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Conférences invitéesQuelques spécificités liées aux milieux fibreux, des poreux pas tout à fait comme les autres… L. Orgéas, Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, 3SR Lab, 38000 Grenoble, France
Mots-clefs : Milieux fibreux, microstructures, propriétés de transferts, propriétés mécaniques Les milieux fibreux sont présents dans un nombre très varié de systèmes ou d'applications : câbles pour la manutention, textiles ou non-tissés pour l’habillement, la santé ou les matériaux composites, filtres, papiers, isolants phoniques ou thermiques, tissus vivants... Ils font partie de la famille des milieux poreux et des milieux discrets : ce sont des assemblages discrets de corps élancés généralement déformables, et dont les architectures sont complexes, ordonnés ou désordonnés, et le plus souvent anisotropes. Sur bien des aspects, leur microstructure et leurs propriétés physiques et mécaniques ont de fortes similitudes avec d’autres milieux poreux comme les mousses ou autres matériaux cellulaires, ou bien encore les milieux granulaires… Cependant, la géométrie élancée et déformable de leurs fibres et leurs architectures fibreuses et discrètes, leur confèrent également des spécificités microstructurales et des comportements macroscopiques atypiques. L’objectif de cette présentation est de montrer ces spécificités ainsi que les verrous que ces dernières présentent sur les plans expérimentaux, théoriques et numériques. Quelques exemples typiques sont utilisés pour illustrer ce propos.
E. Maire, Université de Lyon, CNRS, INSA de Lyon, Laboratoire MatéIS 69621 Villeurbanne
Mots-clefs : Tomographie aux rayons X, tomographie FIB/MEB, anodes, cathodes Les meilleures solutions actuelles du stockage électrochimique de l'énergie électrique sont les batteries au lithium. L'amélioration souhaitable des performances de ces dispositifs passe par une optimisation des matériaux constituant l'anode et la cathode. Ces matériaux à l'heure actuelle sont poreux et fragiles ce qui rend leur observation difficile par les méthodes standards de microscopie.
Solutions de l’équation de Young-Laplace et analyse de stabilité O. Millet, LaSIE-UMR CNRS 7356, La Rochelle University, Avenue Michel Crépeau, 17000 La Rochelle, France
Mots-clefs : Ponts capillaires, équation de Young-Laplace, analyse de stabilité Les ponts capillaires donnent lieu à des forces capillaires d’attraction entre les grains solides, assurant une cohésion du milieu granulaire partiellement saturé. La géométrie de ces interfaces capillaires correspond à une solution stable de l’équation de Young–Laplace (équation différentielle non linéaire du second ordre pour les ponts capillaires axisymétriques) qu’il est nécessaire de déterminer, ne connaissant en général pas la pression capillaire (second membre de l’équation de Young-Laplace). On présentera une méthode de résolution de l’équation de Young-Laplace, basée sur des techniques de type problème inverse, permettent de calculer rapidement et précisément toutes les propriétés d’un pont capillaire (paramétrisation de l’interface, volume du pont, force capillaire résultante…) lorsque la pression capillaire est une inconnue du problème, en fonction de données observables simples. Ces résultats seront confrontés à des validations expérimentales pour des doublets capillaires se créant entre deux sphères de rayons différents, ou entre une sphère et une plaque ou encore entre deux plans parallèles constitués de différents matériaux. Enfin, on proposera un critère de stabilité et discutera de la rupture des ponts capillaires.
Thermal Energy Storage for concentrated solar power plants Régis Olivès, PROMES-CNRS - Université de Perpignan Via Domitia, Perpignan France Keywords : Thermal energy storage, packed bed, heat and mass transfer, material Thermal Energy Storage (TES) is commonly acknowledged as a key component for Concentrating Solar Power plants in terms of process optimization, increased capacity factor, grid integration, reduction in fossil fuel backup and reduction in Green House Gas emissions. In these processes, the energy is stored as heat. In this way, it is possible to shift the production to satisfy electrical needs in the grid and particularly peak loads. Nevertheless, the TES component is used also to protect the power block and especially the involved turbine against the solar variations. Now, these energy storage systems are the second in term of installed power in the world, after the pumped hydroelectric storage, the most widely implemented large-scale energy storage, and before electrochemical storage. The aim is to present TES technologies in order to highlight major critical limitations and innovation opportunities. The mature two tanks molten salt storage technology will not fulfill all constrain of the expected energy transition and alternative storage materials and systems are highly needed. Innovative approaches based on thermocline type TES using different sorts of material (concrete, natural rocks, recycled ceramics...) seems to offer the interesting potential in the future. Thermocline is a packed porous bed that is heated during the charging cycle by a fluid flowing through it. Removal of the stored energy is done by reversing the flux direction. The implementation of these systems in a concentrated solar power plant implies the optimization of the packed bed. We propose to analyze the limitations that can be the ratcheting effect in the case of unstructured solid, the poor heat exchange coefficient between solid and fluid like air, the fluid/solid compatibility, the efficiency that can be evolves during cycles of charge and discharge, the availability of the material and the selection of new materials...
Simulation of thermal transport in nanoporous silicon with various geometries Konstantinos Termentzidis, CETHIL UMR 5008, CNRS, INSA Lyon, 9 Rue de la Physique, 69100 Villeurbanne - France
Mots-clefs : Conductivité thermique, nanoporeux, silicone, dynamique moléculaire, Monte-Carlo La conductivité thermique des matériaux nano-poreux ou des matériaux composites avec une matrice contenant des nanoinclusions ou des liquides est gravement altérée par rapport aux matériaux massifs. Les paramètres qui dominent le transfert de chaleur sont la fraction volumique des pores (porosité), les tailles de pores et la distance entre pores, la densité de surfaces et leur orientation par rapport au flux (pores sphériques ou cylindriques), mais aussi l’amorphisation autour des pores. La conductivité thermique d’une série de matériaux, calculée par des simulations atomistiques de type dynamique moléculaire et par la résolution de l’Équation de Transport de Boltzmann par méthode Monte Carlo, est présentée et comparée avec des résultats expérimentaux lorsque ceux-ci sont disponibles. Les exemples présentés sont des nanopores sphériques ou cylindriques (cristaux phononiques), périodiques ou non, avec une coquille amorphe ou non autour des pores; des nanoinclusions d’un matériau A dans une matrice B; et finalement des systèmes hybrides nanocomposites dont les nanopores sont entièrement ou partiellement remplis d’eau.
Capillary condensation induced stress in complex mesoporous materials R. J.-M. Pellenq, The MIT / CNRS / Aix-Marseille University Joint Laboratory "Multi-Scale Materials Science for Energy and Environment" <MSE>2, Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA, US
We propose a general and quantitative numerical framework to address the poro-mechanical effect arising from capillary stress using a lattice-gas Density Functional Theory. This is exemplified in the case of water confined to the complex pore network of a multi-scale nanogranular model of cement hydrates. We first demonstrate that this meso-scale modeling approach entirely parameterized from atomistic scale simulation results can predict the room temperature hysteretic water adsorption/desorption isotherm in a quantitative fashion. The precise location of water distribution in the pore void allowed us to calculate the capillary force acting on each cement hydrate nanograin. Combined with grain-grain colloidal interactions, we found that capillary stress is an effective mechanism for stress relaxation in granular/colloidal materials hence improving cement paste durability. In particular, our predicted drying shrinkage strain versus relative humidity results quantitatively agree with recent experiments on Ordinary Portland Cement.
Ecoulements et transferts dans la microcirculation sanguine cérébrale Sylvie Lorthois, IMFT, UMR CNRS 5502, Allée du Professeur Camille Soula, Toulouse, France
© Vincent Moncorgé. Photothèque CNRS/association Femmes & Sciences. Après une introduction montrant le rôle central de la microcirculation cérébrale dans le fonctionnement, et certains dysfonctionnements, du cerveau, je présenterai l’architecture du réseau microvasculaire cérébral, et montrerai qu’il est la superposition de deux types de structures : une structure capillaire maillée, homogène au-dessus d’une longueur de coupure correspondant à la longueur caractéristique des vaisseaux capillaires (~50 µm), et des structures arborescentes fractales, composées des artères et des veines.
Contribution of X-tomography to the understanding of transport properties in porous media Jerome Vicente, IUSTI, UMR CNRS 7343, IUSTI, Aix Marseille université, 5 rue Enrico Fermi 13013 Marseille
Through this presentation I will share the experience I gained in the development of 3D image characterization tools for the understanding of transport phenomena in porous media. I will explain the different stages of image processing as well as the methods used to segment the geometric structures relevant for the thermo-physical properties targeted. Originally dedicated to the morphological and structural analysis of cellular porous media, the iMorph open source project has been able to evolve through different collaborations and in very varied fields involving a variety of topologies of materials
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