Identification des mécanismes mis en jeu lors de la déshydratation assistée thermiquement par suivi de la pression de pores, Identification of the physical phenomena involved during thermally assisted mechanical dewatering by pore pressure measurement

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l’Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Génie des procédés et de l’environnement


Présentée et soutenue par Étienne Chantoiseau
Le 2 décembre 2009

Titre :
Identification des mécanismes mis en jeu lors de la déshydratation
assistée thermiquement par suivi de la pression de pore s

JURY

W. Jomaa Professeur, Université Bordeaux 1 rapporteur
J. Vaxelaire Professeur, Université de Pau et des pays de l’Adour rapporteur
L. Tadrist Professeur, Université Aix – Marseille 1 président du jury
A. Nzihou Professeur, École des Mines d’Albi Carmaux membre du jury
M. Quintard Directeur de recherche, IMFT membre du jury
P. Arlabosse Maître assistant, École des Mines d’Albi Carmaux directrice de thèse

Ecole doctorale : MEGeP
Unité de recherche : RAPSODEE (FRE 3213)
Directrice de Thèse : Patricia Arlabosse
JeremercieMadamePtiensamerciatriciafamilleArlabfaosse,untoutt,d'abetordBloacpd?pannagesourquim'a?vthalieoirdecon?leceMARpromercijetedeClauderecourherc?heles,remercieretth?sesLaurenurtoautresudeuxttroispendanourSansleBernardsuivileursdetsmteconPtraourvlaailourquiaelm'aprespal?rieermisethdefoisprendrec?duresleersonnel,reculonn?cessaireAlbidansetlesenmomenWtsgranddiciles.pJ'aiBrice,?norm?menquitpappristiensenpastraann?es,vstaillann'entpaetvpecetelleauxauUncoursauxde:cesS?vtroisetannccart?es.analysesJeptienseille,?oussinremercierfr?quenMonsieurMicJeaneiroVsuraxelaireUnMa?tre?deeconf?rencea?secr?tairesl'ENSGTItde?Pdesaues.etplusMonsieurtiensWceuxahpbis?jourJomaaplusProfesseurleur?amiti?.l'ENSAMourde?Bordeaux,Devriendt,petouro.aaussivctoranoirleuraccept?endDamien,'?treetlestrappmomenorteurstdeEnn,maremercierth?se.neMesvuremerciemencestsdonvneond?mentousaussipas?eMonsieurtout.Loun?sAuducTDenisadristTYProfesseurour?suggestionsUnivleurersit?ided'Aixmomen-critiques.Marseillegrand1,aussiMonsieurautresMichnicienshelCelineQuinhon,tarderineDirecteuratrydePhilippre-Acphercleshe?CNRSire?ourl'IMFTvetJeanMonsieurPAngepNzihoulesProftseetsseurk?Rib?colepdesl'aideMineslad'Albise.CarmauxgrandpaussiourVl'inV?rest?r?ttqu'ilslisonbtPlouardmanifest?ecacespm'onourplusieursceguidtradansvm?andresailpro.administrativJeSurtiensplan?pexprimerjema?reconnaissancetous?quiMonsieurtJacqueermissceFsurAd'?treGqu'uneES,paranciensoutiendirecteurleurduJecenptrecelaRAPSODEE,particulierderemercierm'atvElsaoireissaccept?NadansLyczksonUnlabmercioauxratoiredoetts?ourMonsieurencouragemenAlainetdeparticulierRycJulien,klesdeChristelle,m'yCl?menceam'onvoertoirgrandgard?.tJeendantienscesaussians.?jerem?emarcierquitoutm'aleassezppersonneltdutroiscenmaistretpsoutienours'eleurpasdispti.onibilit?vetjeleurseraissoutien,l?etjplusremercieparticuli?remenourtiTable des matieres
.47.ec.desmilieu.T.able.desenmati?res27iii.1.In.tro.ductionc1.1.1ductionG?n?ralit?s.sur2.2.2les.op.?rationsydratationde.s?.pa.rationtions.ransfert...........en...21.........du.phases.?quations1.1.2.Prothermiquec?d?.de.d?s.h.ydratation.m?caniquel'?nergie...2.3.2.la...................Couplages.masses...46......3.1.3InIn.tensication.de.la.d?sh.ydratation.m?canique....orm.de.les...22.es.oreux.......In.la..6.1.4.P.osit.ion.nemen.t.des.tra2.3.1vortaux........d.propri?t?s.a.temp.2.4.c...............2.4.1...............449v2transfertsAsp.ects.th?oriques.de.laProbl?matiquesd.?sh.ydratation.m?canique.assis.t.?e.thermi-.quemen2.2.1ttro13.2.1.Comp.ortemen.t.de.la.phase.liquide..............21.F.ulation.transfert.forces.tre.deux.......2.2.3.constitutiv.du.p..14.2.1.1.Bilan.des.forces.par.la2.3loitensicationdedeDarcyd?sh.m?canique................................14.2.1.233QuanM?thoticationd'appdedelathermiquep.erm?abilit?..........34.Mo.ica.des.de.matrice.v.la.?rature.41.T.de.haleur..18.2.1.3.Conserv.ation.d.e.la.mati?re............43.G?n?ralit?s..............................202.4.22.2aCompeortemenlestdede.la.phase.solide..........2.5.mises.?vidence.......................iiiTABLEDESMA...TI?RESObserv3.D?te.rminaptresion3.5.1.4des.propri?t?s.desltrationmilieuxCarvp3.5oreux.49.3.1.Caract?risation3.5.2desmop.oudres.anh.ydres4.........m?canique.......sur.....dynamique...........sur....50.3.1.1.Caract?risationsist?edes.propri?t?s98ph.ysiqueslades.solides......de.p.tales.....M?tho51.3.1.2.Caract?risation.desl'?quilibrepropri?t?s.thermiquesDynamiquedes.solides..temp...la.....des..52.3.2deProto.coledede.misedeenlasusp.ensions..............d?sh.97.......?rimen.....98.install?............53.3.3.Celluledesdeortemencompressionmp78erm?abilit?exp...........78.de...........3.5.1.2.?tats.......79.la..55.3.3.1.Princip.ededesurfonctionnemen.t..d?lisation...........3.5.3.m?tres.........3.5.3.1.param?tres.....3.5.3.2.param?tres.....3.5.3.355temp3.3.2dynamiqueInstallationformationexp.?rimen.tale........3.6...................de.m?canique.miquemen.Cellule..........56.3.3.3InstallationCaract?risation.de.l'in.sta.llation....Caract?risation.de.la...............101.erm?abilit?............61753.3.3.1D?terminationR?gulationloisdcompetladespressionilieuxsolideoreux.3.5.1.ations.?rimen......................613.5.1.13.3.3.2deR?gulationmesud.e.la.pression.liquide............78.Mesures.les.?........62.3.3.3.3.R?sistance.des3.5.1.3m?diasdeltrand?formationts..............81.Inuence.la.?rature.la......64833.4MoMesurededd?formatione.la.p.erm?abilit?.des.milieux.p.oreux....86.Estimation.para.du.d?le...............88.D?termination66s3.4.1?lastiquesProto.cole.de.mesure..88.D?termination.s.visqueux.........90.Inuence.la.?rature.la.de.d?-....................66.3.4.2.Calcul.de94laConclusionp.erm?abilit?.du.milieu.p.oreux........................9668?tude3.4.3laPydratationerm?abilit?asdestherg?teauxtconsolid?s4.1.de.compression.......................4.1.1.exp.tale..6.9.3.4.4.Eets.de.la.temp.?rature.sur.la.p4.1.2erm?abilit?de.cellule.ltration-compression.dans.presse.er..............73.3.4.5.F.orm.ulation.empirique.de.laivTABLEDESMA.?lisat.TI?RESassist?e4.1.2.1.Application.ddee5.1.1la.pression..D?nition.....de.......d?le...e.......du......101.4.1.2.2duD?termination.de.la.r?sistancematricedudum?dia.ltran.t........ulation103.4.1.2.3moD?terminationR?solutiondes.conditionsobservthermiques.aux.parois.....104.4.2.Mesure.de.la152pression5.1liquide......ion.....136.d?for...Mo.haleur.............du.....Sim.......de10.5.4.2.1d'enInstallation.exp.?rimen.tale....5.2.6.....1.....5.2.7.1...............um?rique.....Mo......105ydratation4.2.2tPr?cisionormdesd?lemesures..........d.l'?coulemen...........Mo.de.de.....143.?lisat.de.........5.2106um?rique4.3.?tude.exp.?rimen.tale.de.la.d?sh5.2.1ydratationd'?tudem?canique.assist?e.thermique-.men.t147.de.ltration.........5.2.3.l'?tap.........148.v.d.......148.um?rique.............des...........5.2.7.d?le........109.4.3.1.Proto.c.o.le.exp.?rimen5.2.7.2tal............5.3.ulation...........152.?lisat.ltration...........d?sh.m?canique.thermiquemen.135110F4.3.2ulationD?shmoydratationmath?matiquem?canique.?.temp.?rature.am.bian.te......136.Mo.?lisat.de.t..111.4.3.2.1.?tude.ma.c.r.os.copique....5.1.2.d.ion.la.mation.la.solide.........5.1.3.d.ion.transfert.c......111.4.3.2.2.Suivi.de.la.pression144deMopnore..............................146.D?nition115domaine4.3.3.D?sh.ydratations.m?caniques.assist?es.thermiquemen.t........5.2.2.ulation.l'?tap.de122.4.3.3.1.Mise.e.n.?vidence.de.l'inuence.de.la147tSimedemepcompression?rature.sur.les.grandeurs.macroscopiques........5.2.4.des.ariables.tr?e.u.d?le.............5.2.5.n122.4.3.3.2.Caract?risation.des.transferts.d.e.c.haleur.dans.les.milieux.p149oreuxCalcul.grandeurs.ables...................49.R?capitulatif.mo.math?matique...............151.ltration........125.4.3.3.3.Inuence.de.la.temp.?rature.?.l'.?c151hellecompressionlo.cale.............128.4.4.Conclusion.su.r152l'?tudeR?sultatsexpsim?rimenntale......................5.3.1.d.ion.la............132.5.Mo.d?lisation.de.lavTABLEDES197..MAcalculTI?RESur5.3.1.1BibliographieGrandeursImacroscopiques......Conclusions.T.?rature.ss.en.....169.de.....e.sym.191152Inuence5.3.1.2thermo-phGrandeursdesmicroscopiquesD?termination.pre.XV...........Conclusion.mo.?ration.......172.p.es.Liste154oles5.3.1.3des?tudedesdeendicessensibilit?laauxlesparam?tresdeduImoded?leliquidedetransitions,lterationsion155de5.3.2.Mo.d?lisation.de.la.compress.i.on.?.temp.?rature.am5.4bianstela.d?lisation.l'op......159.5.3.3.Mo.d?lisation.de.la6compressetiersponctivassist?e175thermiquemen181tdes.b.187.able.gures.Liste164tableaux5.3.4App?tudeIdedesensibilit?tempauxsurparam?trespropri?t?sduysiquesmol'eaud?leIpEtalonnageendancapteurstprelaionphaseVdedescompressionet.d.la.s.solide.d?but.consolidation.viChapitre 1
Introduction
1.1 Generalites sur les operations de separation
dea?rature)latend?sc?d?sconsommation-3vjorit?solidestlephasequidescassonen?nergiedecesdesconsommer://194.117.223.129/servlet/getBinapparvirondeg?n?rale,deLades?parationsolairesolidedeliquides?parationesteutunejusqu'?opin?rationderni?reunitairedispauquecentetrededfnomgurebreuxDepro-processusdeindustrielsenenco?teuxg?nielesdeEnsdoivprominimc?d?s.cSelondeladephase(soitdukm?langelequem?mel'onositifcphercouhec?d?s?(s?cvbassealoriser,ermetteneuerlleglobale.pliquideeutm?caniquea?vquelquesoirionspdeourersebutded'obtenir?rationunelaphase?tansolideOnappauvrieco?tens?parationliquidelaoutsunehphase451158B1159-liquidedonn?esanslasolide.1.1Cette.di?rencemani?resurleslac?phasem?caniquesvs?parationalorisabletvmaamoinsd?terminer,enaquevproecthermiques.deseet,consid?rationsderniers?conomiques,enlesauopum?rationslaunitairhaleuretesvuti