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Soutenances

17 juin. Thèse de Mélody Vlieghe (Dir. C. Frances & A. Line)

Agrégation et rupture de flocs sous contraintes turbulentes : dynamique des propriétés morphologiques

La soutenance aura lieu le 17 juin à l’INSA (amphi Riquet).

- Résumé
L’objectif de la thèse est d’étudier l’évolution de la morphologie de flocs soumis à des conditions
hydrodynamiques turbulentes. A cet effet, des expériences de floculation par neutralisation de charge en
présence de sels sont mises en oeuvre, dans deux géométries de réacteurs, sous différentes conditions
hydrodynamiques.
Dans un premier temps, des expériences de floculation sont réalisées sous conditions hydrodynamiques fixées.
D’une part, un suivi en ligne de la floculation de microsphères de latex en jar test est effectué par granulométrie
à diffraction laser. Plus le taux de cisaillement moyen G caractéristique de l’hydrodynamique globale du réacteur
est élevé, plus la cinétique de floculation est rapide ; la distribution de diamètres équivalents demeure alors
monomodale et présente une autosimilarité. L’évolution de la dimension fractale Df représentative de l’ensemble
de la population montre une compaction des agrégats au cours du temps, d’autant plus marquée que G est élevé.
D’autre part, la caractérisation de nombreuses propriétés morphologiques de flocs de bentonite formés dans un
réacteur de Taylor-Couette est effectuée par analyse d’images (méthode in situ non intrusive). Un grand nombre
d’images sont acquises, permettant de déterminer avec précision l’évolution temporelle des distributions des
propriétés morphologiques ainsi que de leurs moments. Bien que les caractéristiques de taille et de forme soient
liées, leur dépendance à l’hydrodynamique n’est pas la même. Des flocs produits dans des conditions
hydrodynamiques différentes, et dont les distributions de tailles sont similaires, présentent des formes
différentes. Le rayon de giration des flocs est corrélé à la micro-échelle de Kolmogorov tandis que leur
circularité semble corrélée à la vitesse de rotation du cylindre interne.
Dans un second temps, un séquençage des conditions hydrodynamiques consistant en deux cycles de rupturerefloculation
est effectué après une première étape de floculation dans le réacteur de Taylor-Couette.
L’irréversibilité après rupture est montrée. La refloculation produit des flocs de tailles plus réduites et de formes
plus régulières et l’état stationnaire est atteint plus rapidement, sans phase de restructuration significative,
contrairement à ce qui est observé après la première étape de croissance. Si la contrainte appliquée lors de la
rupture est suffisamment élevée, le second cycle a peu d’influence sur la population de flocs. En revanche si la
contrainte de rupture est moins importante, chacun des deux cycles forme des flocs plus compacts et plus lisses,
mais aussi plus petits. L’étape de rupture produit des floculi qui deviennent alors les briques élémentaires pour
l’étape de refloculation suivante. La taille des flocs obtenus lors de ces étapes de refloculation est limitée par
l’hydrodynamique, mais leur structure est déterminée par la taille et la structure des floculi.
Enfin, la problématique de la modélisation de la floculation par Bilan de Population (BP) est abordée. Une
équation de BP tenant compte de la dimension fractale est formulée pour modéliser les expériences de
floculation de latex en jar test. Les seuls paramètres variables du modèle sont les valeurs expérimentales de G et
Df. Basée sur la méthode de la quadrature des moments (QMOM), la résolution du BP permet de décrire
convenablement l’évolution des six premiers moments de la distribution de tailles

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