EXPERIENCES D’ECOULEMENTS DE FLUIDES A SEUIL EN MILIEUX POREUX

EXPERIENCES D’ECOULEMENTS DE FLUIDES A SEUIL EN MILIEUX POREUX 

Comme il a été rappelé en introduction de ce manuscrit, il existe différentes dispersions présentant le comportement rhéologique d’un fluide à seuil. Parmi ces dispersions, les émulsions telles que la mayonnaise ont été utilisés dans des travaux antérieurs (Malvault 2013). Toutefois, des travaux récents ont confirmé que les solutions de xanthane sont adéquates pour les expériences de YSM (Rodríguez de Castro 2016, 2018). Pour ces raisons, ce polymère a été retenu pour caractériser les échantillons poreux durant cette étude. , et obtenu par fermentation de la bactérie Xantomonas campestris. Il est utilisé dans plusieurs domaines tels que l’industrie pétrolière ou encore agroalimentaire, où on le retrouve sous forme d’additif dans un grand nombre de produits pour ses propriétés émulsifiantes et épaississantes (Abidin et al. 2012). Lorsqu’il est dissout dans un solvant tel que l’eau, le xanthane donne une solution caractérisée par une forte viscosité effective aux faibles taux de cisaillement, suivie d’une décroissance rapide lorsque le taux de cisaillement augmente. Pour ces raisons, les solutions de xanthane sont considérées comme des pseudo fluides à seuil. En solution, les dimensions moyennes d’une molécule de xanthane ont un diamètre de 2nm et une longueur approximativement égale à 1μm (Mongruel et Cloitre 2003). Ces dimensions suggèrent que pour des milieux dont les macropores ont une dimension de l’ordre de 10 μm comme ceux caractérisés au cours de ce travail, il n’y a à priori aucun risque d’obturation des pores aux plus faibles débits d’injections, qui correspondent également aux plus faibles gradients de pressions à travers le milieu et aux plus faibles taux de cisaillement γ̇ .

Par ailleurs les solutions de xanthane sont également adéquates pour les expériences de YSM en raison de sa faible thixotropie (Jones et Walters 1989), qui garantit que les propriétés du fluide sont invariantes au cours des expériences. La figure 60 illustre la structure d’une molécule de xanthane. Les travaux récents en YSM ont montré que la concentration en xanthane avait une influence non négligeable sur les distributions en tailles de pores obtenues, et que plus celle-ci était élévée, plus les PSD déterminées par inversion étaient proche de celle déduite des résultats de porosimétrie par injection de mercure (Rodríguez de Castro et al., 2018). Par conséquent, au cours de cette étude, il a été décidé d’utiliser des concentrations plus élevées que celles utilisées lors des travaux précédents, c’est-à-dire supérieures ou égales à 7000 ppm.

Préparation des solutions de xanthan

Pour ce faire, la poudre Xanthan Gum food grade XGF FNCS (jungbunzlauer Austria AG, factory pernhofen), a été choisie car parmi les trois poudres disponibles au laboratoire elle contient le moins d’impuretés. La préparation d’une solution débute tout d’abord par le choix de sa concentration et du calcul de la masse de poudre nécessaire. Ensuite le solvant est préparée en utilisant de l’eau dé-ionisée, et en y ajoutant 0.4 g. l utilisé comme bactéricide. Cette eau est ensuite filtrée sur 0.42 μm, afin d’éliminer le maximum d’impuretés possibles. Une fois cette phase de filtration achevée, le solvant est dégazé pendant trois quarts d’heure en utilisant une pompe à vide dans le but de réduire au maximum l’air dissout dans la solution. La dernière étape consiste à dissoudre la masse de poudre de xanthane préalablement calculée dans des bécher de 0.5 L de solvant. Le solvant premièrement homogénéisé grâce à un agitateur mécanique (Heidolph, RZR 2041) en rotation à 500 tours/min, ce qui crée un vortex dans lequel la poudre est progressivement dispersée. Ensuite, la vitesse de rotation de l’agitateur est réduite à 200 tours/min, et la solution est laissée à l’abris de la lumière pendant 24 à 48h dans une salle maintenue à = 20°C ± 1 . Après cela, la solution de xanthane est conservée à une température T = 4°C ± 1. Avant chaque expérience, la solution est tout d’abord dégazée à l’aide d’une pompe à vide (Vacuum Pumps MPC Ultimate Pressure, ILMVAK GmbH).