Modélisation et simulation des interactions électrostatiques dans les dispersions colloïdales

Modelisation and simulation of electrostatic intercations in colloïdal dispersions

• Auteur / Autrice : Joseph Sambasene Diatta
• Direction : Yannick Hallez, Martine Meireles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrostatique

Suspensions (chimie)

Colloïdes

Mots clés libres

Simulation numérique

Interactions e��lectrostatiques

Colloïdes

Pression osmotique

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans un contexte de recherche en ingénierie pour les systèmes colloïdaux concentrés. La prédiction de l'équation d'état de dispersions colloïdales, c'est à dire l'évolution de la pression osmotique en fonction de la fraction volumique, est l'objectif principal de ce travail. L'approche envisagée est une approche numérique, avec des paramètres d'entrée mesurables expérimentalement donc sans ajustement comme cela se remarque assez souvent dans la littérature. Les modèles proposés doivent être simples, robustes et précis. Le résultat le plus marquant de ces travaux concerne la détermination du domaine de validité du "Modèle des Cellules" largement utilisé pour les suspensions concentrées. Ceci a été rendu possible grâce à la mise en place de simulations de dynamique Brownienne couplées à la résolution du problème électrostatique complet, une approche développée récemment au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse. D'autres problématiques ont été abordées, telles que la détermination d'un critère de validité de l'hypothèse de linéarisation de l'équation de Poisson-Boltzmann, l'écriture d'un modèle de rayon équivalent pertinent pour les suspensions poly-disperses, ou encore les différentes définitions de la charge colloïdale et les techniques de mesure associées.

This thesis is carried out in the context of Engineering Research for concentrated colloidal systems. The prediction of the equation of state of colloidal dispersions, namely the relationship between the osmotic pressure and the volume fraction, is the main objective of this work. A numerical approach is used with experimental parameters without adjustment. Most previous studies have been made with adjustment of experimental parameters. This absence of adjustment is not often present in the literature. The models developped in this thesis are simple, robust and accurate. The most important result of this work concerns the determination of the validity domain of the "Cell Model" which is widely used in the prediction of the state equation of concentrated suspensions. This was possible thanks to brownian dynamics simulations coupled with the resolution of the electrostatic problem, a recent approach developed at the Laboratory of Chemical Engineering of Toulouse. Other issues have been addressed, such as determining a validity criterion of the assumption for the linearization of Poisson-Boltzmann Equation, writing a model of an equivalent radius relevant for poly-dispersed suspensions, and the different definitions of the colloidal charge and associated measurement techniques.