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Influence d’un champ magnétique sur la séparabilité d’un mélange de molécules paramagnétiques et diamagnétiques

Authors
  • Plays, Thibault
Publication Date
Sep 22, 2020
Source
HAL
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

L’objectif de ma thèse est de déterminer l’impact que pourrait avoir un champ magnétique sur un procédé de séparation d’un mélange constitué de molécules paramagnétiques et diamagnétiques. Plus précisément, le système étudié est l’air. Les molécules d’oxygène, azote et argon ont des propriétés physico-chimiques très similaires, rendant leur séparation très couteuse en énergie et en investissement. Cependant, les propriétés magnétiques des trois molécules diffèrent : l’oxygène est paramagnétique tandis que l’azote et l’argon sont diamagnétiques. Le paramagnétisme de l’oxygène a plusieurs conséquences sur son comportement, élévation de l’énergie interne en présence d’un champ magnétique, et force attractive vers les zones de fort champ magnétique. L’objectif était donc d’explorer différentes façons d’appliquer un champ magnétique sur notre système dans l’espoir que ces comportements aient un impact sur la séparabilité. La littérature nous a permis de dégager trois axes principaux d’étude. Le premier axe est l’étude thermodynamique d’un équilibre liquide vapeur en présence d’un champ magnétique. Le deuxième concerne l’impact du champ magnétique sur des écoulements gazeux d’air. Et enfin, le dernier se rapporte aux membranes magnétiques constituées d’une membrane dopée avec des particules magnétiques. Ces trois axes ont alors été étudiés. Une base théorique et de nombreuses expériences ont été menées afin d’observer un quelconque phénomène. La stratégie consistait à multiplier les approches avec une multitude de prototypes afin de repérer la solution la plus prometteuse pour un procédé de séparation. Concernant les membranes magnétiques, nous n’avions ni le savoir-faire pour les réaliser ni le temps pour nous en procurer. En revanche, nous nous sommes inspirés de ces expériences pour évaluer le potentiel de nanoparticules magnétiques dans un procédé de séparation. L’interaction entre les nanoparticules et l’oxygène a été évaluée, ainsi qu’une campagne de solubilité de l’oxygène dans un ferrofluide (solvant contenant des nanoparticules magnétiques). Ila été démontré que l’impact d’un champ magnétique sur un équilibre thermodynamique n’était pas suffisamment significatif pour l’employer dans un procédé de séparation. La piste d’un procédé cinétique est plus prometteuse. Les expériences avec écoulement semblent être impactées par un champ magnétique, mais cet impact reste très modéré. Ce travail a exposé toute la complexité pour modéliser les phénomènes et trouver les géométries et conditions requises pour obtenir des résultats intéressants dans le cas de procédés avec écoulement. En revanche, la piste des nanoparticules est très prometteuse. Même si mes études n’ont montré aucun impact du champ magnétique sur la solubilité dans un ferrofluide ou l’interaction directe entre les nanoparticules et l’oxygène, la littérature fait état de résultats significatifs en employant des systèmes membranaires.

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