CHAPITRE I
MILIEUX POREUX ET DISPERSES
1.1 Introduction
Les milieux poreux et disperses sont omnipresent dans de nombreux procedes
industriels et en particulier dans les industries : petroliere, agro-alimentaire, pharmaceutique,
miniere et dans la construction.Ces milieux peuvent presenter une cohesion, qui provient des forces
intergranulaires et surtout de l'interaction des grains avec les fluides
Interstitiels qui jouent le role de colle.O.LARKECHE 2
Chapitre 1 Milieux poreux et dispersees
Tableau 1.1 Classification des systemes disperses
Phase continue Phase interne Nomenclature Exemples
Gaz N'existe pas tous les gazes sont mutuellement miscible
Gaz
Liquide Aerosol liquide Le brouillard ; la brume
Solide Aerosol solide Les nuages ; les fumees ;la poussiere
Liquide Gaz Mousse La creme fouettee ; la creme a raser ; la
mousse de detergent
Liquide Emulsion Le lait ; la mayonnaise
Solide Suspension l'encre ; la peinture ; le sang
Solide Gaz Mousse solide Les aerogels
Liquide emulsion solide La gelee alimentaire
Solide suspension solide Les poudres,les alliages
Remarque :
Les systemes : Gaz/Solide et Liquide/Solide, sont formes de grains disperses, ils constituent la transition
avec l'etude des milieux poreux.Figure 1.2Representation d'une emulsion avec et sans emulsifiant
1.2.3.bLes aerosols
Definition
C'est une dispersion de fines particules solide ou liquide dans un gaz, les aerosols
peuvent etre emis par les activites humaines ou naturelles (volcans, incendies)ou des
phenomenes de pollution d'air (fumees, combustion automobiles,..).Les pollens ; les bacteries
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Chapitre 1 Milieux poreux et dispersees
peuvent composer des aerosols nommes>.La figure (1.3) represente quelques
exemples des aerosols de differentes sources.Il y a tres peu de matiere
solide ou liquide dans une mousse et beaucoup de gaz, c'est ce qui lui confere une faible
densite.Les mousses savonneuses par exemple sont constituees de bulles de savon : des bulles
d'air reliees entre elles par des films d'eau savonneuse (figure1.4)Les bulles sont plus ou
moins spheriques selon l'epaisseur de liquide dans le film.Ceci est du au fait qu'il est necessaire d'ajouter de nombreux additifs en faibles proportions
tels que les polymeres, tensioactifs, sels, alcool, particules ou autres en vue d'obtenir une ou
plusieurs proprietes d'application : stabilite, taille des gouttes, viscosite, activite, saveur,
odeur, texture, ect.En fait, seules les deux premieres presentent un interet pratique, et les applications
qui en sont faites conduisent a distinguer deux sortes de systemes selon que la phase continue
est fluide ou solide, nous auronsa faire dans le premier cas a une dispersion ou systeme
disperseet pour le second cas a un milieu poreux.Phase huileuse ou grasse ou lipophile (une ou plusieurs substances grasses miscibles a
froid ou a chaud)
La figure (1.1) represente un schema descriptif d'une emulsion :L'huile et l'eau sont non
miscibles sauf sous agitation violente,Quand l'agitation cesse, les particules dispersees se
rassemblent peu a peu et grossissent.O.LARKECHE 3
Chapitre 1 Milieux poreux et dispersees
Figure 1.1 Schema descriptif d'une emulsion
Remarque :
L'instabilite des emulsions est due aux forces qui se developpent a la surface de separation des deux
liquides et qui tendent a reduire cette surface (tension inter-faciale), plus la difference entre les deux
tensions superficielles des deux liquides sera grande, plus les deux liquide auront tendance a se
separer.Figure 1.7milieu poreux granulaire
Un materiau poreux n'est pas forcement un rassemblement de plusieurs particules ou fibres, il
peut s'agir simplement d'un corps solide unique continu mais presentant lui-meme plusieurs
pores :
Figure 1.8Milieux Poreux
1.3.2 Classification des milieux poreux
Un milieu poreux se compose d'une matrice solide et de son complement
geometrique,l'espace poreux.Rupture de phases
Les milieux disperses sont des systemes thermodynamiquement instables : les
particules disperses sont separes de la phasecontinue liquide par des interfaces, qui
augmentent l'energie libre de la dispersion par rapport au systeme dans lequel toute la phase
dispersee serait rassemblee en un seul domaine homogene.En raison de cette instabilite les emulsions
industrielles comportent toujours des emulsifiants(ou emulsionnants), formant un film inter facial
(film mince, ou membrane interfaciale) autour des globules de la phase dispersee figure 1.2 .Il s'agit le
plus souvent de petites molecules amphiphiles appelees : tensioactifs, surfactifs, surfactants ou agents
de surface.Sedimentation, quand la phase dispersee est plus dense que la phase continue, celle-ci
migre vers le bas (par exemple, encre, suspensions, peinture, etc.)
Phenomenes d'augmentation de taille: par lesquels la taille de la phase dispersee (gouttes,
particules, bulles) augmente :
?Le propulseur
cree une pression a l'interieur du recipient ; l'ouverture de la valve de sortie induit l'expulsion du
melange en micro-gouttelettes ou cristaux ou fines particules en suspension dans l'air, c'est-a-dire
sous forme d'aerosol.O.LARKECHE 9
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1.3.1 Definition
Un milieu poreux est un rassemblement etroit de fibres ou de particules.Entre ces
particules ou ces fibresdes espaces ouverts constituent des pores a travers lesquels
l'ecoulement d'un fluide est possible.Cependant l'examen
microscopique du beton revelequ'il s'agit moins de veritable connexite que d'enchevetrement
structure d'elements solides.En revanche, dans les poreux dits consolides, l'espace poreux
peut etre constitue en partie de cavites non connectees entre elles qu'on appelle porosite
fermee.L'objectif de ces operations etant en fait, de favoriser lesdifferents transferts (masse,
chaleur) entre les phases en presence et ceci en developpant leur surface de contact (L'aire de
la surface qui separe les deux phases etant grandes par unite de volume).Ils sont parfois
formes in situ par fermentation (levure) ou a l'aide d'un >, une substance qui engendre
des pores en se vaporisant sous l'effet d'une augmentation de temperature. Le systeme compose par deux ou trois phases est caracterise par sa structure (composition
chimique et cristalline des phases) et sa texture qui est la description de la disposition
geometrique d'une phase par rapport a l'autre :
?o Murissement d'Ostwald:Lorsque la solubilite entre les ingredients des phases dispersees et
dispersantes n'est pas nulle, les gouttelettes les plus fines de la phase dispersee diffusent dans
la phase dispersante d'ou le terme de murissement.De nombreux materiaux des batiments et des ouvrages :la brique, le beton, les terres de
construction, les revetements, les boiseries, sont poreux, ce qui influe sur leur comportement
mecanique, capital dans leur utilisation en construction.Partant de tous ces exemples, on peut constater la necessite d'etude des milieux
granulaires et disperseset leur grande importance dans la comprehension, la conception et
l'optimisation de plusieurs procedes industriels.1.2.1 Definition
Une dispersion est un melange heterogene de deux ou de plusieurs phasesnon
miscibles, ces phases peuvent etre liquides, solides ou gazeuses des phenomenes de surfaces
se creent a l'interface des differentes phases.Figure 1.5Exemple de suspensions
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Proprietes
Les suspensions presentent les memes problemes d'instabilite que les emulsions, des
tensioactifs seront ajoutes a la formulation afin d'obtenir une certaine stabilite physique.Les catalyseurs, essentiels dans l'industrie chimique pour la synthese de nombreux
composes,sont des solides microporeux dont on exploite la grande surface interne et la
capacited'adsorption des gaz ;
?Milieux fractures ou consolides
La roche calcaire ou le beton, peuvent etre pris comme exemples de poreux consolide,
l'espace poreux est plutot > dans la matrice solide.Dans ces deux types de milieux, la
cohesion est celle de la phase solide, decoulant de sa connexite.Les aliments sont souvent fabriques, stockes et transportes sous forme de grains: farine,
sucre, sel,cereales, etc..ou sous forme d'emulsions : lait, beurre, mayonnaise,ect ;
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Proprietes generales
Toutes lesoperations industrielles font generalement appel a au moins deux phases :
solide-liquide, gaz-liquideou gaz-solide. C'est l'inverse d'une emulsification, c'est-a-dire la fragmentation de grosses
gouttes en petites gouttelettes .Ce phenomene aboutit a une rupture de phase (separation des
deux phases).Plusieurs procedes industriels mettent en jeu les transferts en poreux,a commencer par
l'industrie du sechage, en particulier des produits alimentaires et du bois.Neanmoins le controle de cette stabilite a long terme reste un probleme
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particulierement difficile du fait de la presence de deux phases susceptibles de se separer par
sedimentation ou cremage.Les sols et presque toutes lesroches sont poreux, susceptibles de contenir de l'eau,
rarement pure, et par consequent d'etrele siege de tous les phenomenes de transfert
possibles ;
?De meme, le mobilier, les vetements que nous portons sont engrande partie faits de matieres
poreuses ou ont lieu de nombreux phenomenes de transfertdeterminants pour leurs qualites
d'usage;
?De tres nombreux medicaments sont elabores a partir de melanges de poudres et distribues
sous forme de comprimes et gelules ou sous forme desirops, gouttes, suspensions
buvables,pommades,ect ;
?La prediction de certains processus geologiques tels que : les glissements de terrains, les
avalanches, le transport de sediments, ect ; necessite la maitrise et la connaissance des
milieux granulaires.Une classification tres
repandue par rapport a la nature de la phase dispersante(phase continue) et celle dispersee
(phase interne) est illustree dans le tableau (1.1) avec quelques exemples representatifs.O.LARKECHE 5
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1.2.3.cLes mousses
Definitions
Une mousse est un gaz disperse dans un liquide ou un solide.1.2.3.c Les suspensions
Definitions
Une suspension est la dispersion d'un solide insoluble (ou pratiquement insoluble) et
finement divise dans un milieu liquide.Celui-ci doit etreredisperse par simple agitation, de facon a ce que la
suspension reprenne un aspect homogene et qu'elle soit suffisamment stable pour etre utilisee.Ou bien, l'une des phases est stationnaire et l'autre mobile.?????????