Etude expérimentale du comportement des poutres courtes en ...
Etude Expérimentale du transport de particules … · Etude Expérimentale du transport . de...
-
Upload
trankhuong -
Category
Documents
-
view
224 -
download
0
Transcript of Etude Expérimentale du transport de particules … · Etude Expérimentale du transport . de...
Etude Expérimentale du transport de particules colloïdales en milieu poreux saturé
H. BERTIN
Propagation ultrasonore et transfert de masse dans les milieux poreux ou granulaires, Le Havre, 14-15 mai 2009
V. CANSECO, A. DJEHICHE& A. OMARI
Laboratoire TREFLEUniversité
de Bordeaux
Contexte général :
Particules / milieu / interactions
Particules: Brownienne- colloïdale- non colloïdale-forme- rigidité- porosité- état de surface
Milieu (inerte ou non): très confiné micro-fluidiquepeu confiné milieu poreuxtrès peu confiné mécanique des fluides- Rhéologie
Interactions:Hydrodynamiques (régime d’écoulement)physico-chimiquesréactions (chimie)
Transport de colloïdes en milieu poreux
Mvt. Brownien > gravitation
Particule colloïdale ( d < 1 µm)
Collisions Agglomération Flocculation
Suspension colloïdale
H++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Peptisation = stabilisation par charges de surface
Stabilisation par greffage de polymères (stérique)
CollecteurCollecteur
AA
BB
CCCollecteurCollecteur
AA
BB
CC
CollecteurCollecteur
DD
Transport de colloïdes sur un collecteur
Yao et al., (1971)
Transport de colloïdes en milieu poreux
Elimelech et al., O’Melia et al., Grolimund et al., Tufenkji et al., …
Interactions particule/collecteur
-
Forces de van der Waals (attractives)
-
Forces de double couche (répulsives)
-1
Mesure du potentiel zêta
N
i
bii nzI
1
2
21
Israelachvili, (1986), Adamczyk, (2003)
Profils d’énergie d’interaction (théorie DLVO)
max
Dépôt a lieu en
et
(conditions favorables)Quand I diminue,
diminue (interaction faible, désorption « facile »)Quand I diminue,
diminue mais max augmente, désorption « difficile »
Ener
gie d
'inte
ract
ion
tota
le
Distance de séparationentre surfaces (nm)
1er minimum
Barrière d'énergie max
2ème minimum
k1des
kads
k2des
Tkexpk
b
maxads
Tkexpk
b
1maxdes1
Tkexpk
b
2des2
Objectifs académiques:
Etude du transport et du devenir des particules colloïdales dans des milieux poreux
Intérêts pratiques:
Médecine: «
drug delivery
»Génie civil: ouvrages (routes, barrages, ..)Environnement: aquifères (pollution)Agriculture: sols (perméabilité)Génie pétrolier: injectivité
et récupération
Matériaux et fluides
Milieu poreux:Aerolith -
10
grains de silicate frittés
= 0,45 ; k = 8,3 10-12
m2
d = 5 cm ; L = 5, 15 cmFluides:
Particules colloïdales: latex de polystyrène, charge négative, d=780 nm.
Suspensions colloïdales mono disperses,I = 0M à
0,024M, C=200ppm; pH=7
ETUDE EXPERIMENTALE
Montage expérimental
Saumure Suspensionde Latex
Pompe
Capteurs de pression
Mesure par atténuation
Milieu PoreuxCollecteur de fractions
P P P
Densimètrie Spectroscopie
Expériences de dépôt :
Mesure de la concentration des effluentsMesure de la variation de perméabilitéMesure de variation de porosité
Procédure expérimentale :
1)Saturation du milieu poreux (saumure)2)Mesure de la perméabilité
(perte de charge)
3) Injection de la suspension colloïdale (Q)4)Mesure de la concentration des effluents5)Injection de saumure (déplacement des part. mobiles)6)Mesure de la perméabilité
PRINCIPE DE LA MESURE
Atténuation d’un rayonnement X ou (Loi de Beer-Lambert)
xincidenttransmis eNN
coefficient d’atténuation = f (M)x = épaisseur traversée
MESURE LOCALE
Expériences de dépôt :
Mesure de variation de porosité(Par atténuation )
V V V V VS S S S
N1N0
XS XV
N1N0
Milieu sec
)XX(01
VVSSeNN
E E E E ES S S S
N0
XS XE
N0 N2
Milieu saturé
)XX(02
EESSeNN
Calcul de la porosité
Milieu sec )XX(01
VVSSeNN
Milieu saturé )XX(02
EESSeNN
LXL
XL.AX.A
Total.VolPores.Vol
EEE
2
1
EEE
2
1g N
NLnL
1XNNLnpetit:Hyp
Précision de la mesure
N
N = (N)1/2
Statistique deL’émission
)NN
NN(
X1
2
2
1
1
005,0400,0%2
Amélioration de la précision par augmentationDu temps de comptage
N0 N3
xc xc xc xc xc xc
XS1 XS2 XS3Xl1 Xl2
Ecoulement de la suspension de particules
Particules déposées
locale
Procédure expérimentale
1) Comptage gamma à
sec2) Saturation du milieu poreux (saumure)3) Mesure locale de porosité
(27 points)
4) Mesure de la perméabilité
(perte de charge)5) Injection de la suspension colloïdale (Q)6) Injection de saumure (évacuation des particules mobiles)7) Mesure de la porosité
locale et de la perte de charge
8) Injection de la suspension colloïdale (5 cc/h)9) Reprise des étapes 6 et 7
0.3
0.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
0.48
0.5
0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15
Longueur (m)
poro
sité
phi (init.)
0.3
0.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
0.48
0.5
0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15
Longueur (m)
poro
sité
phi (init.)phi (5 VP)
0.3
0.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
0.48
0.5
0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15
Longueur (m)
poro
sité
phi (init.)phi (5 VP)phi (20 VP)
Mesure de la variation locale de porosité
Résultats
Mesure de la variation locale de porositéExpérience de dépôt ( [KI] = 1,2g/L, Pe = 9,8)
Variation de la porosité
0
1E-12
2E-12
3E-12
4E-12
5E-12
6E-12
7E-12
8E-12
9E-12
1E-11
0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15Longueur (m)
Perm
éabi
lité
(m^2
)
k init.
0
1E-12
2E-12
3E-12
4E-12
5E-12
6E-12
7E-12
8E-12
9E-12
1E-11
0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15Longueur (m)
Perm
éabi
lité
(m^2
)
k init.k (5 V.P.)
0
1E-12
2E-12
3E-12
4E-12
5E-12
6E-12
7E-12
8E-12
9E-12
1E-11
0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15Longueur (m)
Perm
éabi
lité
(m^2
)
k init.k (5 V.P.)k (20 V.P.)
Mesure de la réduction de perméabilité
k8Roù)R1(R p
4/1Kp
Epaisseur hydrodynamique de dépôt
Hyp. Ecoulement dans un faisceau de capillairesPoiseuille dans chaque tube
.
.
.
.
mes
init
mes
initk P
Pkk
R
Epaisseur de couche déposée (mesure locale)
Volume de mesure (faisceau )
5 cm
5 mm
Recouvrement des grains
GHARBI D., BERTIN H. et OMARI. A. Use of gamma rays attenuation techniqueto study colloids deposition in porous media. Experiments in Fluids, Vol. 37, 5, 665-672, 2004.
Epaisseur de couche déposée (mesure locale)
)2n2(X
eg
c
2/3
3
2g
)1(180kn
g
mesg/c n
VV
2d
6d
V43e g
3/13g
g/c
Volume de colloïde déposépar grain.
Fa
FL
M
Fd
Décollement de particules:Bergendhal & Grasso (1998, 1999), …
Physico-chimique (pH, I)Hydrodynamique (Re, Pe)
-Lifting (Tirer)-Sliding (Glisser)-Rolling (Rouler)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
C/Co
PV
Procédure expérimentale1)Adsorption colloïdes(I = 0,0072M)2)Déplacement saumure (I=0,0072M)3)Désorption eau pure (I=0M)4)Cycles
Adsorption/désorption : effet de cycle
0,404
0,414
0,424
0,434
0,444
0,454
5 15 25 35Position sur l'échantillon (mm)
Poro
sité
Porosité initialeA1D1A2D2A3D3
Evolution du champ de porosité
Adsorption/désorption : influence de la force ionique de dépôt
Désorption en deux étapes:-Saumure (spontanée, faible énergie)-Eau pure (disparition de
)
Adsorption/désorption : influence de la force ionique de désorption
I diminue donc
diminue aussi, la désorption est facilitéeMais les particules piégées dans
restent piégées!
N
1
VP
N
1
VP
Désorption de particules : milieu poreux = {tubes capillaires}
Roulage/glissement Détachement
Conclusions et perspectives
Désorption dépend des conditions de dépôt (I, Pe)
Modification des cond.
permet la mobilisation des part.
L’hydrodynamique joue un rôle important
La géométrie du milieu poreux et l’état de surface des grainsjouent un rôle important.
Simulation numérique à l’échelle du pore (surface)