Transport, dépôt et accumulation de particules en milieux poreux. Application à l'assainissement des sols.

par Gaétan Gerber

Projet de thèse en Structures et Matériaux

Sous la direction de Philippe Coussot.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec NAVIER (laboratoire) et de Poreux (Physique et mécaniques des milieux poreux) (equipe de recherche) depuis le 03-10-2016 .


  • Résumé

    La filtration intervient lors du passage d'une phase fluide chargée en particules solides au travers d'un milieu poreux. On observe alors une séparation ou rétention des constituants solides, ce qui est utile dans de nombreuses applications. Dans le domaine environnemental, la filtration liquide-solide est essentielle au traitement des eaux usées, au contrôle de la pollution des sols ou encore au conditionnement des boues. De même, les industries chimique, pharmaceutique, automobile, métallurgique ou agro-alimentaire utilisent largement ce procédé. Enfin le coincement de particules en suspension pour induire et maintenir des fractures ouvertes dans les roches est utilisé pour la récupération des gaz de schiste. Un filtre poreux est notamment défini par sa géométrie, sa capacité de rétention, son pouvoir de séparation et son débit de filtration. Les suspensions sont également variables : fluides liquide, visqueux ou gazeux ; particules de structure et degré d'interactions particule-particule ou particule-poreux variés. La congestion de particules est la cause principale d'échec et donc de remplacement d'un filtre. Dans le cas de l'assainissement d'eau ou de la production chimique, cela représente une perte de temps et de qualité, voire des arrêts de fonctionnement. De façon générale, dans l'industrie, l'empirisme prévaut : on met au point un filtre ou on ajuste au mieux les propriétés du fluide pour optimiser le procédé. Au-delà de quelques principes de base ou quelques mécanismes évidents il n'existe pas pour l'instant une « physique de la filtration », autrement dit un cadre de connaissances sur lequel s'appuyer pour plus directement optimiser les procédés, voire développer des solutions innovantes. Les recherches fondamentales dans ce domaine se sont surtout intéressées aux mécanismes à l'échelle locale : entrée dans un pore modèle. On ignore encore la statistique de ces phénomènes sur un grand ensemble de pores ainsi que leur développement sur une grande profondeur, et les mécanismes d'évolution temporelle et spatiale. Les progrès techniques récents notamment en microfluidique, IRM et microscopie confocale permettent d'envisager d'observer les évolutions des phénomènes à l'intérieur même d'un milieu poreux.

  • Titre traduit

    Fundamentals of particle transport, deposition and structuration in porous media. Application to soil remediation.


  • Résumé

    Filtration occurs when a liquid phase loaded with particles flows through a porous media. Consequences are a separation or retention of the solids, which has many applications. For shale gas recovery for example, particle (proppant) clogging or unclogging play a critical role on fracture evolution. Environmentally, liquid-solid filtration is fundamental to waste water and ground water treatment. Those mechanisms are also widely used in the chemical, pharmaceutical or food-processing industries. Relevant parameters include the porous media structure, the flow characteristics, and, above all, the suspension properties: liquid or gaseous state, particles structure and particle-particle / particle-porous interaction levels. Beyond the existing qualitative knowledge of basic mechanisms and the relatively good control of industrial processes through empiricism, the physics of clogging and filtration in porous media has still to be developed. Most advanced previous studies focused on the local scale with single pore models. Here our aim is to build a knowledge frame around the statistics of those phenomenon at a macro scale (large set of pores and high depth), which is a situation closer to reality. Such an approach is made possible thanks to the recent progress in microfluidics, MRI and confocal microscopy, allowing to visualize processes inside porous media.