Etude de la formation d'aérosols produits par séchage de gouttelettes multi-composants

Study of the formation of aerosols produced by the drying of multi-component droplets

• Auteur / Autrice : Alisher Battalov
• Direction : Kevin Roger
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 03/11/2025
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (EPE ; 2025-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGC - Laboratoire de Génie Chimique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : GIMD - Génie des Interfaces et des Milieux Divisés
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)

Mots clés

Mots clés libres

Séchage de gouttelettes

Aérosols multi-composants

Diffusion mutuelle

Film interfacial

Droplet drying

Multicomponent aerosols

Mutual diffusion

Interfacial film

Résumé

Cette thèse étudie comment des gouttelettes multi-composants sèchent et forment des particules d'aérosol, en reliant composition, dynamique interne et morphologie finale. On mesure des vitesses d'évaporation de gouttelettes individuelles pour extraire un coefficient de diffusion effectif, et on analyse la formation éventuelle d'une peau de surface qui peut freiner l'évaporation, changer la tension superficielle et orienter la taille des résidus. Les conditions externes - température et humidité relative - sont variées pour établir des cartes de régimes reliant formulation et environnement à la persistance et au dépôt des particules. Deux cas d'étude illustrent l'approche: brouillards d'huiles de coupe et gouttes acides ou salines à haute contrainte thermique. Pour l'INRS, ces résultats sont cruciaux afin d'évaluer l'exposition aux brouillards d'usinage - temps de suspension, cinétique de dépôt, efficacité des captages - et de guider des actions de prévention et de choix de formulations moins éméttrices. Pour l'ASNR, l'intérêt porte sur des aérosols potentiellement générés lors d'étapes chaudes et corrosives de procédés de retraitement - caractériser la taille, la persistance et le devenir de particules toxiques améliore le dimensionnement du confinement, de la ventilation et des filtres. Le LGC apporte l'instrumentation et l'expertise en physicochimie des interfaces pour quantifier diffusion, volatilité et structure interfaciale, et pour calibrer des modèles prédictifs simples utilisables par les deux partenaires. In fine, le travail fournit des paramètres identifiés et des règles pratiques pour anticiper la persistance et le dépôt d'aérosols dans des environnements réels, et pour améliorer prévention, sûreté et contrôle des émissions.

This thesis investigates how multicomponent droplets dry and form aerosol particles, linking composition, internal dynamics, and final morphology. We measure evaporation rates of single droplets to extract an effective diffusion coefficient, and analyze possible formation of a surface “skin” that can slow evaporation, alter surface tension, and steer residue size. External conditions - temperature and relative humidity - are varied to build regime maps that connect formulation and environment to particle persistence and deposition. Two case studies illustrate the approach: machining mist from cutting fluids and acidic or saline droplets under high thermal stress. For INRS, these results are crucial to assess exposure to machining mists - suspension time, deposition kinetics, capture efficiency - and to guide prevention measures and the choice of less emissive formulations. For ASNR, the focus is on aerosols potentially generated during hot, corrosive steps in reprocessing operations - characterizing particle size, persistence, and fate improves the sizing of containment, ventilation, and filtration. LGC provides instrumentation and expertise in interfacial physicochemistry to quantify diffusion, volatility, and interfacial structure, and to calibrate simple predictive models usable by both partners. In short, the work delivers identified parameters and practical rules to anticipate aerosol persistence and deposition in real environments, and to improve prevention, safety, and emission control.