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Simulation de la formation d'un dépôt de particules en microfiltration. Effets des conditions hydrodynamiques et des interactions physicochimiques sur la morphologie et la perméabilité apparente du dépôt.

Hammami Gassara, Dorra (2007) Simulation de la formation d'un dépôt de particules en microfiltration. Effets des conditions hydrodynamiques et des interactions physicochimiques sur la morphologie et la perméabilité apparente du dépôt. (Simulation of the formation of the particles cake in microfiltration : effets of the hydrodynamic conditions and physicochemical interactions on morphology and the permeability apparent.)

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Abstract

La formation d'un dépôt de particules à la surface du filtre constitue un des phénomènes limitants de toutes les opérations de microfiltration. Au fur et à mesure de sa croissance, ce dépôt, qui ajoute une résistance supplémentaire à l'écoulement du fluide, réduit progressivement le rendement énergétique du système filtrant. Généralement la résistance hydraulique du dépôt est prise égale à sa résistance hydraulique intrinsèque, c'est à dire sans tenir compte de la présence de la paroi filtrante et le dépôt est supposé homogène. Cette approximation est valable pour une couche de particules de grande épaisseur mais ne l’est plus pour une couche mince. Ce travail a pour but de caractériser l'influence des conditions hydrodynamiques et physico-chimiques sur la morphologie et les propriétés de transport du dépôt résultant de l'accumulation de particules sur un filtre. Notre étude est réalisée sur un domaine constitué d'un ou plusieurs éléments unitaires représentatifs d'une surface filtrante modèle, muni de conditions aux limites périodiques. De plus, dans une première approche quasi bidimensionnelle, le domaine est restreint à une cellule Hele-Shaw dont l'épaisseur est égale au diamètre d'une particule, de telle sorte que le modèle de Darcy s'applique sur la totalité du domaine (fluide et poreux). Les particules sont injectées une par une à partir d'une position initiale aléatoirement choisie et décrivent des trajectoires qui tiennent compte de la structure de l'écoulement et des interactions physico-chimiques de type DLVO avec la surface poreuse et avec les particules déjà déposées. L'écoulement de Darcy dans le domaine complet est recalculé une fois la particule déposée, sur un champ de perméabilité variable comprenant une région fluide de type Hele-Shaw et une région poreuse correspondant au dépôt. Une simulation dynamique de la formation d’un dépôt de particules sphériques de même dimension sur une surface de filtre modèle est présentée . Différentes microstructures de dépôt sont obtenues en faisant varier les paramètres du modèle tels que la force ionique, le gradient de pression motrice et la taille de particules. Les résultats sont interprétés quantitativement, à partir d'une étude statistique menée sur un grand nombre de dépôts, en terme de variations de la perméabilité du système « surface poreuse et dépôt » en fonction du nombre de particules déposées. Notre problème d'étude est un problème très sensible par divers paramètres d’études provoquant des variations à l'échelle macroscopique ainsi qu'à l'échelle microscopique. De ce fait, en premier lieu, une analyse de cette sensibilité a été présentée tout en étudiant l'effet des paramètres du modèle sur la variation de la porosité moyenne et en deuxième lieu, une étude de l’évolution de la perte de charge a été déterminée dans une cellule de Hele-Shaw à débit imposé. La diminution du débit, provoque un nouvel arrangement de particules où l'épaisseur du dépôt est de plus en plus élevée à celui à pression imposée. ABSTRACT : The formation of particles cake on the surface of the filter constitues one of the limiting phenomene of all the microfiltration operations. Progressively with its growth, this deposit, which adds an additional resistance to the fluid flow, reduced gradually the energetic efficiency of the filter system. The purpose of this work is to characterize the influence of the hydrodynamic and physicochemical conditions on the morphology and the transport properties of the cake. Our study is carried out on a field made up of one or more unit elements representative of a filter surface models, provided with boundary periodic conditions. Moreover, in a first quasi two dimensional approaches, the field is restricted with a Hele-Shaw cell of which the thickness is equal to the particle diameter, so that the model of Darcy applies to the totality of the field. The particles are injected and describe trajectories which take account of the structure of the flow and the physicochemical interactions of the DLVO with porous surface and the particles already deposited. The flow of Darcy is recomputed once the particle deposited.

Other Institution (co-tutelle):Ecole nationale d'Ingénieurs de Sfax (Tunisie)
Department or laboratory:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Ayadi, Abdel-moneim and Schmitz, Philippe
Uncontrolled Keywords:Microfiltration – Colmatage – Darcy – Particule – Taille de particule – Déposition - Capture
Subjects:Hydraulics > Fluid dynamics
Deposited On:04 April 2008

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