Détermination des propriétés texturales d’un solide poreux par traçage

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1 Détermination des propriétés texturales d’un solide poreux par traçage
Partie II : conception optimale KACEM Mariem *, SALVADOR Sylvain*, NZIHOU Ange *, DIRION Jean-Louis *, FLAMANT Gilles ** *UMR 2392 CNRS- Laboratoire de Génie des procédés des Solides Divisés, Ecole des Mines d’Albi Carmaux, Campus Jarlard, 81013Albi CT Cedex 09, France. **Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie Solaire, PROMES-CNRS, B.P 5, Font-Romeu Cedex, France. Contexte et objectif: L’objectif de ce travail est de réaliser une expérience permettant de déterminer en continu des propriétés de texture lors de transformation physico-chimique et thermique. Exemple: frittage thermique de l’hydroxyapatite, gazéification du carbone. La méthode expérimentale utilisée est le traçage par gaz d’un échantillon poreux. Un premier essai avec un dispositif préliminaire a été établie (voir affiche 381). Dans cette partie nous recherchons les conditions optimales de l’expérience sensible aux paramètres recherchés. Méthode de conception optimale Nous avons défini à quoi pouvait correspondre le caractère d’optimalité du dispositif expérimental. Il doit permettre de réaliser les « meilleures » expériences, c’est à dire celles donnant la meilleure précision sur l’identification des grandeurs texturales (porosité et diffusivité). Une meilleure précision passe par une différence la plus significative possible entre les courbes de réponse pour deux valeurs différentes de la grandeur texturale en question. Deux critères ont été définis : Le premier critère correspond à l’écart quadratique des deux courbes de réponse  (y1 et y2 ) Le deuxième critère est calculé comme la valeur absolue de l’écart maximal obtenu entre les deux courbes à un instant donné L’objectif est donc de déterminer les conditions opératoires qui maximisent ces deux critères. La description de la mise en œuvre est expliquée en s’appuyant sur l’exemple de la porosité. Le volume de l’échantillon est fixé. Ensuite, une série de simulation va balayer l’espace de recherche dans le plan « rapport des volumes (Ve/Vc) – débit de gaz ». Pour chaque couple, deux simulations sont réalisées : la première utilise une valeur de référence de la porosité, alors que dans la seconde, la porosité est modifiée, en général de 10%. On a donc deux courbes de réponse pour chaque couple. A partir de ces courbes, les deux critères, C1 et C2, peuvent être évalués pour chaque couple. Il est possible de tracer des courbes iso-valeurs pour chacun des critères dans le plan « rapport des volumes (Ve/Vc) – débit de gaz » et ainsi de déterminer le domaine où il sera le plus aisé d’identifier la porosité. La démarche a été appliquée pour la porosité et pour le coefficient de diffusion effective. Une étude complémentaire a été menée selon le même principe pour estimer l’influence d’une variation du volume de l’échantillon. Ceci est un moyen de quantifier l’influence d’une imprécision sur le diamètre de la particule sphérique. Exemple de courbe iso critère obtenu: Critère C1 pour la sensibilité au coefficient de diffusion Les résultats de l'étude des différents critères montrent que : une expérience sensible à la porosité et à la diffusivité se situ à de faibles débits et de faibles volumes de cellule, la sensibilité est plus importante pour la porosité que pour le coefficient de diffusion effective; reste à définir quelle précision est recherchée, aux conditions de faibles débits et faibles volumes, la sensibilité est aussi maximale à la valeur du diamètre de la particule ; il faut bien connaître et maîtriser ce paramètre pour réaliser de telles expériences. Cellule optimale Nous avons dimensionné à partir de l’étude précédente une cellule sphérique qui admet deux configurations possibles: a) une configuration de six entrées-sorties de gaz b) une configuration de cinq entrées et une seule sortie de gaz Des essais a débits différents permettront de vérifier si le réacteur se comporte comme un RPA. Conclusion et perspectives Une approche optimale nous a guidé dans le dimensionnement d’un RPA. Elle permet d’identifier la porosité et le coefficient de diffusion effective à différentes températures à conditions de connaître les dimensions de l’échantillon. L’étape suivante de notre travail consistera à vérifier les conditions opératoires afin de valider les conditions de RPA. Ensuite, des mesures sont effectuées « in-situ » pendant une transformations physico-chimique occasionnée par un traitement thermique. SFGP et 22 sept 2005