Equilibre et transferts en milieux poreux

Jean-François Daïan (1)

1 LTHE - Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement

L'occupation quasi statique de l'espace poreux par deux fluides (chap. 1 et 2) est déterminée par la capillarité (mouillage et tension interfaciale, loi de Laplace), et pour un liquide volatil par l'équilibre thermodynamique avec sa vapeur (loi de Kelvin). La saturation volumique est fonction de la pression capillaire (caractéristique capillaire) ou de la pression partielle de vapeur correspondante (isotherme de sorption) Qu'il s'agisse de déplacement immiscible (chap. 3) ou de changement de phase (chap. 4), la microstructure décrite par la distribution porométrique est déterminante pour l'implantation des fluides. L'analyse des caractéristiques capillaires ou des isothermes de sorption débouche sur différents procédés de caractérisation porométrique. Le caractère composite de la microstructure poreuse occupée par deux fluides joue aussi un rôle essentiel pour les processus de transport et de transfert. Les outils conceptuels de la macroscopisation (élément de volume représentatif, principe d'équilibre local, théorème de la moyenne) permettent d'établir les lois de transfert fondamentales et les conditions de leur validité, et de mettre en évidence les mécanismes de couplage (chap. 5). Les effets particuliers de la microstructure sur la nature du transport en phase gazeuse (effets Knudsen et Klinkenberg) sont exposés au chapitre 6, ainsi que les interactions liées au changement de phase. Le chapitre 7 est consacré aux applications des lois du transport isotherme : transport capillaro-gravitaire dans les sols (infiltration), procédés de séchage, diffusion d'espèces dissoutes. Pour la détermination des coefficients de transport, on présente diverses méthodes expérimentales, et les possibilités d'estimation sur la base de la porométrie. Le chapitre 8 traite des transferts couplés. Les lois de la thermomigration, établies avec l'éclairage de la macroscopisation, débouchent sur plusieurs applications, notamment les procédés de séchage, la thermomigration dans les conditions naturelles, et l'analyse des procédés d'identification des propriétés de transfert. Les processus couplés liés au gel et leurs applications sont traités, ainsi que les phénomènes de transport du fluide interstitiel couplé à la diffusion d'un composant en solution concentrée. Chaque fois que possible, les applications sont présentées ou illustrées sous forme d'exercices avec énoncé conventionnel et solution détaillée largement commentée.

Mots clés: freezing in porous media

Mots clés: Mots clés : milieux poreux; microstructure; distribution porométrique; capillarité; loi de Laplace; loi de Kelvin; thermodynamique des interfaces; adsorption; déplacements immiscibles; caractéristiques capillaires; isothermes de sorption; porosimétrie au mercure; macroscopisation; élément de volume représentatif (EVR); équilibre local; thermodynamique des processus irréversibles (TPI); filtration; loi de Darcy; perméabilité; conductivité hydraulique; effet Klinkenberg; diffusion en poreux; effet Knudsen; advection; dispersion hydrodynamique; infiltration; séchage; thermomigration; gel en poreux. Key words : porous media; pore-size distribution; capillary behaviour; Laplace Washburn law; Kelvin's law; interfacial thermodynamics; immiscible displacements; retention curves; sorption isotherms; mercury intrusion porosimetry; macroscopization; representative element of volume (REV); local equilibrium; thermodynamics of irreversible processes (TIP); Darcy's law; permeability; hydraulic conductivity; Klinkenberg effect; diffusion in porous media; Knudsen effect; hydrodynamic dispersion; drying; freezing in porous media.

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]; Mécanique des fluides [physics.class-ph]

Jean-François Daïan. Equilibre et transferts en milieux poreux. 2013. ⟨hal-00452876v5⟩