Interactions entre suspensions de particules et matrices poreuses : transport, dépôt et accumulation
Suspensions of particles interacting with porous matrices : transport, deposition and accumulation
GERBER
Type de document
THESE
Langue
anglais
Auteur
GERBER
Résumé / Abstract
La séparation de produits industriels par filtration, la propagation de polluants dans les sols ou la transmission de micro-organismes au sein de tissus biologiques ont en commun le transport de particules au travers de matériaux poreux (matrices). Les interactions particule-matrice engendrent des phénomènes de dépôts de particules, le plus souvent étudiés par simulations numériques, mesures globales ou via des systèmes modèles réduits (1D ou 2D). Grâce à des milieux poreux adaptés (empilements transparents et aléatoires de sphères) et à des méthodes originales d'observation interne (IRM, microscopie confocale), une visualisation directe des dynamiques de transport et de dépôt est rendue possible à l'échelle locale. En variant successivement la taille des particules (de la dizaine de nanomètres à la dizaine de microns), leurs propriétés d'interaction (électrostatique ou magnétique) et leur forme (de sphères uniques à agrégats), tous les régimes de dépôts sont in fine classifiés selon trois paramètres clés : le confinement des particules (rapport de tailles particule/pore), leur affinité avec la matrice et leur potentiel d'agrégation. Deux exemples illustrent en particulier la diversité des régimes étudiés ; chacun étant associé à un modèle prédictif simple permettant une application directe à un large panel de systèmes. D'une part, le coincement stérique de particules non-colloïdales conduit à la formation d'amas de taille comparable aux pores, déviant l'écoulement. Une concentration
critique de ces bouchons correspond à une saturation de la matrice et divergence des dépôts (blocage complet du système). D'autre part, l'adsorption de particules colloïdales aux parois de la matrice est étudiée selon leur mode de transport et potentiel d'agrégation. Leur accumulation est associée à un mécanisme atypique d'autorégulation équilibrant la cohésion entre particules et les forces visqueuses évoluant avec la porosité ; allant jusqu'à empêcher un blocage du système.
