Milieux Poreux et Colloïdes

Responsable du thème :

  • Paul Duru (IMFT)  - Paul.Duru[@]imft.fr

 

Présentation du thème  et des actions de recherche menées en son sein:

Le thème Milieux Poreux et Colloïdes (précédemment intitulé Transferts et phénomènes interfaciaux dans les matériaux poreux –TIMP-)  accueille des projets de recherche ayant pour objectifs  de développer des métrologies et dispositifs  expérimentaux pour l’étude locale des processus de transport dans les matériaux poreux, en s’appuyant également  sur l’outil numérique (à partir de codes propres ou commerciaux).  

Un axe « historique » développé dans ce thème concerne la capture de particules par un filtre.  La formation d’un dépôt de particules à la surface d’un filtre  ou bien la capture de particules en profondeur, au coeur du filtre, est un phénomène omniprésent dans les procédés de  filtration.  La structure interne du dépôt,  ses propriétés mécaniques et les propriétés effectives de transfert résultantes sont des facteurs impactant le procédé qu’il est idéalement souhaitable de maîtriser et connaître.

Scientifiquement, la réponse à ces questions nécessite une description suffisamment fine  des interactions hydrodynamiques et physico-chimiques entre  surface collectrice et particule et aussi particule-particule, afin de comprendre, voire modéliser la phase de formation du  dépôt (N.B. : toute situation où l’on induit une concentration en particules, pas forcément en les capturant à la surface d’un filtre, mais par séchage d’une suspension colloïdale  par exemple, soulève les mêmes problématiques).  Ensuite,  la caractérisation de la structure interne d’un dépôt (morphologique voire mécanique) est également une étape nécessaire pour mieux appréhender  son impact sur le procédé, mais difficile expérimentalement (de par la taille des particules constituant le dépôt, typiquement inférieure au micron, et de par le fait que le dépôt est  un milieu dense, fragile  et opaque).

Ces sujets sont abordés de manière expérimentale et numérique à travers plusieurs actions. Expérimentalement, il est à noter  cet axe de recherche a bénéficié du développement récent,  en collaboration  avec le LAAS, de  micro-systèmes  modèles qui permettent une étude à l’échelle d’un pore ou de quelques pores, par des techniques de visualisation directes notamment. Micro-tamis en silicium (microsieve) ou micro-séparateurs en PDMS en sont deux exemples.  Les actions  récentes et actuellement en cours sont très rapidement présentées ci-dessous.  Le nom des porteurs scientifiques est indiqué,  si besoin de plus de détails.

  • Etude par microscopie confocale de la formation et de la structuration d'un dépôt sur une membrane microsieve (suspension bimodale de particules de latex et  mélange levures + bactéries). (P. Schmitz, C. Lafforgue , LISBP)
  • Hydrodynamique et forces de Van der Waals au voisinage d'un pore : description lagrangienne de la trajectoire d'une particule et de sa capture (Y. Hallez, LGC ; P. Duru, IMFT).
  • Filtration de microgels de dextran-MA  en vue de la modélisation de la formation de micelles de caséines (A. Bouchoux, LGC).
  • Dynamique de formation de dépôt en microcanaux : expériences en micro-séparateurs PDMS et simulations numériques de type Force Coupling Method  (P. Bacchin, LGC ; E. Climent, IMFT).
  • Filtration de bactéries (mélange de 2 populations)  (C. Causserand, LGC).
  • Synthèse de membranes (par inversion de phase par exemple) in situ, en microsystèmes (P. Bacchin, J.-C. Rémigy, LGC).
  • Séchage de suspensions colloïdales et structuration du dépôt résultant (M. Meireles, Y. Hallez, LGC : J.-P. Bonino, F. Ansart, CIRIMAT).

 

Au sein du thème, la problématique de la caractérisation directe d’un milieu poreux et de la détermination numérique de ses propriétés effectives de transfert est également traitée. Pour ceci, l’utilisation de la technique de tomographie à rayons X constitue un axe privilégié, et bénéficie depuis 2010 de la présence d’un micro-tomographe acquis par FERMaT installé dans les locaux du CIRIMAT. La caractérisation de milieux poreux divers (par exemple des fibres creuses utilisées en filtration, ou des efflorescences de NaCl  formées par évaporation d’une solution saline imbibant un matériau poreux) et l’utilisation quantitative des images 3D obtenues est un axe en plein essor à l’échelle du cercle de laboratoires labellisés FERMaT (P. Duru, IMFT ; C. Tenailleau, CIRIMAT et J.-C. Rémigy, LGC).

Plus récemment, des travaux portant sur  l’évaporation en nano-canaux ont débuté (S. Geoffroy, LMDC ; M. Prat, IMFT ; P. Joseph, LAAS, F. Chauvet, LGC). Outre le challenge technologique (concevoir et réaliser des nanosystèmes et y effectuer des mesures), ce sujet aborde un pan  de recherche encore peu abordé, celui des milieux nano-poreux. Il se situe à la frontière entre les thèmes Milieux Poreux et Colloïdes et Microfluidique de FERMaT.

Laboratoires et personnels permanents impliqués :

  • IMFT : E. Climent,  P. Duru, M. Prat
  • LISBP : P. Schmitz, C. Lafforgue
  • LGC : P. Bacchin, Y. Hallez, M. Meireles, J.-C. Rémigy
  • LAAS : P. Joseph,  A.-M. Gué
  • CIRIMAT : F. Ansart, J.-P. Bonino
  • LMDC : S. Geoffroy

 

Equipements FERMaT utilisés :

Matériel de visualisations (caméra rapide), microscope, micro-tomographe à rayons X.

Soutien matériel et humain de FERMaT en 2012-2013 :

  • une année de post-doc financé sur fonds propre par FERMaT sur le projet « Evaporation en nano-canaux » (P. Joseph, S. Geoffroy et M. Prat).
  • achat d’une caméra et d’une diode laser pour développer un banc de mesure DWS (Diffusion wave spectroscopy) pour le projet Séchage de suspensions colloïdales.
  • prise en charge partielle de la participation d’Ines BenHassan (doctorante au LISBP sur le projet Etude par microscopie confocale de la formation et de la structuration d'un dépôt sur une membrane microsieve) au congrès international MicroFlu’ 2012 (Heidelberg, Allemagne).