1. Pourquoi la poussière dans l’air s’agglutine-t-elle toujours ?
Lorsque le soleil brille à travers la fenêtre, pourquoi la poussière en suspension dans l'air semble-t-elle toujours voler en amas ? Une fois mouillée, la farine a tendance à s'agglomérer, ce qui la rend difficile à disperser, même en la remuant. Par temps brumeux, pourquoi la pollution atmosphérique semble-t-elle s'épaissir pendant la nuit ? Derrière ces phénomènes se cache une caractéristique des particules : elles ont tendance à s'agglutiner, un peu comme les gens se rassemblent pour se réchauffer sous le vent froid. Ce processus est appelé agglomération de particules.
2. Pourquoi les particules s’agglomèrent-elles ?
Il y a trois raisons principales pour lesquelles les particules s'agglomèrent :
2.1 Force de Van der Waals :
La force de Van der Waals peut être considérée comme une sorte d'attraction silencieuse. Même lorsque les particules ne sont pas chargées, elles forment de brefs petits pôles magnétiques grâce au mouvement instantané des électrons à l'intérieur des molécules, qui les attirent les unes vers les autres.
En fait, la force de Van der Waals est une force intermoléculaire.
Tout comme lorsque deux feuilles de papier se rapprochent et sont attirées par l'électricité statique, même sans charge ni magnétisme apparents. De même, lorsque vous vous approchez d'un écran de télévision, vos cheveux se soulèvent sous l'effet de la faible force moléculaire à l'œuvre.
Pour les particules d’un diamètre inférieur à 10 microns, la force de van der Waals l’emporte souvent sur la gravité, c’est pourquoi les particules fines telles que PM2,5 et PM1,0 ont tendance à se coller les unes aux autres et sont difficiles à éliminer.
2.2 Force du pont liquide :
Lorsqu'il y a de l'humidité dans l'air, la surface des particules absorbe facilement la vapeur d'eau, formant un pont liquide, un peu comme une goutte d'eau reliant deux petites boules.
Par exemple : deux grains de sable secs ne collent pas, mais légèrement humides, ils peuvent s'agglutiner sous l'effet de l'eau. Le sable sec ne peut pas construire un château, mais le sable humide peut construire une colline ; c'est le principe en action.
Scénarios typiques : les assaisonnements de cuisine s'agglutinent en raison de l'humidité, la lessive en poudre s'agglutine en raison de l'absorption d'humidité et la poussière est réduite sur les routes pluvieuses.
2.3 Collision et agglomération :
Lorsque les particules se déplacent dans l'air ou l'eau, de nombreux mouvements relatifs et collisions se produisent. Si les conditions sont réunies (par exemple, si la vitesse n'est pas trop élevée et que la surface présente une adsorption ou un film liquide), les particules peuvent se coller les unes aux autres après la collision, formant ainsi des particules plus grosses.
Imaginez un groupe de personnes assises dans un bus secoué. Si le nombre de passagers est trop élevé et que le bus vibre trop, les passagers entrent souvent en collision et se serrent les uns contre les autres pour rester debout. Cette adhérence involontaire est similaire à la collision et à l'agglomération de particules.
La vitesse de ce type d'agglomération dépend de la concentration en particules, de la vitesse du champ d'écoulement et de l'intensité de la turbulence. Plus l'écoulement est violent et plus le nombre de particules est élevé, plus la probabilité de collision est élevée.
3. Comment étudier l’agglomération de particules en simulation ?
En ingénierie, nous utilisons souvent la dynamique des fluides numérique (CFD) et les modèles d’équilibre de population (PBM) pour simuler le processus d’agglomération des particules.
PBM ne simule pas la trajectoire de chaque particule, mais décrit plutôt l'évolution d'un « ensemble de particules » dans l'espace granulométrique :
Comment le nombre de particules diminue-t-il au fil du temps (parce que davantage de particules fusionnent en particules plus grosses) ?
Comment la taille moyenne des particules augmente-t-elle ?
Comment la distribution granulométrique (PSD) change de forme : d'un pic unique et net
→ s'élargissant progressivement ou formant des doubles pics？
4. Quelles industries sont touchées par l’agglomération de particules ?
4.1 L'agglomération est courante dans la nature
Formation des dunes de sable : Les particules de sable adhèrent les unes aux autres et s'accumulent lors du transport par le vent. Structure des agrégats du sol : L'argile et la matière organique se combinent pour retenir l'eau et les engrais. Agrégation cellulaire : Les forces intermoléculaires dans les organismes favorisent la formation des tissus.
4.2 Applications industrielles
L’agglomération peut être à la fois une bénédiction et une malédiction dans les applications industrielles.
| Scénario | Impact | L'agglomération est-elle nécessaire ? |
| Purification de l'air | La taille des particules augmente → Plus facile à filtrer | ✔ Oui |
| Contrôle de la brume | L'agglomération facilite l'installation → Amélioration de la qualité de l'air | ✔ Oui |
| Formulations pharmaceutiques | Taille des particules inégale → Dosage instable | ✕ Non |
| Séchage par atomisation | La réunion provoque un colmatage et un agglomérat des buses | ✕ Non |
| Réacteur chimique | Surface de réaction réduite et faible transfert de chaleur | ✕ Non |
4.3 Technologie anti-agglomération
Après avoir compris les mécanismes à l’origine de l’agglomération, les ingénieurs ont développé diverses solutions pour la prévenir.
| Technologie anti-agglomérante | Mécanisme | Scénarios d'application |
| Revêtement de surface | Forme une couche isolante avec de la silice | Lait en poudre, café instantané |
| Séchage en lit fluidisé | L'air chaud crée une suspension de particules | Granulation pharmaceutique |
| Agents antistatiques | Réduit la résistance de surface | Traitement des particules de plastique |
| Vibration ultrasonique | Détruit les structures de pont liquide | Équipement de criblage de poudre |
Par conséquent, la capacité à simuler et à prédire avec précision le comportement d’agglomération des particules est une technologie clé pour le contrôle des processus industriels.
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