Mélange d’un constituant peu diffusif dans un nuage homogène de bulles

Abstract

Les écoulements à bulles sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles. Dans les opérations de transformation de la matière en colonne à bulles, pour réaliser des réactions chimiques il est souvent important d’assurer un mélange efficace des constituants dissous en phase liquide. En présence de couplages inverses forts, l'agitation au sein de tels écoulements est complexe à analyser et les mécanismes qui régissent le mélange ont été peu étudiés. Ce séminaire se propose de présenter des résultats récents concernant le problème générique du mélange d’un traceur peu diffusif par l’agitation induite au sein d'un nuage de bulles en ascension dans un liquide au repos à grand nombre de Reynolds particulaire. Nous montrerons que, tout comme l’agitation induite qui résulte d’interactions entre les sillages des bulles, le mélange gagne à être analysé en considérant que le mouvement fluctuant au sein du liquide est une combinaison de deux types d'agitation : (a) une agitation du liquide liée aux perturbations des sillages moyens qui est contrôlée par le positionnement aléatoire des bulles et (b) une agitation turbulente issue de l'instabilité de Navier-Stokes. Les propriétés du mélange ont été étudiées dans notre équipe sur plusieurs dispositifs expérimentaux définis pour contraster les mécanismes mis en jeu et favoriser leur analyse : (i) nuages de bulles réels non confinés, (ii) nuage de bulles en cellule de Hele-Shaw et (iii) écoulement traversant un réseau aléatoire de sphères fixes. Des résultats génériques commencent à émerger de ces études et permettent une meilleure compréhension du mélange engendré.