G nie des associations physico-chimiques : Applications la change de la mati re molle

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23 Octobre 2006 Habilitation à diriger des recherches Génie des associations physico-chimiques : Applications à la change de la matière molle Patrice BACCHIN Enseignant Chercheur Procédés de Séparation et Membranes Université Paul Sabatier Laboratoire de génie Chimique 31 062 TOULOUSE Cedex 9 Tel : 05 61 55 81 63 Fax : 05 61 55 61 39 Email : bacchin@chimie.ups-tlse.fr Web : http://lgc.inp-toulouse.fr Les communications entraînent un accroissement de complexité source de l'émergence de exhibitions inattendues. Albert Jacquard , L'équation du nénuphar .

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Introduction Génie des associations physico-chimiques Forces between particulaires (répulsives et attractives) duty aux propriétés physico-chimiques des interfaces Réaction : change Interaction : association

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Introduction Applications à la change de la matière molle Etat de la matière où les connections jouent un rôle primordial Dispersions colloïdales* *Définition de l'IUPAC : the supramolecular substances whose expansion in no less than one spatial heading lies between 1 nm and 1 µm

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Introduction Génie des communications physico-chimiques … Important territories of physical science, for example, colloids … De Gennes "delicate matter" ought to be returned to utilizing the framework approach and concoction designing techniques. Jacques Villermaux , Future difficulties for essential research in synthetic building, Chemical Engineering Science,48 (1993) Génie des connections physico chimiques  Interactions Réaction Génie de la réaction chimique Phénomènes de transport

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Introduction Génie des associations physico-chimiques Une teach à développer pour répondre à des enjeux industriels importants. Synthétique  : nanoparticule, latex… Naturel : lait, eau … Colloïdes Peintures Produits alimentaires Eaux et effluents Fluides biologiques Membrane, Catalyseur, Céramique, Ingénierie tissulaire Formulation de fluides Traitement de fluides Elaboration de matériaux nano-structurés

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Introduction Applications à la change de la matière molle Objectif commun : Maîtriser l'effet des collaborations physico-chimiques sur des procédés et des processus D P Sur le colmatage Filtration membranaire Sur la dispersabilité dans le bain électrochimique Sur l'intégration dans la matrice métallique D V Co-dépôt de particules Sur la development de biofilm Dm Adhésion et biofilm

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Introduction Applications à la change de la matière molle Production scientifique : 1 article de revue 14 distributions 1 brevet 1 production 1 brevet D P 90 % des activités de recherche passées Filtration membranaire D V Co-dépôt de particules Dm Adhésion et biofilm

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Filtration de la matière molle Généralités 10 cm 0,5 mm 0,5 mm Pression transmembranaire D P Mode frontal Mode tangentiel Membrane Flux de perméation J La filtration est limitée standard le colmatage Altération des exhibitions de la layer Augmentation des coûts de generation

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Filtration de la matière molle Généralités Le colmatage Une diversité de phénomènes … Dépôt Polarization de focus dissemination convection pressure Concentration de gel à la layer osmose Filtration sur dépôt « Modèle du film » Modèle du gel (compressible) Tiller (1975) Michaels (1968) … décrits standard des approches disjointes

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Filtration de la matière molle Le problème Le colmatage standard les colloïdes Les colloïdes représentent une portion particulièrement colmatante (notamment en ultrafiltration). Howe et Clark (2002) Les modèles classiques ne peuvent pas expliquer le colmatage. « Colloid flux paradox » Cohen et Probstein (1986) Une nouvelle source de complexité : les collaborations Comment les cooperations agissent sur le colmatage ? Remark mettre à benefit les associations pour anticiper et contrôler le colmatage?

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Filtration de la matière molle La démarche Thèse 1994 effet communication particule/surface Comment mettre à benefit les connections pour anticiper et contrôler le colmatage ? Applications industrielles Développement de procédures expérimentales spécifiques pour la détermination de conditions studies Conditions scrutinizes en filtration tangentielle Extension des conditions investigates au mode frontal Prise en compte de l'effet d'interactions products Comment les collaborations agissent sur le colmatage ? Modélisation/recreation

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Filtration de la matière molle La démarche Expérimental Théorie Des propriétés de la matière molle Interactions et structures Propriétés relatives aux collaborations Modélisation à la réversibilité du colmatage Etude dynamique de la filtration Simulation Comment anticiper et contrôler le colmatage ?

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Filtration de la matière molle Les scatterings colloïdales concentrées Comment les connections structurent les scatterings colloïdales ? Déstabilisation Phase "gaz" : mouvement des particules libre et aléatoire Phase gel Phase agrégat : Mouvement des agrégats libre et aléatoire Phase agrégats Phase "liquide" : réseau de particules en répulsion (déplacement de position en position d'équilibre) Phase solide Phase " gaz " Phase "gel" : réseau élastique de particules en fascination Phase " liquide " Phase solide : réseau de particules en contact Concentration

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Filtration de la matière molle Les scatterings colloïdales concentrées Comment les connections structurent les scatterings colloïdales ? Déstabilisation Phase gel Formation irréversible de solide Décomposition spinodale : Phase agrégats Phase solide Phase " gaz " phénomène scrutinize en terme de réversibilité ? Stage " liquide " Concentration

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Filtration de la matière molle Expérimental Théorie Interactions et moves de stage Des propriétés de la matière molle Propriétés relatives aux communications Modélisation basée sur les propriétés à la réversibilité du colmatage Etude dynamique de la filtration Simulation Comment anticiper et contrôler le colmatage ?

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Filtration de la matière molle La pression colloïdale Comment décrire cette complexité ? Calcul Mesure indirecte des associations standard la détermination de propriétés macroscopiques Mesure directe des strengths between particulaires (AFM … ) Calcul d'interactions à partir des données sur les particules (charge, taille, … ) Le problème des connections électrostatiques semble from the earlier insoluble Bernard Cabane, Sylvie Henon Liquides : arrangements, scatterings, émulsions, gels (2003) Approche de haute technicité limitée aux communications entre deux particules

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Filtration de la matière molle La pression colloïdale Quelle propriété peut décrire cette complexité ? Thermodynamique Energie libre, G & F Activité de l'eau, a w Pression osmotique colloïdale Interactions multi-corps, V T , dans un réseau structuré, g(r) Une drive, f La pression osmotique P est reliée aux paramètres décrivant la complexité (non idéalité) de scatterings concentrées Mécanique

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Filtration de la matière molle La pression colloïdale P : un descripteur continu de la scattering P solide liquide gaz liquide f crit Résistance à la pressure dans un dépôt Pression de pressure Résistance à la surconcentration Pression osmotique + « Equation d'état » pour les colloïdes dans l'eau qui décrit de façon proceed with les propriétés des colloïdes soumis à une focus = Pression colloïdale

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Filtration de la matière molle La pression colloïdale Détermination expérimentale de la pression colloïdale Mesure de la pression osmotique colloïdale standard une méthode de pressure chimique* gaz liquide solide Particules de latex de PVC (115 nm) P evaluate Pression colloïdale, P (Pa) Solution de dextrane Description quantitative globale de l'effet des connections f investigate Détection des moves de stage Fraction volumique, f (- ) *Bonnet-Gonnet Cécile, Dégonflement et regonflement osmotiques de scatterings de latex, Thèse de l'université Paris 6 (1993) Espinasse B., Approche Théorique et Expérimentale de la Filtration Tangentielle de Colloïdes : Flux Critique et Colmatage, Thèse de l'Université Paul Sabatier , Toulouse, (2003)

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Filtration de la matière molle Expérimental Théorie Interactions et moves de stage Des propriétés de la matière molle P ( f ) Modélisation basée sur P(f) à la réversibilité du colmatage Etude dynamique de la filtration Simulation Comment anticiper et contrôler le colmatage ?

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Filtration de la matière molle Modélisation basée sur P Comment décrire l'effet des collaborations sur les phénomènes de transport ? Dissemination aggregate, D c ( f ) Propriété de transfert des particules dans un angle de fixation d P K( f ) Pression colloïdale, P ( f ) & D c ( f ) Coefficient de sédimentation, K( f )=U( f )/U 0 Equation de continuité pour le transfert de matière « Modèle du film » K( f ) d P Modèle du gel Transfert pour le solvant Filtration sur dépôt compressible P m

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Filtration de la matière molle Modélisation basée sur P Application en filtration frontale à flux consistent Flux J = 110 L.h - 1 .m - 2 f evaluate Y. Bessière, Thèse de l'université Paul Sabatier (2005)

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Filtration de la matière molle Modélisation basée sur P Nombres de Péclet Énergie dissipée standard grating sur les particules accumulées Péclet = Energie Brownienne standard reconciliation de Sur une épaisseur de couche limite Sur une masse accumulée u Filtration frontale Filtration

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