Dispersion eau dans huile dans un dispositif microfluidique. Etude expérimentale et numérique
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Date
2017-06-30
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Abstract
Ces dernières décennies, il y a eu une augmentation des efforts pour le développement
des systèmes micro-fluidique destinés à la dispersion d’un fluide dans un autre fluide
immiscible [2].
L’objectif de ce travail est de concevoir un système micro-fluidique en forme de T (TJunction)
permettant la génération d’une émulsion de type eau dans huile. La principale
caractéristique d’un tel système est de générer une émulsion mono-disperse c'est-à-dire que
les gouttelettes possèdent le même diamètre. La visualisation de la formation des gouttelettes
d’eau dispersées dans un écoulement principale d’huile obtenue grâce à ce dispositif
expérimental est confrontée à une modélisation sous COMSOL Multiphysics. Afin de mieux
modéliser les déformations de l’interface eau/huile, le modèle Level Set à été sélectionné dans
COMSOL.
Dans ce cadre, nous avons réalisé un travail expérimental sur un écoulement
diphasique de deux fluides dans un microcanal en T (T-Junction) sans utiliser de tensioactifs.
L’influence de certains paramètres tels que la fraction volumique et le débit sur la stabilité des
émulsions (gouttelettes) formées.
Afin d'atteindre l’objectif cité, nous avons commencé notre étude par une recherche
bibliographique qui illustre la définition de l’émulsion et de l’emulsification et l’ensemble de
mécanismes et des procèdes de formulations, les phénomènes de déstabilisations, géométrie
des différents microsystèmes. Par la suite nous avons décrit :
L’appareillage (verrerie, balance, viscosimètre) et le dispositif utilisé lors de notre
manipulation ainsi que les fluides utilisés.
Méthodologie (mesure des pressions, débits)
Les logiciels (ImageJ, COMSOL MULTIPHYSICS) avec tout leurs caractéristiques.
A travers les résultats expérimentaux que nous avons obtenus, nous pouvons tirer les
conclusions suivantes :
Conclusion Générale
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L’écoulement dans notre système microfluidique est un écoulement laminaire rampant
(1,88.10-1 <Re<4,52.10-1)
La diminution des diamètres des gouttelettes est proportionnelle à l’augmentions de la
pression et de débit de la phase continue (phase huileuse).
Le diamètre maximal des gouttelettes est atteint pour une fraction volumique de la
phase aqueuse de 6,3%, et le diamètre minimal est atteint pour la phase dispersée
1,5%.
La partie simulation a été réalisée avec le logiciel COMSOL Multiphysics, ce logiciel
utilise la méthode Level set qui consiste en un suivie de l’interface liquide/liquide à la
périphérie de la gouttelette.
A travers les résultats obtenus numériquement, nous pouvons tirer les conclusions
suivantes :
Le meilleur résultat de dispersion eau dans huile est obtenu pour un maillage
extrêmement fin.
La taille des gouttelettes dépend de l’équilibre des deux débits, à savoir la phase
dispersée et la phase continue. C’est-à-dire que pour un écoulement de la phase
dispersée fixe, on peut adapter le débit de la phase continue pour obtenir le diamètre
de dispersion voulu, à condition que la pression totale dans le micro-canal de la phase
continue n’excède pas celui de la phase dispersée. Si tel est le cas la phase continue
s’engouffrerait dans le micro-canal de la phase dispersée.
La comparaison des résultats a montré une certaine concordance entre les résultats
obtenus numériquement et expérimentalement.
En guise de perspective, une modélisation en 3D pourra être envisagée afin de mieux
expliquer les mécanismes de fractionnement de l’écoulement de l’eau par la phase continue.
Description
60 f. : ill. ; 30 cm. (+CD-Rom)
Keywords
Eau : dispersion : huile
Citation
Energétique