BMNW Rapport de stage 2015

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BMNW Rapport de stage 2015

  1. 1. Rapport de stage Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique BINTI MAZLAN Nurwazni Étudiante année IUT Génie Chimique Génie des Procédés, Paul Sabatier Fait à Laboratoire de Génie Chimique – STPI 2015 Tuteur de stage : Maitre de stage : M. K. LACHIN Mme. C. GHOSN IUT Paul Sabatier Génie Chimique- Génie des Procédés
  2. 2. 2 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique REMERCIEMENTS Je tiens à remercier dans un premier temps, tout particulièrement mon tuteur de stage, M. Kevin LACHIN, doctorant en année au LGC (Laboratoire de Génie Chimique Toulouse) au département STPI (Science et Technologie des Procédés Intensifiés) et sa responsable, Mme. Nathalie LE SAUZE de m’avoir accueillie au sein de l’établissement et de m’avoir accompagnée tout au long de ma mission. En outre, je les remercie de m’avoir accordé leur confiance et de m’avoir attribué des missions valorisantes durant ce stage. Mes remerciements vont également à Mme. Catherine GHOSN, enseignante à l’IUT, mais aussi ma tutrice de stage, pour sa disponibilité. Je remercie également, mes amis qui font le stage au LGC pour l’aide et les conseils concernant l’écriture de ce rapport, notamment en ce qui concerne le bon usage du français. Enfin, je tiens à faire part de ma sympathie aux techniciens du LGC au département STPI, pour leur soutien technique.
  3. 3. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 3 SOMMAIRE INTRODUCTION.......................................................................................................................................8 PARTIE I: INTRODUCTION GENERALE....................................................................................................9 1. Présentation du laboratoire......................................................................................................10 1,1) Présentation du Laboratoire de Génie Chimique (LGC) ........................................................10 1.2) Recherche au LGC ................................................................................................................11 1.3) Organisation du LGC ..............................................................................................................13 2. Étude Bibliographique...............................................................................................................14 2.1) Phénomène de coagulation...................................................................................................15 2.2) Stabilisation colloïdale...........................................................................................................15 2.3) Déstabilisation colloïdale.......................................................................................................17 PARTIE II: ÉTUDE DE LA COAGULATION BROWNIENNE (PÉRICINÉTIQUE)............................................19 1. Présentation théorique.............................................................................................................20 1.1) Cinétique du phénomène .................................................................................................20 1.2) Paramètres influençant la coagulation Brownienne ........................................................21 2. Etude expérimentale.................................................................................................................21 2.1) Matériel et méthode..............................................................................................................21 PARTIE III: ÉTUDE DE LA COAGULATION ORTHOCINÉTIQUE ................................................................25 1. Présentation théorique.............................................................................................................26 1.1) Cinétique du phénomène .................................................................................................26 1.2) Paramètres influençant la coagulation orthocinétique....................................................27 2. Etude expérimentale.................................................................................................................27
  4. 4. 4 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique 2.1) Matériels et méthode .......................................................................................................27 CONCLUSION.........................................................................................................................................41 1. Conclusions techniques ............................................................................................................41 2. Conclusions générales...............................................................................................................42 BIBLIOGRAPHIE .....................................................................................................................................43 TABLE DES ANNEXES
  5. 5. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 5 LISTE DES FIGURES Figure 1 : Bâtiment de LGC ...................................................................................................................10 Figure 2: Répartition des champs de recherche au LGC.......................................................................12 Figure 3 : Organigramme du LGC..........................................................................................................13 Figure 4 : Particule de latex après l’ajout de tensioactif.......................................................................14 Figure 5 : Illustration de la théorie DLVO..............................................................................................15 Figure 6 : Représentation graphique de la théorie DLVO.....................................................................17 Figure 7 : Principe de mesure ...............................................................................................................22 Figure 8 : Influence de la concentration sur l’intensité du faisceau rétrodiffusé.................................22 Figure 9 : Transmission et rétrodiffusion en fonction de la hauteur et temps avec 6.10ˉ⁴ mol/L d’acide...................................................................................................................................................23 Figure 10 : Transmission et rétrodiffusion en fonction de la hauteur et temps avec 4.10ˉ⁴ mol/L d’acide...................................................................................................................................................23 Figure 11 : Évolution du signal R en fonction du temps .......................................................................24 Figure 12 : Profil de vitesse...................................................................................................................26 Figure 13 : Profil de cisaillement...........................................................................................................26 Figure 14 : Photo du pilote....................................................................................................................28 Figure 15 : Schéma de procédé.............................................................................................................28 Figure 16 : Té mélangeur ......................................................................................................................29 Figure 17 : Réacteur..............................................................................................................................29 Figure 18 : Réservoirs des solutions......................................................................................................30 Figure 19 : MFCS-EZ et Flowboard........................................................................................................31 Figure 20 : Débitmètres ........................................................................................................................31
  6. 6. 6 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique Figure 21 : Visualisation de l’influence de l’ajout en glycérol sur la sédimentation des particules .....34 Figure 22 : Photo des échantillons aux différents points de prélèvement...........................................35 Figure 23 : Distribution de tailles de particules (1) - L = 1,257m..........................................................35 Figure 24 : Distribution de tailles de particules (2) - L = 2,55m ............................................................36 Figure 25 : Distribution de tailles de particules (3) - L = 3,825m..........................................................36 Figure 26 : Distribution de tailles de particules (5) - L = 6,375m..........................................................36 Figure 27 : Distribution de tailles de particules (6) - L = 7,65m ............................................................37 Figure 28 : Distribution de tailles de particules (7) - L = 8,925m..........................................................37 Figure 29 : Distribution de tailles de particules (8) - L = 10,2m ............................................................37 Figure 30 : Vérification de bulles d'air ..................................................................................................38 Figure 31 : Diamètre moyenne des particules en fonction du temps de séjours.................................39 Figure 32 : Evolution de la répartition granulométrique......................................................................40
  7. 7. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 7 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1: Listes des départements et ses activités de recherche.......................................................11 Tableau 2: Les champs d’action de différents axes ..............................................................................12 Table 3 : Longueurs et temps de séjours correspondants pour les différents prélèvements..............33 Table 4 : Diamètre moyen de particules le long du réacteur. ..............................................................38
  8. 8. 8 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique INTRODUCTION La formation en Diplôme Universitaire de Technologie (DUT) est complétée par un stage en entreprise ou en laboratoire de 10 semaines. Celui-ci constitue une étape obligatoire pour l’obtention du diplôme. Ce stage fait donc partie intégrante de ma formation en Génie Chimique – Génie des Procédés (GCGP). Il me permet de mettre en pratique mes connaissances théoriques acquises au sein de l’IUT. Il valorise l’épanouissement personnel, tout en permettant d’acquérir une expérience professionnelle ainsi qu’un premier contact avec le milieu professionnel. Durant dix semaines, j’ai pu évoluer au sein du Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse (LGC). Ce rapport présente les travaux que j’ai effectués lors de mon stage qui s’est déroulé du 7 avril au 12 juin 2015. Pendant ce stage, j’étais encadrée par un doctorant en année, M. Lachin qui est sous la direction de Mme. Le Sauze. Il travaille sur l’étude de la coagulation de latex de type acrylique dans des milliréacteurs dans le but d’établir des modèles cinétiques dans le cas d’un écoulement contrôlé et d’intensifier si possible la coagulation. Sa thèse et donc mon stage se sont déroules au sein de l’équipe STPI (Science et Technologie des Procédés Intensifiés), dont un des axes de recherche porte sur les procédés intensifiés. Les travaux de thèse de M. Lachin sont menés dans le cadre d’un projet ANR (Agence Nationale de la Recherche), pour lequel le LGC, un laboratoire de polymérisation de l’Université Claude Bernard de Lyon et la société Arkema collaborent. Mon sujet de stage a porté sur l’étude de déstabilisation latex par coagulation pércinétique et orthocinétique. La solution étudiée, le latex est une suspension colloïdale, constituée de particules ayant un diamètre de l’ordre du nanomètre au micromètre dispersées dans une solution aqueuse. Le latex à une concentration massique de 33 % en particules, il est produit et fourni par la société. L’établissement de modèles cinétiques d’agglomération nécessite de caractériser l’évolution de la taille des agrégats de latex au cours du temps. L’étude qui m’a été confiée portait sur la caractérisation granulométrique des agrégats le long du réacteur utilisé dans des conditions expérimentales précises, fixées par mon encadrant en fonction de l’avancement de ses travaux. Le rapport est divisé en trois grandes parties. La première est l’introduction générale sur le lieu de travail et l’étude bibliographique. En deuxième et troisième parties, les phénomènes de coagulation Brownien et de coagulation orthocinétique sont présentés afin de bien comprendre les différentes cinétiques des coagulations et ensuite les résultats expérimentaux sont analysés. Finalement, le rapport se termine par une conclusion générale et une perspective de travail à faire pour poursuivre cette recherche.
  9. 9. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 9 PARTIE I: INTRODUCTION GENERALE
  10. 10. 10 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique 1.Présentation du laboratoire 1,1) Présentation du Laboratoire de Génie Chimique (LGC) Reconnu dans le domaine du Génie des Procédés, le Laboratoire de Génie Chimique (LGC) comprend une activité forte autour de la thématique des réacteurs intensifiés et de la sécurité des procédés, activité menée au sein du département Science et Technologie des Procédés Intensifiés (STPI). Le LGC est une Unité mixte de Recherche (UMR) entre l’Institut National Polytechnique (INP) de Toulouse, l’Université Paul Sabatier (UPS) et le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). Il est situé à Toulouse sur trois sites qui se situent au sein du Complexe Scientifique de Rangueil, à l’INP-ENSAT à Auzeville et à l’INP-ENSIACET à Labège. Le stage a été effectué sur le site de l’INP- ENSIACET (Figure 1). Le laboratoire est composé de plus de 300 employés: 101 chercheurs et enseignants chercheurs dépendant soit de l’École Nationale Supérieure d’Ingénieurs en Arts Chimiques et Technologiques (ENSIACET), de l’École Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse (ENSAT) ou de l’Université Paul Sabatier (UPS). 54 employés administratifs, techniciens et ingénieurs. 160 doctorants, post-doctorants et stagiaires. Un des plus grands laboratoires de recherche de génie des procédés en Europe, le LGC poursuit l’objectif général de développer des recherches qui répondent aux grands enjeux sociétaux que sont les eaux et les effluents, l’énergie et l’ingénierie de la santé. Afin de répondre efficacement à ces enjeux, le LGC travaille en partenariat avec de nombreux laboratoires nationaux et internationaux, des centres de recherche privés des industries chimiques, agroalimentaires, biotechnologiques, pharmaceutiques, médicales et des petites et moyennes entreprises (PME). Ses projets sont pour partie supportés par l’industrie et également financés par la région, la communauté européenne ou l’Agence Nationale de la Recherche (ANR). Les activités de recherche du LGC sont centrées sur la conception et l’optimisation de nouveaux procédés de transformation de produits, de matériaux ou d’objets. En parallèle, des études basées sur la thermodynamique et les cinétiques physiques, chimiques, électrochimiques et biochimiques sont développées. Figure 1 : Bâtiment de LGC
  11. 11. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 11 1.2) Recherche au LGC 1.2.1) Départements de recherche Le LGC est organisé en six départements scientifiques qui développent des activités de recherche en liaison avec les enjeux et besoins de la société, en partenariat avec le secteur industriel et les orientations scientifiques des tutelles du LGC. Le stage a été effectué au sein du département de Science et Technologies des Procédés Intensifiés (STPI) et ce département est dirigé par Monsieur Laurent PRAT. Le tableau ci-dessous, (Tableau 1) récapitule les différentes activités de recherche effectuées au sien des départements. Nom de département Activités Génie des Interfaces et des Milieux Divisés – GIMD  L’étude sur la génération d'interfaces dans les procédés.  La modélisation multi-échelle et multi-physique des milieux dispersés (colloïdes, particules, cristaux, gouttes) et les systèmes membranaires. Procédés Électrochimiques – PE  L’étude sur des méthodes et des outils électrochimiques pour la conception, le dimensionnement et le contrôle de procédés. Ingénierie des Réacteurs Polyphasiques Innovants – IRPI  La conduite des procédés innovants en milieux polyphasiques, réactifs ou non-réactifs. Bioprocédés et Systèmes Microbiens – BioSyM  L’étude sur l’activité microbienne dans les procédés de l’agro-alimentaire, de l’environnement, de la santé ou de production d’énergie. Science et Technologie des Procédés Intensifiés – STPI  La conception, l’extrapolation, la conduite et la sécurité de procédés intensifiés : équipements multifonctionnels, solvants verts, maîtrise de l’énergie, carbone bio-source. Procédés et Systèmes Industriels – PSI  La conduite des procédés durables, de la molécule à l’entreprise étendue.  La conception des outils informatiques et des modèles génériques pour les processus industriels, l’efficacité énergétique et l’éco conception des procédés. Tableau 1: Listes des départements et ses activités de recherche
  12. 12. 12 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique 1.2.2) Champs de recherche et d’application Il existe de larges domaines d’activité de recherche au LGC. Les domaines sont les suivants : eau et effluents, énergie, chimie, agroalimentaire, santé, matériaux, biotechnologie et pétrochimie. Ci-dessous (Figure 2) l’importance relative des différents champs de recherche est représenté, sur la base du nombre de publications du LCG référencées par Scopus en 2013. 1.2.3) Axes transversaux Les départements scientifiques sont focalisés autour de thématiques de recherche en génie chimique qui trouvent des applications dans différents secteurs et qui par ailleurs nécessitent des outils communs. Des transversalités autour des principaux enjeux sociétaux (eaux et effluents, énergie, ingénierie de la santé) et des principes communs (thermodynamique des milieux complexes) ont été développées pour fédérer ces compétences. Les différents champs d’action de chaque axe se trouvent dans le tableau 2. Axe Champs d’action Eaux et effluents -Dépollution d’effluents par séparation -Traitement de l’eau en vue de sa potabilisation. Energie : source et gestion -Efficacité énergétique des procédés -Biomasse et Bio-énergie Ingénierie de la santé -Procédés dans les chaînes de production pharmaceutiques -Impact des procédés sur la composition de produits de la santé Thermodynamique des milieux complexes -systèmes solide – liquide -systèmes liquide - vapeur Tableau 2: Les champs d’action de différents axes Figure 2: Répartition des champs de recherche au LGC
  13. 13. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 13 1.3) Organisation du LGC L’organigramme du LGC est représenté ci-dessous (Figure 3) Figure 3 : Organigramme du LGC
  14. 14. 14 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique 2.Étude Bibliographique Le latex est une suspension de particules colloïdales, c’est-à-dire de taille inférieure au micromètre, et ces particules sont souvent des polymères. Dans notre étude, les particules sont composées d’un polymère acrylique généralement blanc, mais parfois transparent ou coloré. Dans l’industrie, ces latex servent pour grande partie d’intermédiaire à la synthèse de produits plastiques, de peintures. Ils doivent être stables un temps suffisamment long pour être stockés sans changement de leurs propriétés, de taille notamment. Cette stabilité est obtenue en rajoutant un produit appelé tensioactif qui va d’une part se déposer à la surface des particules de latex. Dans notre cas, le tensioactif est un produit chargé négativement. Ses charges négatives vont venir se répartir à la surface des particules. Les particules latex stabilisées sont représentées sur la figure 4. Les caractéristiques du latex (avec le tensioactif) indispensables aux études réalisées ont été déterminées par mon tuteur au début de sa thèse. Les résultats sont les suivants : Diamètre des particules : 80 nm (mesurée par zêtasizer). Indice de réfraction : 1,59. Masse volumique à 20°C : 1,026 g/ . Pourcentage massique des particules : 33 %. L’objectif de mon stage est de mettre en place des méthodes de déstabilisation péricinétique grâce à suivre par Turbiscan et orthicinétique grâce à écoulement dans un milliréacteur. Cela nécessite de bien maîtriser ce que l’on sait de la coagulation des latex, de leur stabilisation et des méthodes de déstabilisation. Dans la suite du rapport, ces notions sont donc définies, et l’intérêt de la coagulation est également rappelée. Figure 4 : Particule de latex après l’ajout de tensioactif Etat initial de latex Après l’ajout de tensioactif
  15. 15. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 15 2.1) Phénomène de coagulation On coagule le latex, car industriellement, le latex est un intermédiaire (obtenu par la synthèse de polymères) qui par la suite est coagulé et séché afin d’obtenir des poudres de polymères. La stabilité est essentielle pour qu’industriellement le latex ne se dégrade pas avant le procédé industriel de coagulation, et la déstabilisation doit être maîtrisée pour au final avoir des tailles bien contrôlées après coagulation. Pour résumer, on stabilise pour éviter une déstabilisation non voulue, puis on déstabilise de manière contrôlée dans un procédé de coagulation pour avoir un produit final (poudre) aux caractéristiques connues. La coagulation est un phénomène d’agrégation de particules c’est-à-dire un processus qui conduit au regroupement d’unité de base pour former une particule de taille supérieure. Dans le cas de latex, la coagulation est due à une perte de stabilité entre les particules de polymères en suspension. 2.2) Stabilisation colloïdale On peut représenter la stabilité colloïdale par un équilibre de forces et l’existence d’un potentiel d’interaction. D’après la théorie DLVO (Derjarguin et Landau, Verwey et Overbeek) la stabilité d’une suspension colloïdale résulte de l’équilibre entre les interactions attractives (force de Van der Waals) et les interactions répulsives (dues aux charges en surface, souvent apportées pas un tensioactif) qui s’exercent sur les particules (figure 5). Figure 5 : Illustration de la théorie DLVO Il est possible de définir une énergie potentielle d’interaction, qui est la somme du potentiel attractif et répulsif, telle que : = + (1) Avec, potentiel résultant des forces attractives de Van de Waals (J/ ) potentiel résultant des interactions électrostatiques (J/ )
  16. 16. 16 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique 2.2.1) Force de Van der Waals Ces attractions sont des forces attractives entre dipôles induits : aussi appelées forces de London. Le calcul de cette énergie potentielle, est proposé par M.Hamaker. Sa formule s’écrit : = - (2) Avec, R rayon des particules (m) d distance interparticulaire1 (m) A constante de Hamaker (J) Hypothèses : Les particules sont sphères et ils sont de rayons identiques. On remarque que l’énergie potentielle d’attraction dépend du rayon des particules et de la distance interparticulaire. Donc, elle est intrinsèque au matériau utilisé et à sa concentration dans le milieu. 2.2.2) Force répulsive électrostatique L’autre force qui impliquée dans la stabilité colloïdale est la force répulsive électrostatique, liée aux charges de surface (apportées par le tensioactif). Les surfaces des particules sont ionisées, et chaque particule est entourée d’une <<atmosphère>> ionique formée par les contre-ions des groupes de surfaces présents en solution. Comme toutes les particules sont chargées de la même manière, elles vont naturellement se repousser, comme le feraient deux pôles similaires d’aimants. Ce type de répulsion joue un rôle très important dans la stabilité colloïdale des particules dispersées à cause de leur portée, qui peut être très supérieure à celle des autres forces. Le calcul de l’énergie potentielle répulsive, s’effectue à l’aide de l’équation de Poisson Boltzmann permettant de relier la distribution de charge au potentiel. Après quelques simplifications nous trouvons : = 2.π.ε.R. (3) Avec ε permittivité du milieu2 (F. ) potentiel de surface (V) k longueur de Debye3 ( ) 1 Distance entre deux centres des particules 2 Réponse d‘un milieu donné à un champ électrique appliqué 3 Épaisseur de la double couche d’ion
  17. 17. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 17 2.3) Déstabilisation colloïdale D’après la théorie DLVO, pour déstabiliser les particules latex, il faut réduire l’équilibre de force, . On ne peut pas modifier car il est intrinsèque lié au matériau et à sa concentration, donc on joue sur , qui dépend du potentiel de surface. On peut diminuer les charges de surface par : Ajout d’un sel. En ajoutant de sel, la charge positive contenue dans le sel va venir neutraliser les charges négatives de surface. Modification du pH. Les fonctions chimiques apportées par le tensioactif sont dans notre cas des fonctions acides, sensibles au pH, qui vont changer de forme (ionique à non ionique) aux alentours du pKa du tensioactif (neutralisés les particules). En diminuant le pH, on diminue donc les charges de surface des particules de latex, jusqu’à les supprimer à un pH inférieur au pKa du tensioactif. Expérimentalement, on coagule donc en ajoutant l’un de ces produits, que l’on appellera coagulant, qui va diminuer la barrière de potentiel. D’après la figure 6, on remarque que la barrière de potentiel diminue quand la distance entre particule augmente. Barrière de potentiel Figure 6 : Représentation graphique de la théorie DLVO
  18. 18. 18 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique Cependant, pour agglomérer, réduire la barrière n’est pas toujours suffisant, il faut aussi que les particules aient suffisamment d’énergie cinétique pour se rencontrer. L’énergie cinétique est apportée par le transport des particules, et peut être dominé : Soit par des phénomènes de diffusion liés à la température par exemple. Soit par des phénomènes de convection liés à l’hydrodynamique du procédé. On distingue donc : La coagulation péricinétique, ou brownienne, lorsque les particules se rapprochent par diffusion (mouvement brownien). La coagulation orthocinétique, lorsque l’agrégation est due à l’hydrodynamique et aux mouvements globaux du fluide (plus précisément au cisaillement). Les modèles théoriques de la coagulation sont proposés: en statique (brownien) ou en dynamique (orthocinétique). Les modèles permettent de prévoir des cinétiques de coagulation. Cependant, dans la réalité industrielle, on peut être confrontés à des cas où les deux types de phénomènes se superposent. Les résultats expérimentaux sont alors éloignés des prévisions effectuées à l’aide des modèles, et il devient difficile de prévoir le comportement de la solution de latex au cours du temps.
  19. 19. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 19 PARTIE II: ÉTUDE DE LA COAGULATION BROWNIENNE (PÉRICINÉTIQUE)
  20. 20. 20 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique 1. Présentation théorique La coagulation dite Brownienne ou péricinétique est un phénomène diffusif qui est imputable à la diffusion des particules par le biais du mouvement Brownien et elle dépend de la stabilité des particules. C’est-à-dire un phénomène d’agitation thermique qui va permettre aux particules d’effectuer de petits déplacements autour de leur position de référence. 1.1) Cinétique du phénomène Théoriquement, la coagulation est définie comme par une cinétique de cette forme : (4) Dans le cas de la coagulation Brownienne, la constante k est : (5) Avec : k constante qui dépend du type de coagulation (m³/s) N concentration en particules (particule.m³) ratio de stabilité constante de Boltzmann (J.Kˉ¹) T température (K) ŋ viscosité (Pa.s) Avec est l’inverse d’une efficacité de collision, sa formule est au-dessous (6). D’après cette formule, on voit que l’efficacité dépend de qui dépend de la charge des particules. est une valeur constante comprise entre un et infini. Ensuite, les hypothèses qu’on a faites pour pouvoir utiliser l’équation (5) sont : les particules sont sphériques et elles ont toutes le même diamètre. (6)
  21. 21. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 21 1.2) Paramètres influençant la coagulation Brownienne D’après la cinétique décrite par l’équation (4), la coagulation Brownienne dépend donc : de la température qui va apporter l’énergie à la particule pour amener le mouvement Brownien, la viscosité et l’énergie potentielle d’interaction, c’est-à-dire des charges en surface des particules. de la concentration initiale en particules. 2.Etude expérimentale Une série de manipulations a été réalisé afin d’étudier la coagulation péricinétique. Il s’agit de déterminer l’influence du pH sur la déstabilisation. Les expériences sont menées à température et viscosité constantes. Le but ultime de cette étude est de déterminer la valeur du ratio de stabilité en fonction du pH. Les essais que j’ai réalisés sont des essais de faisabilité. Les calculs n’ont pas encore été effectués et seule une analyse qualitative sera effectuée à partir de ces premiers résultats. 2.1) Matériel et méthode 2.1.1) Appareil de mesure Pour effectuer le suivi de la déstabilisation on utilise un appareil adapté appelé Turbiscan LAB commercialisé par la société FORMULACTION. Le principe de mesure repose sur la diffusion multiple de la lumière par des particules lorsqu’elles se trouvent en concentration importante dans un liquide. On envoie un faisceau lumineux d’une longueur d’onde donnée (λ = 850 nm) dans un échantillon à analyser. Après avoir été diffusés de nombreuses fois par les particules présentes, on détecte soit le faisceau transmis (0° par rapport au faisceau incident) quand l’échantillon est assez faiblement concentré, soit le faisceau rétrodiffusé (135 ° par rapport au faisceau incident) lorsque l’échantillon est plus fortement concentré. L’intensité du faisceau rétrodiffusé dépend à la fois de la taille et de la concentration en particules. Si les particules sont déstabilisées, elles vont avoir tendance à grossir et à décanter. En se plaçant à une hauteur donnée dans l’échantillon, toute variation des signaux transmis et rétrodiffusé indique donc une modification de taille et/ou concentration des particules. En travaillant sur le signal rétrodiffusé, on peut même remonter à la concentration des particules et à leur taille. La théorie est complexe et ce type de calcul ne faisait pas partie du travail qui m’a été confié.
  22. 22. 22 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique Figure 7 : Principe de mesure Figure 8 : Influence de la concentration sur l’intensité du faisceau rétrodiffusé Le turbiscan LAB offre la possibilité de faire un balayage sur toute la hauteur de l’échantillon et de suivre les signaux au cours du temps sur la hauteur plutôt qu’en un seul point. 2.1.2) Conditions expérimentales La cellule de mesure du turbiscan LAB contient 16 ml de solution. On va injecter 8ml des solutions de latex 0.5 % diluées avec 8ml de solution d’acide à différentes concentrations. D’abord, il faut préparer l’échantillon à injecter. 8 ml de la solution d’acide à 6. mol/L par exemple a été mélangée dans 8ml des solutions de latex et le mélange a été agité délicatement pour quelque second avant de remplir dans la cellule. Le fait d’agiter délicatement pour une courte période est d’éviter l’apparition de bulles d’air et la sédimentation des particules. Ensuite, la cellule a été analysée pendant une heure pour observer l’évolution des signaux au cours du temps. Deux différentes concentrations de l’acide ont été utilisées pour chaque échantillon afin d’effectuer les tests de faisabilité de cette méthode pour le suivi de la déstabilisation. 6. mol/L d’acide avec latex 0.5 % massique 4. mol/L d’acide avec latex 0.5 % massique 2.1.3) Résultats Les résultats obtenus dans les deux conditions de déstabilisation sont représentés sur les figures 9 et 10. Chacune des figures représente le signal obtenu en transmission (T) et en Rétrodiffusion (R) sur toute la hauteur de l’échantillon de 16 ml. La hauteur 0 correspond au bas de l’échantillon.
  23. 23. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 23 Figure 9 : Transmission et rétrodiffusion en fonction de la hauteur et temps avec 6.10ˉ⁴ mol/L d’acide Figure 10 : Transmission et rétrodiffusion en fonction de la hauteur et temps avec 4.10ˉ⁴ mol/L d’acide Tout d’abord, notons que dans les deux conditions expérimentales, notre échantillon est homogène sur toute la hauteur de l’échantillon, et ceci sur toute la durée de l’observation (1 heure). On peut donc en déduire qu’il n’y a pas de sédimentation au cours du temps, et que s’il y a déstabilisation, elle n’est pas suffisante pour conduire à des tailles de particules suffisamment importantes pour gérer de la sédimentation. Le calcul en utilisant la loi de stokes permettre de trouver la taille minimum des particules pour avoir la sédimentation. Lorsqu’on travaille à la concentration 6.10ˉ⁴ mol/L (Figure 9), on observe une décroissance sur la valeur de la valeur caractéristique de la lumière transmise (T) au cours du temps (de bleu à t=0 au rouge à t = 1h). On observe la même évolution sur le signal en rétrodiffusion (R). On passe d’une valeur de T de 60 à 30 % en une heure, et d’une valeur de R de 17 à 13 %. Nos échantillons étant faiblement concentrés, le signal en transmission est meilleur. Si l’on traçait l’évolution du signal en fonction du temps, la pente nous permettrait de déterminer la variation de la concentration sur la variation du temps.
  24. 24. 24 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique Figure 11 : Évolution du signal R en fonction du temps Graphiquement, voyant que R diminue en fonction du temps par rapport sa valeur initiale, les particules sont déstabilisées et ont aggloméré. Donc, d’après la formule (4), connaissant la concentration initiale en particules on pourrait en déduire la valeur de . Dans ce cas, la étant donné nos résultats la pente sera non nulle qui est -8.10ˉ⁴ et on peut en déduire que le latex est bien déstabilisé et que la valeur de l’efficacité est supérieure à 0. Dans le cas d’une concentration de 4.10ˉ⁴ mol/L (figure 10), on observe que les valeurs de T et R n’évoluent pas au cours du temps. Dans ce cas, l’efficacité de collision est donc nulle, est infini. 2.1.4) Conclusion sur les essais de déstabilisation Ces premiers essais, s’ils ne sont pas suffisants pour déterminer quantitativement l’influence de la concentration en acide et du pH sur l’efficacité de collision, nous ont permis de valider l’utilisation du turbiscan pour effectuer le suivi de la déstabilisation. La méthode devrait donc être retenue par M. Lachin pour la suite de son travail de caractérisation de l’agglomération péricinétique et la modélisation des valeurs de l’efficacité de collision en fonction du pH de la solution. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 1000 2000 3000 4000 R(t)/R(0) Temps (s) Évolution du signal R en fonction du temps Pente = -8.10ˉ⁴
  25. 25. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 25 PARTIE III: ÉTUDE DE LA COAGULATION ORTHOCINÉTIQUE
  26. 26. 26 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique 1. Présentation théorique La coagulation dite orthocinétique résulte du cisaillement induit par le mouvement du fluide. Le taux de cisaillement dépend des conditions de fonctionnement du procédé. Dans le cas d’un réacteur tubulaire de diamètre fixé, et en régime laminaire, qui sera le régime étudié, il va essentiellement dépendre du débit et de la position dans le tube. L’utilisation le régime laminaire est de pouvoir connaitre le profil de taux de cisaillement : D’où l’équation de taux de cisaillement : (7) Avec : G taux de cisaillement (sˉ¹) d diamètre du tube (m) Ѵmoy vitesse moyenne (m/s) D’après le profil de vitesse, le fluide s’écoule à la vitesse maximum au centre du tube et à la vitesse minimum à la paroi du tube. Cependant, le cisaillement est maximum à la paroi, c’est-à-dire, les particules s’agglomèrent mieux à la paroi qu’au centre du tube. 1.1) Cinétique du phénomène La cinétique de coagulation peut toujours être modélisée par l’équation (4). La seule différence est la constante k. Cette constante a été définie, dans le cas orthocinétique, par Smoluchowski comme ci-dessous : Régime laminaire : (8) Avec : G taux de cisaillement ( ) diamètres de particules (m) x y x yR Figure 12 : Profil de vitesse Figure 13 : Profil de cisaillement
  27. 27. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 27 1.2) Paramètres influençant la coagulation orthocinétique On considère généralement que l’efficacité de collision est 1 pour ne pas que les répulsions électrostatiques perturbent l’étude. On opère donc avec une concentration d’acide ou de sel très concentrée. La coagulation orthocinétique dépend alors : De la concentration des particules, De la taille des particules initiales, Du gradient de cisaillement, G. 2. Etude expérimentale 2.1) Matériels et méthode 2.1.1) Suivi analytique Le suivi est assuré par une mesure de la taille des particules par diffraction de lumière. Cette technique permet d’obtenir une distribution de tailles particules (PSD) pour des diamètres compris entre une dizaine de nanomètres et le millimètre. L’appareil utilisé est un MasterSizer 2000. Le principe de cet appareil est de mesurer la diffraction de la lumière par les particules à différents angles. Les particules de petites tailles diffracteront aux grands angles et les particules de taille plus importante diffracteront aux petits angles. Il est nécessaire d’opérer en solution diluée. 2.1.2) Dispositif expérimental La coagulation orthocinétique est étudiée dans un réacteur tubulaire fonctionnant en continu et en régime laminaire. Le pilote est composé (figure 14) : du dispositif millifluidique permettant la coagulation, de quatre réservoirs en acier inoxydable, d’un système de régulation FLUIGENT, d’un ordinateur qui permet de régler les débit et d’acquérir les données (Débit et pression) au cours du temps.
  28. 28. 28 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique Ce pilote est simplifié dans le schéma ci-dessous : Figure 14 : Photo du pilote Figure 15 : Schéma de procédé
  29. 29. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 29 Le dispositif millifluidique est constitué de deux voies d’injection des réactifs qui vont se mélanger au niveau d’un té mélangeur (Figure 16). Le phénomène de coagulation se déroule dans le réacteur (Figure 17) après le té mélangeur. Le réacteur est un tube millimétrique dont le diamètre et la longueur pourront être amenés à évoluer. La longueur maximale prévue est 16 m, ce qui explique l’enroulement en spirale du tube. Tous les 2 m, on dispose de raccords qui permettent de raccourcir et d’allonger le réacteur, et d’obtenir des données à différentes longueurs donc différents temps (suivi de la coagulation en fonction du temps). Les diamètres intérieurs de réacteur disponibles sont 1,57 mm ; 2 mm et 2,40 mm. L’utilisation du milliréacteur préférentiellement à un réacteur batch agité se justifie par la nécessité, pour ce type de coagulation, de parfaitement maîtriser le taux de cisaillement. Comme dit précédemment, dans un tube, ce taux est connu pour une position et un débit donné. Dans une cuve agitée, on connait le taux de cisaillement moyen dans la cuve, mais la détermination locale du cisaillement nécessite des caractérisations expérimentales ou numériques. Le pilote, est équipé de quatre réservoirs en acier inoxydable d’une capacité totale d’un litre : deux réservoirs contenant des réactifs c’est-à-dire le réservoir 1 (Latex) et le réservoir 3 (acide ou sel) ainsi que les réservoirs 2 et 4 contenant l’eau distillée pour le nettoyage après la coagulation afin d’éliminer les particules qui se collent aux parois. Le niveau de liquide dans ces réservoirs est indiqué par le tuyau transparent. Il ne faut pas dépasser la valeur maximale affichée par le tuyau et la visualisation du niveau n’est visible qu’après 200-250 ml de liquide versé. La figure ci-dessous (figure 18) montre la photo des réservoirs. Figure 17 : RéacteurFigure 16 : Té mélangeur
  30. 30. 30 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique Il y a quatre vannes (repérées par les carrés bleus) avec différents rôles. La vanne 1 est la vanne de remplissage, la vanne 2 est la vanne d’alimentation du système millifluidique en produit, la vanne 3 est la vanne d’alimentation du réservoir en air comprimé qui permet d’ouvrir ou de fermer la voie de communication entre le MFCS (Microfluidic Flow Control Systems) et le réservoir, enfin la vanne 4 est une vanne de purge, elle relie le réservoir à l’extérieur et est utilisée en cas de purge d’air ou lorsqu’il y a nécessité d’une prise d’air. On utilise un système FLUIGENT, basé sur la régulation de débit par contrôle de la pression dans les réservoirs, pour la mise en écoulement des fluides. La régulation du débit à partir de la pression dans le bac d’alimentation présente l’avantage d’obtenir des débits stables dans la gamme qui nous intéresse (12 ml/min – 17 ml/min). De plus, le latex ne risque pas d’être endommagé par le passage dans le corps d’une pompe. La régulation se fait automatiquement d’après le débit imposé par l’utilisateur au niveau du logiciel de commande. Ce système se compose d’un MFCS-EZ à quatre voies qui permet d’imposer des pressions indépendantes à quatre réservoirs distincts, d’un Flowboard qui sert d’interface entre l’ordinateur et les débitmètres (ils sont représentés sur la figure 19, en haut et le Flowboard est en bas MFCS-EZ) et de deux débitmètres thermiques avec une capacité maximum de 5ml/min. Dans notre pilote, on introduit un by-pass pour chaque débitmètre pour augmenter le débit des fluides régulés car nos gammes de débits vont au-delà de la capacité maximale de régulation des débitmètres. Pour avoir le débit réel régulé, il suffit de multiplier le débit lu par la valeur du coefficient directeur des pentes (voir dans l’annexe 1). La figure 20 présente une photographie des débitmètres utilisés. Le débitmètre 1 mesure le débit de latex tandis que le débitmètre 2 mesure le débit de l’acide ou de sel. 4 3 2 1 41 32 Figure 18 : Réservoirs des solutions
  31. 31. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 31 La procédure de démarrage est la suivante : Avant de commencer la manipulation, remplir tous les réservoirs avec leurs solutions respectives. Ouvrir la vanne d’air du réseau. Allumer le boitier MFCS-EZ puis démarrer l’application MAESFLO 3.3.1 dans l’ordinateur, il faut attendre au moins 15 minutes pour la procédure de préchauffage. Faire passer de l’eau (la position des vannes comme dans le schéma) pour vérifier les fuites sur la canalisation. Après avoir tout vérifié, faire passer le latex d’abord, car il a une couleur blanche donc plus facile à voir, puis la solution acide/sel et cliquer sur le bouton RUN pour commencer l’enregistrement des paramètres au cours de la coagulation. La coagulation va se passer en aval du T-mélangeur et jusqu'à la sortie du tube. Prélever le résiduel dans le flacon après l’obtention du régime permanent, (minimum trois temps de séjour) et la taille des particules sera mesurée au MazterSizer 2000. 2.1.5) Conditions opératoires Ce type de coagulation dépend du cisaillement qui est lié au débit de solution et au diamètre de tube. La formule de cisaillement est la suivante : (7) : avec = (9) Avec : S surface ( ) Q débit ( /s) Figure 20 : DébitmètresFigure 19 : MFCS-EZ et Flowboard
  32. 32. 32 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique Les conditions qui m’ont été imposées sont les suivantes: Produits : latex à 0,05 % massique des particules et acide sulfurique à 0,02 mol/L, Réacteur de diamètre interne 2 mm et de longueur maximale 10,2 m, Débit de 17mL/min dans chaque voie : 34mL/min après le té (condition du mélange : débit latex = débit acide) La vitesse, calcul d’après le débit total et la section du tube Ѵ = = = = 0.18 m/s Le nombre de Reynolds, défini par la formule : R = = = 370, R< 2000 d’où régime laminaire Le cisaillement moyen, calculé d’après la formule donnée précédemment, est alors de 497 . On calcul les temps de séjours pour chaque longueur à prélever. é (10) ’ (11) Avec volume de cylindre : . L (12) : ce volume est un volume de l’ensemble du réacteur Donc, (13) Exemple pour la première longueur : = =0,116 min = 6,97 s On détermine également les valeurs de 2et 3, intéressantes pour s’assurer de ne prélever que lorsque le régime permanent est obtenu (minimum 3 temps de séjour). 2 = 6,97 x 2 = 13,94 s 3 = 6,97 x 3 = 20,91 s L d L : longueur de tube (m)
  33. 33. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 33 Le tableau suivant récapitule les temps caractéristiques aux différentes longueurs de prélèvement. N° prélèvement 1 2 3 4 5 6 7 8 Longueur(m) 1,257 2,55 3,825 5,1 6,375 7,65 8,925 10,2 (s) 6,97 14,14 21,21 28,27 35,34 42,41 49,48 56,55 2 (s) 13,94 28,27 42,41 56,55 70,69 84,82 98,96 113,1 3 (s) 20,91 42,41 63,62 84,81 106,02 127,23 148,44 169,65 Table 3 : Longueurs et temps de séjours correspondants pour les différents prélèvements Préparation des échantillons Afin que les échantillons soient représentatifs, il faut stopper toute agglomération au moment du prélèvement. On doit donc ramener l’échantillon à un pH correspondant à un état stable du latex (pH basique). Pour ce faire, on va diluer le prélèvement dans une solution de soude. Pour éviter la sédimentation, on ajuste également la viscosité de la solution de dilution en y ajoutant du glycérol. Au final, chaque flacon de prélèvement contient 16 g de la solution soude à 3.10ˉ³ mol/L et de 24 g de glycérol pur. L’explication de ces principes est rappelée dans la suite du document. Stabilité : La formule chimique de latex est (pour simplifier) ; en fait la forme de latex est comme dans la figure 4, et quand il est en milieu acide, il devient R – COOH ce qui va éliminer les charges négatives autour des particules et favoriser l’agglomération. En diluant l’échantillon dans une solution basique, on rétablit les charges et on retrouve un état stable du latex. Sédimentation : Lorsque l’échantillon est récupéré dans un flacon de prélèvement, les particules, plus lourdes que la solution de dilution, vont sédimenter vers le fond du flacon. Le glycérol va permettre de diminuer cette vitesse de sédimentation en agissant à la fois sur la masse volumique de la solution et sur sa viscosité. En effet, d’après la loi de Stokes : ŋ (14) Avec, vitesse de sédimentation (m/s) r rayon de particule (m) g accélération de la pesanteur (m/ )
  34. 34. 34 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique masse volumique (kg/ ) ŋ viscosité dynamique du fluide (Pa.s) D’après cette loi, pour diminuer la vitesse de sédimentation, on peut augmenter la viscosité de la phase continue, et diminuer l’écart entre la densité des particules et de la solution. Le glycérol va permettre d’ajuster ces deux paramètres. Sur la figure 21, on peut voir la différence de comportement des particules dans deux solutions à différentes concentrations en glycérol. Dans l’échantillon 3, on a mis une petite quantité de glycérol et on remarque que les particules ont sédimenté vers le fond du flacon. Par contre, pour l’échantillon 4, on a augmenté la quantité de glycérol et on observe que les particules restent réparties de manière homogène dans le milieu. 21.a : faible ajout de glycérol 21.b : plus grand ajout de glycérol Figure 21 : Visualisation de l’influence de l’ajout en glycérol sur la sédimentation des particules
  35. 35. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 35 2.1.6) Résultats expérimentaux Les prélèvements effectués aux différentes longueurs de réacteurs sont photographiés (figure 22). Les échantillons sont prélevés lorsque le régime est permanent. Figure 22 : Photo des échantillons aux différents points de prélèvement. Remarque : Pour l’échantillon 4, les particules se sont collées sur la paroi du tube. L’échantillon n’est donc pas représentatif de l’agglomération. On n’analysera donc pas les résultats obtenus sur cet échantillon. Les différents échantillons sont analysés au Mastersizer 2000. À noter que le traitement des résultats nécessite de faire l’hypothèse que les particules sont sphériques. Les résultats obtenus sont illustrés par les figures 23 à 29 qui représentent la distribution granulométrique de chaque échantillon et synthétisés dans le tableau 4 qui donne le diamètre moyen des particules pour chaque échantillon. 8 7 6 5 4 3 2 1 Figure 23 : Distribution de tailles de particules (1) - L = 1,257m
  36. 36. 36 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique Figure 24 : Distribution de tailles de particules (2) - L = 2,55m Figure 25 : Distribution de tailles de particules (3) - L = 3,825m Figure 26 : Distribution de tailles de particules (5) - L = 6,375m
  37. 37. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 37 Figure 27 : Distribution de tailles de particules (6) - L = 7,65m Figure 28 : Distribution de tailles de particules (7) - L = 8,925m Figure 29 : Distribution de tailles de particules (8) - L = 10,2m
  38. 38. 38 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique Echantillon 1 2 3 5 6 7 8 Longueur du tube (m) 1,257 2,55 3,825 6,375 7,65 8,925 10,2 Temps de séjours (s) 21 43 64 110 130 150 180 Taille moyenne des particules (µm) 60,3 120,2 134,2 138,0 208,9 275,4 316,2 Table 4 : Diamètre moyen de particules le long du réacteur. Avant d’analyser l’évolution de la répartition granulométrique le long du réacteur, il est nécessaire de faire une remarque : les diamètres au-dessus de 1000 µm sont caractéristiques de bulles d’air, et ne doivent pas être pris en compte dans le calcul du diamètre moyen. Figure 30 : Vérification de bulles d'air En effet, au cours d’une analyse, chaque échantillon circule trois fois dans la cellule de mesure. Le petit pic souvent présent au-dessus de 1000 µm diminue du premier au troisième passage, mais la forme des pics principaux entre (entre quelques microns et 900 µm sur l’exemple figure 30) ne change pas. Il n’y a donc pas transfert de grosses particules vers des particules plus 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 premier passage deuxième passage troisieme passage volume(%) taille des particules (𝞵m) Distributions de tailles de particules (6) - L = 7,65m pour trois passages
  39. 39. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 39 petites, mais élimination de bulles d’air au cours de la mesure. Ce phénomène est assez classiquement observé dans ce type de procédure. Abstraction faite de ce pic, les analyses font donc apparaître des répartitions de particules globalement monodisperses, avec une trainée au niveau des plus petits diamètres qui semblent augmenter au cours du temps. On a toujours une taille minimale autour de 3 microns, mais les tailles maximales de particules augmentent au cours du temps (de 300 m pour la plus faible longueur à 800 m pour la plus longue). La gamme importante de diamètres observée pour chaque longueur peut s’expliquer par l’inhomogénéité des cisaillements sur une même section de tube. Une répartition plus homogène des cisaillements nous permettrait d’obtenir des répartitions plus resserrées autour du diamètre moyen. Si l’on raisonne en diamètre moyen (tableau 4), on observe une augmentation du diamètre moyen le long du réacteur, caractéristique du phénomène d’agglomération des particules de latex. Pour le premier prélèvement (temps de séjour de 21 s) le diamètre moyen des particules est 64,8 µm, soit 1000 fois plus élevé que le diamètre initial de latex mesuré par M. Lachin (autour de 80 nanomètres). On observe bien sûr la croissance du diamètre moyen au cours du temps sur la figure 31 qui montre également que le temps de séjour n’est pas suffisant pour arriver à un diamètre stabilisé. Il serait nécessaire d’effectuer d’autres manipulations à des temps de séjour plus importants jusqu’à stabilisation du diamètre afin de déterminer une loi décrivant l’évolution du diamètre moyen des particules en fonction du temps de séjour. Figure 31 : Diamètre moyenne des particules en fonction du temps de séjours 0 50 100 150 200 250 300 350 0 50 100 150 200 Taillemoyennedesparticules(µm) Temps de séjours (s) Taille moyenne des particules en fonction du temps de séjours
  40. 40. 40 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique Enfin, les courbes pour les différents temps de séjours ont été tracées sur un seul graphe afin de visualiser l’évolution de la répartition granulométrique, et non plus seulement du diamètre moyen, au cours de l’agglomération. Figure 32 : Evolution de la répartition granulométrique 2.1.7) Conclusion Les résultats des analyses granulométriques montrent que l’ajout de coagulant, l’acide dans notre cas provoque une déstabilisation des particules, avec modification de la taille moyenne et des tailles maximales de latex au cours de l’agglomération. Le suivi de taille, quantifiable tout au long du réacteur, va permettre de remonter aux lois cinétiques d’agglomération. Le travail réalisé pendant mon stage a permis de valider le dispositif expérimental, qui va maintenant être utilisé afin d’évaluer l’influence de paramètres tels que le taux de cisaillement sur les cinétiques. 0 2 4 6 8 10 12 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 1 2 3 5 6 7 8 volume(%) taille des particules (𝞵m) Répartitions granulométriques le long du réacteur
  41. 41. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 41 CONCLUSION 1.Conclusions techniques Ce rapport présente les études et les résultats obtenus au cours du stage de dix semaines au sein du LCG. L’objectif de l’étude exposée est de mettre en place des méthodes de déstabilisation péricinétique grâce à suivre par Turbiscan et orthicinétique grâce à écoulement dans un milliréacteur afin de favoriser la coagulation. Dans la première partie, l’étude de la coagulation en Brownien ou coagulation péricinétique est étudiée l’influence de la concentration en acide du milieu, l’acide jouant ici le rôle du déstabilisant, a été analysée. La déstabilisation a été suivie grâce à l’utilisation du Turbiscan LAB. Les résultats obtenus en termes d’évolution de la transmission et de la rétrodiffusion en fonction du temps nous permettent de valider ce type d’analyse. Nous avons montré, de manière qualitative, que la concentration en acide a bien une influence sur la déstabilisation des particules, qui peut être suivie en analysant les signaux de transmission et de rétrodiffusion. La seconde partie porte sur l’étude de la coagulation orthocinétique qui est sensible au cisaillement induit par les conditions du fonctionnement de procédé. J’ai pu, au cours de mon stage, prendre en main le construit pour cette étude. Le cisaillement a été testé pour un diamètre du réacteur de 2mm et un débit fixé à 34 ml/min. Puis une analyse granulométrique a été effectuée sur des échantillons correspondant à des temps de séjour croissant dans le réacteur. Le phénomène d’agglomération ortocinétique a pu être observé, et l’évolution de la taille le long du réacteur a été traduite sous forme de courbe. Le temps de séjour maximum n’étant pas suffisant pour obtenir un diamètre stabilisé, nous n’avons pas souhaité fournir un modèle reliant taille et temps de séjour.
  42. 42. 42 BINTI MAZLAN Nurwazni| Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique 2.Conclusions générales En effectuant ce stage, j’ai élargi mes visions sur beaucoup de choses, d’un point de vue linguistique et également en ce qui concerne l’expérience personnelle. En effet, avec peu d’expérience professionnelle, ce stage m’a permis d’avoir une approche réelle du monde du travail. J’ai pu faire le rapprochement entre ce que j’avais appris en cours et ce qui se passe vraiment dans le laboratoire, ce qui m’a offert une expérience enrichissante dans le domaine du génie des procédés. Pendant le déroulement de mon stage, j’ai pu mettre en pratique mes connaissances théoriques acquises durant ma formation à l’IUT notamment en environnement, chimie et mécaniques des fluides. Je pense que cette expérience au LGC m’a offert une bonne préparation à ma poursuite d’études longues ainsi qu’à mon insertion professionnelle dans un avenir proche. Pendant le stage, j’ai suivi la formation Mastersizer 2000 car j’ai été spécifiquement formée pour utiliser cet appareil, ensuite j’ai pu voir d’autres appareils comme le Morphogranulomètre, le Turbiscan LAB, utilisé des turbidimètres de paillasse, des conductimètres, un réfractomètre et effectué des mesures de pH. J’ai donc pu renforcer mes connaissances et m’initier à nouvelles techniques de caractérisation expérimentale. Désirant m’orienter plus tard vers le secteur de la recherche, ce stage a parfaitement répondu à mes attentes, car j’ai pu découvrir le fonctionnement d’un centre de recherche. Enfin, je tiens à exprimer ma satisfaction d’avoir pu être intégrée au sein du LGC et de voir en quoi consiste le travail de chercheur.
  43. 43. Déstabilisation latex par coagulation péricinétique et orthocinétique | BINTI MAZLAN Nurwazni 43 BIBLIOGRAPHIE Documents papiers 1. LACHIN Kevin. Rapport Bibliographique MEGeP : La coagulation de latex. Thèse de doctorat, Laboratoire de Génie Chimique, Toulouse, Juin 2014. 2. BACCHIN P. Cours de physico-chimie des colloïdes et des interfaces. M2 recherche, Université Paul Sabatier, Toulouse, 2005. 3. LE BERRE F., CHAUVETEAU G., PEFFERKORN E. Perikinetic and Orthikinetic Aggregation og Hydrate Colloids. Institut Charles Sadron, Strasbourg, 12 Mars au 17 Novembre 1997, no CS975307, p1-11. 4. TIZIANA Missana, ANDRES Adell. On the Applicability of DLVO Theory to the Pediction of Clay Colloids Stability. CIEMAT, Madrid, 6 Mars au 30 Mai 2000, p150-156. 5. LACHIN Kevin. Manuel d’utilisation du pilote. Thèse de doctorat, Laboratoire de Génie Chimique, Toulouse, Mars 2015. Documents électroniques 1. WIKIPEDIA. [En ligne]. Loi de Stokes. Dernière mise à jour : 04-02-2015. [ref. du 03-06-2015]. Disponible sur le Web : http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Stokes 2. FORMULACTION. Turbiscan LAB. [En ligne]. Dernière mise à jour : 13-07-2013. [ref. du 03-06- 2015]. Disponible sur le Web : http://www.formulaction.com/public_download/TurbiScan%20Lab%20brochure.pdf 3. MALVERN. Mastersizer 2000 : integrated systems for particle sizing. [En ligne]. Dernière mise à jour : 01-02-2006. [ref. du 03-06-2015]. Disponible sur le Web : http://www.atomikateknik.com/pdf/Mastersizer2000.pdf

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