Détermination expérimentale de la distribution de taille de pores d’un milieu poreux par l’injection d’un fluide à seuil ou analyse harmonique

Experimental identification of the pore size distribution of porous media using a frequency analysis or a yield stress fluid.

• Auteur / Autrice : Guillaume Malvault
• Direction : Abdelhak Ambari, Azita Ahmadi-Sénichault, Stéphane Champmartin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 27/09/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire LAMPA (Laboratoire Arts et Métiers ParisTech d’Angers)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Charpentier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdelhak Ambari, Azita Ahmadi-Sénichault, Stéphane Champmartin, Amine Ammar, Ahmed Ould El Moctar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mustapha Hellou, Abdelghani Saouab

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique des fluides

Analyse harmonique (mathématiques)

Écoulement en milieux poreux

Mots clés libres

Milieu poreux

Réseau percolant

Distribution de taille de pores

Méthode inverse

Fluide à seuil

Analyse harmonique

Porous Media

Percolating network

Pore size distribution

Inverse problem

Yield stress fluid

Harmonic analysis

Résumé

Deux approches pour caractériser les milieux poreux en terme de distribution de taille de pores (DTP) sont développées au sein de l'équipe ECPS. Ce travail a pour but de confirmer expérimentalement leurs validités. A l'instar des autres méthodes utilisant l'intrusion du mercure, l'adsorption isotherme ou la thermoporosimétrie, la première méthode consiste à utiliser un fluide à seuil d'écoulement. En effet, l'utilisation de l'écoulement d'un fluide à seuil de type Herschel-Bulkley, au travers d'un poreux, en fonction du gradient de pression permet (en utilisant les solutions analytique et numérique du problème inverse) de déterminer la fonction de distribution de la taille de pores. La seconde méthode utilise l'admittance complexe d'un milieu poreux, mesurée à partir de la réponse en débit à une sollicitation harmonique du gradient de pression. Comme la fréquence de la sollicitation est reliée aux rayons des pores par le biais de la profondeur de pénétration hydrodynamique, l'admittance permet de retrouver la distribution de taille de pores par la résolution numérique du problème inverse associé. Ces deux techniques sont basées sur le modèle de faisceaux de capillaires parallèles employé dans la plupart des autres études qui traitent du même problème. Nos expériences s'appuient sur des milieux poreux calibrés. L'application de ces techniques aux milieux poreux réels se fait actuellement en collaboration avec le TREFLE de Bordeaux. Les résultats expérimentaux obtenus affirment clairement la validité et l'applicabilité de ces deux méthodes pour la caractérisation de la DTP. Il est désormais envisageable de les transférer pour un usage industriel.

Two approaches to characterize porous media in terms of pore size distribution (PSD) are developed within our ECPS team. The aim of this study is to experimentally confirm their validity. Like the other methods using mercury intrusion, adsorption isotherm or thermoporometry, the first method consists in the use of a fluid flow threshold. Indeed, the use of flow of a yield-stress fluid like those of Herschel-Bulkley's, through a porous media, versus the pressure gradient, permits (using the analytical and numerical solutions of the inverse problem) to determine the distribution function of its PSD. The second method uses the complex admittance of a porous medium, measured from the flow rate response to a harmonic pressure gradient. As the frequency of the sollicitation is related to the pore radius through the hydrodynamic penetration depth, the admittance allows to determine the PSD using numerical solution of the associated inverse problem. Both techniques are based on the parallel capillaries bundle model, as used in most of similar studies. Our experiments use calibrated porous media. The application of these techniques to real porous media is currently lead in collaboration with the TREFLE (Bordeaux). Our experimental results clearly confirm the validity and the applicability of these methods for the characterization of the PSD. It is now possible to transfer them for an industrial use.