Analyse expérimentale et modélisation du transfert de matière et du ...
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Chapitre 2: Modélisation à <strong>de</strong>ux flui<strong>de</strong>s <strong>de</strong> l’hydrodynamique <strong>et</strong> <strong>du</strong> <strong>transfert</strong> <strong>de</strong> masse dans les écoulements à bulles2.6 Transport <strong>de</strong> scalaire en milieu diphasique2.6.1 Etat <strong>de</strong>s lieux en milieu diphasique' 'Le terme <strong>de</strong> transport turbulent <strong>du</strong> scalaire cLu Liqui apparaît dans l’équation <strong>de</strong> transport<strong>de</strong> la concentration (2.36) nécessite une modélisation. Dans une turbulence avec couplageinverse fort dû aux bulles, il n’y a pas, à notre connaissance d’expériences physiques ounumériques, qui perm<strong>et</strong>tent d’éluci<strong>de</strong>r les mécanismes <strong>de</strong> transport. En fait, il n’existeque quelques travaux essentiellement dans une turbulence in<strong>du</strong>ite par l’ascension d’unnuage <strong>de</strong> bulles sans turbulence préalable à l’injection <strong>de</strong>s bulles.De rares expériences abor<strong>de</strong>nt les mécanismes <strong>de</strong> mélange dans <strong>de</strong>s écoulements à bulles.On peut noter que dans un écoulement uniforme en présence <strong>de</strong> très faibles taux <strong>de</strong> vi<strong>de</strong>αG≅ 0.2% , Mareuge & Lance (1995) démontrent une efficacité <strong>de</strong> mélange remarquablegénérée par les bulles, ainsi qu’une anisotropie marquée <strong>du</strong> processus <strong>de</strong> mélange avec cefaible taux <strong>de</strong> vi<strong>de</strong>. En eff<strong>et</strong>, les auteurs montrent que le rapport entre la diffusiontransversale <strong>et</strong> la diffusion longitudinale est <strong>de</strong> l’ordre <strong>de</strong> 2. Au sein d’un nuage <strong>de</strong> bulles<strong>et</strong> à grand nombre <strong>de</strong> Schmidt, c<strong>et</strong>te dispersion résulte <strong>de</strong> plusieurs mécanismes dont onpeut donner une <strong>de</strong>scription qualitative en suivant la <strong>de</strong>scription <strong>de</strong> White & Nepf (2003)pour un écoulement au travers d’un réseau <strong>de</strong>s cylindres fixes. Au cours <strong>de</strong> son transportà travers le nuage <strong>de</strong>s bulles, une molécule <strong>du</strong> scalaire va traverser <strong>de</strong>s zonesd’écoulements différents : le scalaire peut être capturé par <strong>de</strong>s zones <strong>de</strong> recirculationsinstationnaires proches <strong>de</strong>s interfaces, avant d’être largué ultérieurement ; ensuite, il estégalement transporté dans le champs <strong>de</strong>s vitesses aléatoires qui comporte à la fois <strong>de</strong>ssillages moyens <strong>et</strong> <strong>de</strong>s fluctuations interstitielles éloignées <strong>de</strong>s bulles. Selon leursparcours différentiés au travers d’une distribution spatiale <strong>de</strong> perturbations contrastées,les molécules <strong>du</strong> traceur vont ainsi être dispersées.De nouvelles expériences qui étudient le mélange <strong>et</strong> le <strong>transfert</strong> <strong>de</strong> masse dans un<strong>et</strong>urbulence homogène, avec un taux <strong>de</strong> vi<strong>de</strong> modéré 0.3≤ α G≤ 12%ont été menées àl’IMFT (Abbas, 2004). Ces expériences ont été réalisées sur le dispositif expérimentalque nous avons utilisé <strong>du</strong>rant ma thèse. Et j’ai formé M. Abbas à l’utilisation <strong>de</strong>sdifférentes techniques <strong>de</strong> mesures nécessaires à son étu<strong>de</strong>. L’écoulement étudié esthomogène <strong>du</strong> point <strong>de</strong> vue hydrodynamique, mais un gradient <strong>de</strong> concentration enoxygène dissous dans l’eau s’y développe, en raison d’une injection particulière <strong>de</strong> <strong>de</strong>uxpopulations <strong>de</strong> bulles <strong>de</strong> gaz distincts : <strong>de</strong> l’air dans une première moitié <strong>de</strong> l’écoulementhomogène <strong>et</strong> <strong>de</strong> l’oxygène pur dans l’autre moitié. Du point <strong>de</strong> vue hydrodynamique, ces<strong>de</strong>ux populations <strong>de</strong> bulles sont i<strong>de</strong>ntiques (diamètres <strong>et</strong> vitesses relatives i<strong>de</strong>ntiques),ainsi une différence <strong>de</strong> flux d’oxygène vers la phase liqui<strong>de</strong> entre les <strong>de</strong>ux populations estengendrée par la différence <strong>de</strong> pression partielle d’oxygène dans la phase gazeuse. Dansces expériences, une base <strong>de</strong> données complète a été obtenue pour <strong>de</strong>s fractions50