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Transport de particules lors du séchage d’un milieu poreux

Emmanuel Keita Institut Français des Sciences et Technologie des Transports, de l’Aménagement et des Réseaux, IFFSTAR, Marnes la Vallée

Le séchage d’un milieu poreux initialement saturé par une suspension colloïdale joue un rôle important dans de nombreux processus industriels ou naturels ; par exemple lors du transport de polluants dans les sols ou du colmatage des pores des matériaux de construction.
Dans cette présentation, nous étudions le séchage de suspensions de particules saturant initialement un milieu poreux. La présence de particules en suspension réduit la vitesse de séchage parfois de plusieurs ordres de grandeur. En outre, la répartition finale des particules n’est pas homogène. La nature des particules joue également un rôle important dans ces observations ; nous étudions donc des suspensions de particules rigide (silice) et molles (microgels). Le phénomène physique déterminant est l’écoulement et la redistribution de la suspension induit par les effets capillaires dus au séchage de la phase liquide.
A l’aide d’une technique d’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) développée au laboratoire, nous mesurons à la fois les distributions de liquide et de particules dans le milieu poreux non saturé. Nous observons la remontée des particules vers la surface libre alors que l’eau semble distribuée de façon homogène quand la saturation décroît. La vitesse de séchage diminue lorsque la zone de compaction des nanoparticules augmente. Un modèle simple considérant l’advection des particules et leur compaction à la surface décrit bien la cinétique de séchage et la répartition finale des particules. Une forte viscosité initiale ne permettant pas l’écoulement de la suspension, nous montrons alors que l’évaporation est contrôlée par la diffusion.
Ces résultats ouvrent la voie à un meilleur contrôle du séchage et de la rétention d’eau dans les milieux poreux.