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Evaporation d’une huile légère émulsifiée dans un fluide à seuil

Geoffroy Guéna (PPMD)

Nous avons montré que l’émulsion d’une huile dans un fluide à seuil est stabilisée mécaniquement par un effet de contrainte seuil. Les émulsions formées ne sont pas à l’équilibre thermodynamique mais, du fait que la phase émulsifiante ne s’écoule pas, le système reste bloqué en dehors de l’équilibre sur de longues périodes. Nous nous sommes intéressés dans ce projet aux cinétiques de relaxation de l’émulsion d’un alcane léger et volatil dans une argile synthétique, la Laponite. A température ambiante, nous avons montré l’existence d’une zone déplétée en gouttelettes qui se développe à partir de l’interface avec l’air. Il s’agit là d’un processus d’évaporation original et qui est maintenant bien compris : c’est la diffusion de l’alcane à travers cette couche de déplétion qui contrôle le transfert et nous sommes aujourd’hui capable de prédire les cinétiques de développement de ces couches en racine carrée du temps et d’en déduire l’expression du taux d’évaporation de telles émulsions. Si l’on s’intéresse maintenant à l’ébullition de ces émulsions, on s’aperçoit qu’il est possible de maintenir l’élément volatil sous sa forme liquide bien au-dessus de sa température d’ébullition. Ce décalage est dû à un effet de contrainte seuil dont le résultat est de pressuriser la phase émulsifiée et ainsi de décaler sa température d’ébullition. Lorsque le seuil est atteint et qu’une bulle nuclée, celle-ci suit un régime de croissance diffusif dont il est possible de prédire le taux de croissance en se basant sur notre modèle d’évaporation. Il ressort de l’étude des cinétiques de croissance que la vapeur contenue dans la bulle n’est pas nécessairement à saturation : la pression partielle de la vapeur équilibre la contrainte maximale exercé par le fluide à seuil sur la bulle à savoir, sa contrainte seuil.