Rhéophysique des suspensions de sels de vanadium

par Elie N'Gouamba

Projet de thèse en Mécanique des fluides

Sous la direction de Philippe Coussot et de Julie Goyon trohay.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec NAVIER (laboratoire) et de Rhéophysique (Rhéophysique et milieux granulaires) (equipe de recherche) depuis le 01-11-2017 .


  • Résumé

    Rhéophysique des suspensions de Vanadium Cette thèse, menée par le Laboratoire Navier, s'inscrit dans le cadre du projet ANR V-S-L, qui a été retenu cette année par ANR. Ce projet implique plusieurs partenaires, dont l'université de Toulouse qui en est le coordinateur. L'objectif de ce projet est le développement d'une nouvelle technologie de batteries REDOX, basées sur l'utilisation de suspensions concentrées de sel de vanadium circulant dans un circuit permettant les échanges et réactions chimiques, qui permettront un stockage d'énergie plus efficace et durable. L'originalité de la technologie proposée est l'utilisation d'une suspension concentrée pour effectuer les échanges, alors que d'habitude les solutions sont diluées. De ce fait se pose le problème des particularités de l'écoulement et des échanges de cette suspension concentrée, qui font justement l'objet de cette thèse. La thèse concernera plus particulièrement le comportement rhéologique en écoulement de ces suspensions concentrées. Ces matériaux sont constitués de différents types d'éléments en suspension dans un liquide : molécules, colloïdes, cristaux. Il s'agira de comprendre l'impact de chaque composant sur le comportement de l'ensemble du système. On sait par exemple qu'une forte concentration de colloïdes donne un matériau pâteux, fortement non-newtonien, et que les cristaux, tant qu'ils sont simplement dispersés dans une telle pâte, induisent seulement une lente augmentation du seuil de contrainte du système. En revanche, lorsque la concentration en cristaux est élevée au point que ceux-ci peuvent entrer en contact on peut avoir affaire à une pâte granulaire, dont le comportement est plus complexe à définir. Le travail consistera à réaliser des expériences de rhéométrie classique en variant la composition des mélanges. On se concentrera notamment sur la transition solide-liquide pour ces systèmes. Pour cela on pourra aussi s'appuyer sur l'utilisation de la rhéométrie par IRM (Imagerie par Résonance Magnétique), disponible au laboratoire Navier. D'éventuels effets de migration pourront aussi être étudiés par Microtomographie X, également disponible au laboratoire. La seconde partie de la thèse se consacrera à des écoulements de ces pâtes dans un circuit modèle. Il s'agira d'étudier les caractéristiques de base de l'écoulement du matériau supposé homogène, puis d'étudier les éventuels effets perturbateurs, notamment les effets de migration et accumulation de particules dans les zones où l'intensité de l'écoulement est la plus faible. Pour cela on utilisera des matériaux modèles, définis à partir des résultats de la première partie du travail, et on étudiera, essentiellement expérimentalement, l'impact des caractéristiques de la géométrie du circuit sur les propriétés de l'écoulement.

  • Titre traduit

    Rheophysics of vanadium salt suspension


  • Résumé

    Rheophysics of Vanadium Suspensions This thesis, conducted by Laboratoire Navier, is part of the ANR V-S-L project, which was chosen this year by ANR. This project involves several partners, including the University of Toulouse, which is its coordinator. The objective of this project is the development of a new REDOX battery technology, based on the use of concentrated vanadium salt suspensions circulating in a circuit allowing chemical exchanges and reactions, which will allow a more efficient energy storage and sustainable. The originality of the proposed technology is the use of a concentrated suspension to effect exchanges, while usually the solutions are diluted. This raises the problem of the particularities of the flow and of the exchanges of this concentrated suspension, which are precisely the subject of this thesis. The thesis will concern more particularly the rheological behavior in flow of these concentrated suspensions. These materials are made up of different types of elements suspended in a liquid: molecules, colloids, crystals. The aim is to understand the impact of each component on the behavior of the entire system. It is known, for example, that a high concentration of colloids gives a paste material that is strongly non-Newtonian and that the crystals, as long as they are simply dispersed in such a paste, only induce a slow increase in the stress threshold of the system. On the other hand, when the concentration of crystals is so high that they can come into contact, a granular paste may be involved, the behavior of which is more complex to define. The work will consist in carrying out experiments of classical rheometry by varying the composition of the mixtures. The focus will be on the solid-liquid transition for these systems. For this, we can also rely on the use of rheometry by MRI (magnetic resonance imaging), available at the Navier laboratory. Possible migration effects can also be studied by Microtomography X, also available in the laboratory. The second part of the thesis will be devoted to the flow of these pastes in a model circuit. It will be necessary to study the basic characteristics of the flow of the supposed homogeneous material and then to study the possible disturbing effects, in particular the effects of migration and accumulation of particles in the zones where the flow intensity is the weakest. For this purpose, model materials, defined from the results of the first part of the work, will be used and the impact of the characteristics of the circuit geometry on the properties of the flow will be studied, essentially experimentally.