Changements de phase de solutions salées induits par des cycles d'humidité en milieux nanoporeux : évaporation, condensation, cristallisation et déliquescence

Phase changes of salt solutions induced by humidity cycles in nanoporous media : evaporation, condensation, crystallization, and deliquescence

• Auteur / Autrice : Hugo Bellezza
• Direction : Jean Colombani, Olivier Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 09/11/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Laurent Joly
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Colombani, Olivier Vincent, Noushine Shahidzadeh, Denis Morineau, Elisabeth Charlaix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Noushine Shahidzadeh, Denis Morineau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solutions (chimie)

Température atmosphérique

Écoulement en milieux poreux

Transitions de phases

Mots clés libres

Evaporation

Condensation

Déliquescence

Cristallisation

Sursaturation

Milieux nanoporeux

Imbibition

Evaporation

Condensation

Deliquescence

Crystallization

Supersaturation

Nanoporous media

Imbibition

Résumé

Le but de ce projet s'inscrit dans l'étude des changements de phase des solutions salées dans des milieux nanoporeux. Dans de tels milieux, le comportement des solutions est différent lorsque celles-ci sont soumises à des cycles d'humidité. Un premier chapitre est consacré à des rappels théoriques ainsi qu'à un état de l'art sur le transport, les équilibres thermodynamiques et les changements d'état d'une solution salée dans un milieu nanoporeux. Le deuxième chapitre montre les développements expérimentaux que nous avons effectués pour sonder au mieux le comportement d'une solution salée lorsqu'elle s'évapore, cristallise, condense et se dissous dans le milieu. Dans le chapitre suivant, je présente les principaux résultats qui montrent d'abord comment nous avons pu identifier l'état de la solution, la cristallisation et la déliquescence, à travers l'analyse d'une isotherme. Nous avons ensuite étudié l'effet des cycles d'humidité, de la concentration de sel initialement introduite dans le milieu, ainsi que l'effet de la taille des pores sur la sursaturation et sur l'humidité à laquelle se produisent les changements de phase. Dans le quatrième chapitre, nous avons pu observer la cristallisation et la déliquescence par un autre moyen : la diffraction X. Nous avons également obtenu des résultats préliminaires sur la cristallographie confinée du sel. Dans un dernier chapitre, nous avons étudié le transport d'une goutte d'eau dans un milieu nanoporeux, plus précisément l'imbibition. Nous avons cherché à comprendre comment la dynamique d'imbibition peut être impactée dans un milieu où des pores peuvent être partiellement remplis selon l'humidité.

The aim of this project is to study the phase changes of salt solutions within nanoporous media. In such environments, the behavior of solutions differ when subjected to humidity cycles. The first chapter is dedicated to theoretical background and a state-of-the-art review on the transport, thermodynamic equilibria, and phase changes of a salt solution within a nanoporous medium. The second chapter presents the experimental developments we have carried out to better understand the behavior of a salt solution as it evaporates, crystallizes, condenses, and dissolves within the medium. In the following chapter, I present the main results that first demonstrate how we were able to identify the state of the solution, crystallization, and deliquescence through the analysis of an isotherm. We then studied the effect of humidity cycles, the initial salt concentration introduced into the medium, as well as the effect of pore size on supersaturation and the humidity at which phase changes occur. In the fourth chapter, we observed crystallization and deliquescence using another method: X-ray diffraction. We also obtained preliminary results on the confined crystallography of salt. In the final chapter, we studied the transport of a water droplet within a nanoporous medium, specifically imbibition. We investigated how imbibition dynamics are influenced in such an environment where pores can be partially filled depending on humidity.