Adsorption d'eau et pressions induites dans les nanopores
Résumé
De nombreux solides nanoporeux peuvent se déformer lors de l'adsorption de gaz alternant des étapes de contraction et de gonflement en fonction des conditions thermodynamiques et de la taille des pores. Le cas de l’eau est particulièrement intéressant, non seulement pour son importance dans de nombreuses applications industrielles et processus naturels, mais également parce que l’adsorption de cette dernière est complexe et présente des mécanismes variés. Cette étude vise à caractériser la pression de pore induite par l'adsorption de l'eau dans des pores plans nanoscopiques par une théorie fonctionnelle de la densité moléculaire non locale (NLDFT). La DFT est couplée à la théorie statistique des fluides associatifs (SAFT-VR) qui permet la modélisation des propriétés thermodynamiques de l’eau en phase bulk. Ce couplage SAFT-DFT a déjà été appliqué à du méthane confiné dans des nanopores graphitiques analogues. Tout en conservant la précision des simulations moléculaires à l'échelle des pores, le modèle présente un coût de calcul très faible qui a permis d'obtenir des cartes détaillées de pressions de pore en fonction de la largeur des pores et des conditions thermodynamiques.
Plusieurs configurations sont explorées pour l’eau confinée en modifiant à la fois les conditions thermodynamiques et la taille des pores. A titre d’exemple, la condensation et l'évaporation capillaires sont étudiées au sein de micro- et mésopores. L'hystérésis d'adsorption donne lieu à une hystérésis de pression pour laquelle des conséquences sur le comportement mécanique sont étudiées. L'influence de l'activation des surfaces sur l'adsorption d'eau et la pression de pore induite est également explorée.