Rhéologie et filtration de dispersions aqueuses de nanoparticules d'hectorite en relation avec la structuration des dépôts

par Vincent Lelièvre

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Albert Magnin et de Martine Meireles-Masbernat.

Soutenue en 2005

à Grenoble, INPG .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Nous avons axe cette etude sur une argile synthetique modele de type hectorite, la laponite , constituee de particules anisotropes de tailles nanometriques. La structure de ces dispersions et les echelles de longueur ont ete determinees et associees au comportement en filtration. Les dispersions semi-diluees ont ete etudiees dans des conditions de force ionique initiale moderee et de ph eleve. Dans ces conditions, un etat de gel est obtenu quand le reseau de connexions est macroscopique. Ce reseau est detruit par l'application d'une contrainte suffisante, mais se reconstruit au repos. L'ajout d'un peptisant affaiblit les attractions et augmente considerablement le temps de reconstruction. L'ajout d'un sel divalent renforce les attractions bord-face et meme bord-bord et provoque la floculation de la dispersion puis sa sedimentation. Ces dispersions ont ete concentrees par drainage bilateral par piston, par compression osmotique et par filtration. Les lois d'evolution de la resistance en compression ont ete etablies en fonction de la fraction volumique et de la physico-chimie des dispersion initiales. De plus la structure des differents depots a ete observee et il a ete montre que selon la physico-chimie des dispersions initiales les particules tendent a s'arranger parallelement les unes aux autres et perpendiculairement a l'axe de compression ou demeurent connectees de maniere non ordonnee. Enfin ces caracteristiques structurelles ont ete correlees aux proprietes de transport des differents depots.


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  • Titre traduit

    Rheology and filtration of aqueous dispersions of hectorite nanoparticles in relation with the deposits structuration


  • Résumé

    This study tends to determine the role of forces generated between particles during the coagulation process in the final arrangement into filtration cakes, and the relationship between the final cake arrangement and its physical properties. The clay used here is a synthetic model clay of hectorite-type, constituted of nanometer_sized and anisotropic particles. The structure of these dispersions and the length scales have been determined and then associated to the filtration behavior. Semi-diluted dispersions have been studied at moderate ionic strength and high ph. In such conditions a gel state is obtained when the network of connection is macroscopic. This network is destroyed by the application of a sufficient strain, but it heals at rest. The addition of peptizer weakens the attractions and makes the healing times much slower. The addition of a divalent salt promotes edge-to-face attractions and even edge-to-edge attractions, inducing the flocculation of the dispersion and its settling. Then these dispersions have been concentraded by mechanical compression, by osmotic stress and by filtration. Evolution laws of the compressive resistance have been established versus the volume fraction and the physico-chemical properties of the initial dispersions. Moreover, structure of the different deposits have been observed. It has been shown that , depending of the physico-chemical properties of the initial dispersions, particles tend to be oriented parallel each other and perpendicular to the compresssive axis or stay connected in a non uniform way. Finally, these structural characteristics were correlated to the physical properties of the different deposits.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 157-162

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  • Cote : TS05/INPG/0082
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