Multiscale analysis of transport in porous media

par Khac Long Nguyen

Thèse de doctorat en Physique et sciences de la matière

Sous la direction de Renaud Denoyel et de Véronique Wernert.

Le président du jury était Frédéric Dallemer.

Le jury était composé de Pascaline Pré-Goubelle.

Les rapporteurs étaient Benoît Coasne, Anne Galarneau.

  • Titre traduit

    Analyse multi-échelle du transport en milieu poreux


  • Résumé

    La corrélation entre les propriétés structurales des matériaux et les propriétés de transport d’un fluide à travers les matériaux poreux intervient dans de nombreux procédés en physique, chimie, géologie et ingénierie. Les propriétés telles que la porosité et la distribution de taille de pore ne reflètent pas la complexité du réseau poreux qui consiste en un réseau de pores interconnectés irrégulier et de différentes sections. La complexité est décrite par un paramètre appelé la tortuosité. La tortuosité est déterminé par des mesures électriques ou par chromatographie liquide. En chromatographie liquide la tortuosité intraparticulaire est calculée à partir du coefficient de diffusion intraparticulaire de polystyrènes déterminé à partir de l’élargissement des pics obtenus en mode dynamique et en mode statique en conditions non-adsorbantes avec le solvant tétrahydrofurane (THF). En mode dynamique, dans l’équation de van Deemter, le terme constant dépend de la diffusion d’eddy et de la polydispersité des polystyrènes. La silice poreuse Si100 présente une distribution de taille des pores assez large ce qui entraîne l’élargissement des pics chromatographiques. Le transport de polystyrènes à travers les silices en conditions adsorbantes a également été étudié en modifiant le solvant. En conditions adsorbantes, avec un mélange de THF et d’heptane, pour un polymère de taille donné, plusieurs pics sont obtenus en raison de la polydispersité du polystyrène. L’adsorption augmente avec la masse molaire du polystyrène. La diffusion de surface diminue lorsque le facteur de rétention augmente


  • Résumé

    The correlation of the structural parameters with the transfer properties of a fluid through a porous media is a significant subject in physics, chemistry, geology, and engineering. The architectural parameters such as porosity and pore size distribution do not describe the complexity of most porous organizations consisting of labyrinths of interconnected pores with random shapes and cross-sections. This complexity is described by a parameter called tortuosity. The apparent total and particle tortuosities are determined by electrical measurements or the analysis of the peak shape of chromatographic probes. In the latter case, the particle tortuosity of silica is calculated from effective intraparticle diffusion coefficient determined by modelling the chromatographic peak broadening of polystyrenes obtained either in dynamic or in static conditions under non-adsorbing conditions by using the solvent tetrahydrofuran (THF). In dynamic conditions, the constant term in the van Deemter equation is a combined contribution of eddy diffusion and polydispersity of the polystyrenes and depends on the size of the molecule. The broad pore size distribution of totally porous silica contributes also to the spreading of the peak. The transport of polystyrenes through silica columns has also been studied in adsorbing conditions by changing the solvent. With the mixture of n-Heptane and THF, one obtains many peaks for a polystyrene sample due to the polydispersity of the polystyrene. In fact, the adsorption increases with the molecular weight of the polystyrenes. The surface diffusion of polystyrene decreases with an increase in the retention factor

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