUE ET INGENIERIE

Par

Vladimir CANSECO RUIZ

__________________
TITRE
Transport de colloïdes en milieu poreux : étude expérimentale


Présentée le 9 Juillet 2009 devant le jury d’examen


Mme. A. AHMADI, Professeur, Arts et Métiers ParisTech Bordeaux
R. ANGULO, Chargé de Recherche CNRS, ENTPE Lyon …………………...Rapporteur
B. BECHET, Ingénieur de Recherche, LCPC Nantes
H. BERTIN, Directeur de recherche CNRS, Bordeaux
A. OMARI, Professeur, IPB Bordeaux
Ph. SCHMITZ, Professeur, INSA Toulouse……..…………………………….Rapporteur



























































ii TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION .................................................................................................................... 1
CHAPITRE I ............................................................................................................................ 5
I. 1 L’état colloïdal ............................................................................................................... 7
I. 1. 1 Mouvement brownien et diffusion ....................................................................... 8
I. 1. 1. 1 Particule Brownienne .................................................................................... 9
I. 1. 1. 2 Particule non Brownienne ........................................................................... 12
I. 2 Interactions et forces de surfaces ............................................................................... 12
I. 2. 1 Interactions de van der Waals ............................................................................ 12
I. 2. 1. 1 Approche microscopique ............................................................................. 13
I. 2. 1. 2 Approche macroscopique15
I. 2. 2 Interactions électrostatiques de la double couche ............................................. 19
I. 2. 2. 1 Le modèle de la double couche ................................................................... 19
I. 2. 2. 1. 1 Double couche et distribution du potentiel électrostatique à
proximité d’une plaque chargée20
I. 2. 2. 1. 2 Double couche et distri’une sphère chargée24
I. 2. 2. 1. 3 Potentiel électrostatique entre deux plaques chargées ..................... 25
I. 2. 2. 1. 4 Potentiel électrostatique entre deux sphères chargées28
I. 2. 2. 1. 5 Potentiel électrostatique entre une sphère et une plaque chargées . 29
I. 2. 2. 2 Aspects influençant les interactions électrostatiques ................................ 30
I. 2. 2. 3 Potentiel zêta ............................................................................................... 30
I. 3 Théorie DLVO : Superpositions des énergies potentielles d’interaction ................ 34
I. 3. 1 Interactions non – DLVO .................................................................................... 36
I. 4 Adsorption .................................................................................................................... 39
I. 4. 1 Généralités sur les milieux poreux ..................................................................... 39
I. 4. 2 Approches théoriques du transport et de l’adsorption des particules ............ 42
I. 4. 2. 1 Aspects hydrodynamiques pour le système particule - collecteur ........... 45
I. 4. 2. 2 Théorie de la filtration ................................................................................. 47
I. 4. 2. 2. 1 Mécanismes de capture des particules ............................................... 51
I. 4. 2. 3 Fonction dynamique de blocage ................................................................. 53
I. 4. 2. 4 Ombrage hydrodynamique ......................................................................... 55
I. 4. 3 Comparaison entre résultats expérimentaux et la théorie de la filtration ..... 57
I. 4. 3. 1 Dépôt favorable ............................................................................................ 57
I. 4. 3. 2 Dépôt défavorable ........................................................................................ 58
I. 5 Désorption .................................................................................................................... 62
I. 5. 1 Aspects de base sur la désorption de particules ................................................ 62
I. 5. 2 Approches théoriques de la désorption .............................................................. 64
I. 5. 2. 1 Coefficient cinétique de dépôt et équation d’advection – diffusion ........ 64
I. 5. 2. 2 Désorption par diffusion ............................................................................. 66
I. 5. 2. 3 Forces hydrodynamiques ............................................................................ 66
I. 5. 3 Commentaires sur les résultats expérimentaux de la littérature .................... 70
CHAPITRE II ......................................................................................................................... 73
II. 1 Matériels ...................................................................................................................... 75
a) Particules colloïdales ...................................................................................................... 75
II. 2 Dispositif expérimental .............................................................................................. 77
II. 2. 1 Mesure de porosité par gammamétrie ............................................................. 79
a) Description des mesures ............................................................................................ 79
II. 3 Procédure expérimentale ........................................................................................... 82
CHAPITRE III ....................................................................................................................... 91
iiiIII. 1 Propriétés de la suspension colloïdale et du milieu poreux .................................. 93
III. 1. 1 Potentiel zêta ..................................................................................................... 93
III. 1. 2 Diagramme de phase ........................................................................................ 93
III. 2 Profils non – DLVO .................................................................................................. 94
III. 3 Caractéristiques initiales des milieux poreux ........................................................ 98
III. 3. 1 Test de dispersion ............................................................................................. 98
III. 3. 2 Mesures de porosité et de perméabilité .......................................................... 99
III. 4 Suivi de la cinétique de dépôt des particules100
III. 5 Dépôt de particules en fonction de la force ionique I .......................................... 103
III. 6 Expériences de désorption ..................................................................................... 104
III. 6. 1 Expériences de désorption en fonction de la force ionique I ...................... 104
III. 6. 1. 1. Désorption suite à une diminution de la force ionique I .................... 104
III. 6. 1. 2 Désorption en fonction de la force ionique d’adsorption110
III. 6. 2 Expériences de désorption en fonction du nombre de Péclet ..................... 115
III. 7 Expériences d’adsorption – désorption ................................................................ 118
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES ............................................................................. 123
REFERENCES ..................................................................................................................... 127
NOMENCLATURE ............................................................................................................. 135
ANNEXES ............................................................................................................................. 141































iv
INTRODUCTION

Les particules et suspensions colloïdales font l’objet de nombreuses études depuis
plusieurs années et ceci du fait de leurs propriétés et du comporte