L’agitation anormale des particules élucidée

Des particules sédimentent dans un liquide sous l’effet de leur poids à une vitesse moyenne qui dépend de leur concentration. Si on impose un flux vertical de liquide qui s’oppose à leur chute, on peut maintenir les particules indéfiniment en suspension. On obtient alors ce que l’on nomme un lit fluidisé, une configuration à la base de nombreux procédés nécessitant un contact prolongé entre des particules et un fluide, notamment lorsque celles-ci servent de catalyseurs à des réactions chimiques. Bien qu’immobilisées en moyenne, les particules, comme le liquide, s’agitent continuellement de manière aléatoire. Cette agitation est un phénomène important qui contribue aux mélanges des composés présents dans le liquide. Fruit d’une collaboration de long terme entre le LGC et l’IMFT, ce travail a été conduit dans le cadre de la chère UNITI-BIREM de la fédération FERMAT. Il a mis au jour les mécanismes fondamentaux régissant cette agitation. Derrière chaque particule, un paquet de fluide est entraîné vers le bas qui doit refluer vers le haut en contournant celle-ci. En prenant en compte les probabilités pour un paquet de fluide de se trouver dans l’une ou l’autre de ces régions, les principales propriétés statistiques de l’agitation du lit ont pu être modélisées. En particulier, on a montré pourquoi les fluctuations de vitesse vers le haut sont différentes de celles vers le bas, en contradiction avec la fameuse courbe en cloche de Laplace-Gauss (loi normale), qui décrit les processus aléatoires les plus courants. Ces résultats ont été publiés en deux temps: dans une Lettre Phys. Rev Fluids parue en 2019 [1], puis dans un article complet de la même revue, qui a été distingué comme Editors’ Suggestion en 2021 [2].