Séchage d'un milieu déformable non saturé : modélisation du couplage hygromécanique

Dryind of a shrinking unsaturated porous medium : modelling of the hydro mechanical coupling

• Auteur / Autrice : Saber Chemkhi
• Direction : Jean-Rodolphe Puiggali
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques et de l'ingénieur. Mécanique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Bordeaux 1 en cotutelle avec École nationale d'Ingénieurs de Monastir (Tunisie)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Argile

Rhéologie

Séchage

Roches, Mécanique des

Matériaux poreux

Résumé

Le thème de cette étude est la modélisation du séchage d’un milieu poreux, déformable, partiellement saturé (solide, liquide et gaz). Cette modélisation tient compte de la nature du produit ainsi que des conditions initiales et de sa forme. En fait, au cours de leur séchage, les milieux poreux déformables subissent des contraintes liées au retrait volumique. L’objectif est de prévoir ces contraintes afin de contrôler la déformation du produit. La modélisation du séchage a été assurée tant pour les milieux saturés que pour les milieux non saturés. La problématique se pose au niveau de la transition entre milieu saturé et milieu non saturé où il n'existe pas actuellement de modélisation physique continue. Dans ce travail, on propose un modèle, décrivant les transferts de chaleur, de masse et de quantité de mouvement, appliqué au séchage d’un milieu non saturé et déformable. Le gradient de pression est le terme moteur du transport de l’eau dans le milieu au travers de la loi de Darcy. La particularité du modèle est qu’il tient compte du fort couplage entre transport d’eau et comportement rhéologique du matériau en utilisant la notion de contrainte effective. Les variables de couplage sont la vitesse de déformation du solide et la pression intrinsèque de la phase liquide. Le modèle est validé pour une argile à différentes conditions de séchage convectif. Les simulations montrent la faisabilité du modèle décrivant le séchage d’un milieu partiellement saturé et l’étude de sensibilité met en évidence la forte influence de la perméabilité du matériau et de la pression capillaire d’une part, et des propriétés rhéologiques d’autre part.

This study deals with drying modelling of a partially saturated deformable porous media (solid, liquid and gas). This modelling takes into account the nature of the product as well as its initial conditions and its geometry. In fact, during their drying, the deformable porous media undergo stresses due to the volume shrinkage. The objectives of the model are to foresee the mechanical stresses in order to control the deformations of the product. The modelling of drying has been worked out for saturated media as well as for unsaturated media. The problematic deals with the level of the transition between saturated and unsaturated medium where a continuous physical modelling doesn't exist currently. In this work, a model is proposed witch describes the heat, mass and momentum transfers applied to the drying of an unsaturated and deformable medium. The pressure gradient is the main driving force for the water migration through the Darcy law. The particularity of the model is that it takes into account the strong coupling between mass transport and rheological behaviour of the material while using the notion of efficient stress. The variables of coupling are the solid deformation velocity and the liquid phase pressure. The model is validated for three different clays in various convective drying conditions. The simulations show the feasibility of the model to describe the drying of a partially saturated media and the sensitivity study put into evidence the strong influence of the permeability of the material and the capillary pressure on one hand, and of the mechanical properties on the other hand.