Thèse soutenue

Contrôle par ultrasons de la nucléation de glace lors de la congélation en flacons : modélisation de la cinétique de nucléation et caractérisation expérimentale des cristaux
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Auteur / Autrice : Mathieu Saclier
Direction : Roman Peczalski
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance le 22/09/2009
Etablissement(s) : Lyon 1
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Automatique et de Génie des Procédés (Lyon)
Jury : Président / Présidente : Julien Andrieu
Examinateurs / Examinatrices : Olivier Louisnard, Jean-Marie Perrier-Cornet
Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Cournil, Bertrand Dubus

Mots clés

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Résumé

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Le contrôle des caractéristiques des cristaux de glace, gouvernées par l'étape de nucléation, demeure un enjeu majeur dans les procédés de congélation et de lyophilisation industriels. Cependant la nucléation est par nature un phénomène aléatoire. L'application d'ultrasons de puissance, capable de générer de la cavitation acoustique, compte très certainement parmi les plus prometteuses méthodes permettant de contrôler le déclenchement de la nucléation, mais le matériel et les conditions opératoires à mettre en oeuvre afin d'industrialiser le procédé restent encore à définir.Le premier objectif de ce travail a été de corréler empiriquement les caractéristiques géométriques des cristaux de glace et les conditions opératoires dans le cas de la congélation d'une solution aqueuse de mannitol en vials. Il a été montré, grâce à une analyse de surface de réponses basée sur un plan d'expérience de deuxième ordre, que l'augmentation du sous refroidissement et de la puissance acoustique provoquent une diminution de la taille moyenne des cristaux et une augmentation de leur circularité.Le deuxième objectif était la modélisation de la cinétique de nucléation de glace dans de l'eau pure déclenchée par cavitation acoustique. D'après les simulations réalisées, la nucléation peut être initiée à de faibles sous-refroidissements (quelques degrés) au moyen de pressions acoustiques modérées (de l'ordre de un bar). Le nombre de nuclei créés est d'autant plus important que le sous-refroidissement et la pression acoustique sont élevés.Ces résultats sont cohérents si l'on considère que la taille des cristaux est inversement proportionnelle au nombre de nuclei générés.