Apport des méthodes de la mécanique des fluides à l'étude des contacteurs gaz/liquide : expérience et simulation numérique

Ce travail est consacre a l'etude experimentale, la modelisation et la simulation numerique d'une colonne a bulles et d'un reacteur a gazosiphon a recirculation externe. Il comporte trois parties. Dans un premier temps, nous avons mis au point la metrologie necessaire a la mesure de parametres hydrodynamiques globaux et locaux dans les ecoulements a bulles. Dans cette partie, des methodes de traitement des fluctuations du signal de pression en paroi ont ete developpees pour l'identification du regime d'ecoulement, et trois techniques de mesures ont ete adaptees aux ecoulements a bulles pour mesurer la vitesse locale de la phase continue : le tube de «Pavlov», une methode electrochimique et la velocimetrie laser Doppler. Ces methodes ont complete les techniques deja disponibles pour etudier la dynamique de la phase gaz : sondes optiques locales et sonde Doppler a reflexion d'ultrasons. Cet ensemble de methodes de mesure nous a ensuite permis de caracteriser l'hydrodynamique des deux reacteurs. Les transitions de regime ont ete determinees. Les parametres mesures, aussi bien a l'echelle locale qu'a l'echelle du reacteur, sont: le taux de vide, la vitesse, la taille et la morphologie des bulles, ainsi que la vitesse du liquide et ses fluctuations locales. La contrainte tangentielle de frottement, qui ne pouvait etre mesuree, a ete estimee a partir d'un modele simple. Finalement, l'evolution de tous ces parametres a ete analysee en fonction du debit de gaz, de son mode de distribution et du regime d'ecoulement. Enfin, l'ensemble des donnees experimentales obtenues aux echelles locales et globales sur les deux reacteurs a ete compare aux resultats fournis par un logiciel commercial de CFD. Differentes formulations de la trainee, des forces additionnelles et de la turbulence ont ete utilisees pour obtenir le meilleur accord possible entre calculs et experiences. La capacite de ce code commercial a predire correctement l'ecoulement ainsi que ses limitations actuelles ont ete etudiees.