Évolution de la température et de la teneur en eau dans le modèle 2

Les Figure VII-7 et Figure VII-8 montrent respectivement la température simulée et la

distribution de la teneur en eau spécifique de la boue B pendant le séchage à l'échelle de la

maquette du laboratoire, en considérant le modèle 2. Elles montrent également les déplacements

radiaux et axiaux des limites géométriques simulés par le modèle numérique décrivant le retrait

de l'échantillon.

Au début, la température est égale à 20 °C et est uniforme la géométrie de la boue. Une

température extérieure de 62 °C est imposée sur les parois métalliques de la cuve. Elle pénètre

dans le mélange gazeux à l'intérieur de la cuve ainsi que dans la boue, dès le début du séchage

(Figure VII-7a). Pendant les deux premiers jours (Figure VII-7b), la température augmente

rapidement pour atteindre entre 60 °C au cœur de la boue et la partie supérieure de la cuve, près

de l'axe du cylindre, et 62 °C dans les périphéries latérales et au fond de la cuve. Les deux

premiers jours correspondent à la période de chauffage de la boue. Une telle répartition est

métalliques et au fond) et de l'évaporation de l'eau libre à la surface supérieure de la boue.

L'évaporation de l'eau consomme de l'énergie [19] et impose une valeur de température, à l’interface gaz/solide, légèrement inférieure à la température extérieure chaude (62 °C).

Au-delà de deux jours, la température de la boue augmente lentement avec le temps pour atteindre

la température imposée à la paroi (62 °C) à la fin du processus de séchage après 84 jours (Figure

VII-7c). Les évolutions de la température numérique et expérimentale sont concordantes

comme cela a déjà été démontré dans la Figure VI-9.

Figure VII-7 : Simulation (modèle 2) de l'évolution de la température au cours du séchage de la boue B à l’échelle de la maquette, à 200 mbar, 62 °C et HR = 53 % à (a) t = 0 j; (b) t = 2 j et

(c) t = 84 j.

Pour la teneur en eau spécifique, une valeur initiale de 1 est prise pour toute la géométrie

de la boue (Figure VII-8a). Après cinq jours de séchage, la teneur en eau spécifique est réduite

à 0,46 à la surface supérieure et à 0,79 dans le volume restant de la boue, ce qui crée une couche

de faible teneur en eau spécifique à l’interface (Figure VII-8b). Le gradient de teneur en eau

spécifique est important entre la couche supérieure et le reste du volume de la boue (variation

de 33 % de la teneur en eau spécifique). Il est dû au flux d'évaporation initié au départ

uniquement à l’interface supérieure. Le rapport V/V0 du volume de boue est de 91 % après cinq

jours, accompagné seulement d'un retrait axial.

À mesure que le séchage progresse, la teneur en eau spécifique diminue

progressivement et la boue se rétracte, uniquement dans le sens axial, jusqu'à 45 jours de

séchage. Cette période correspond à la partie 1 de la courbe de vitesse de séchage (Figure

VII-9), période durant laquelle la vitesse de séchage et la teneur en eau diminuent

(c) (b)

simultanément (cf. chapitre II - Figure II-6). Après 45 jours, le rayon de la boue commence à

diminuer, créant une nouvelle surface d'échange latérale entre la boue et le milieu environnant.

En conséquence, un nouveau flux d'évaporation est initié sur le côté latéral, créant des zones

concentriques plus ou moins sèches (Figure VII-8c et d). Ainsi, le front d'évaporation, qui

sépare les zones sèches et humides de la boue, se déplace à partir de la position horizontale pour

obtenir une forme d'arc. Un gradient significatif de la teneur en eau spécifique existe toujours

entre la zone sèche concentrique externe et la zone centrale humide (variation de 27 % de la

teneur en eau spécifique). La réduction de la teneur en eau s'accompagne d'un retrait du volume,

de sorte que le rapport V/V0 du volume de la boue est égal à 51 % pour une teneur en eau

spécifique moyenne X/X0 = 0,47 après 45 jours (Figure VII-8c). La création de la nouvelle

surface d'échange entraîne une modification de la pente de la courbe de la vitesse de séchage,

la forte pente de la partie 1 s'adoucissant en partie 2. L'atténuation de la diminution de la vitesse

de séchage reflète l'augmentation du taux d'évaporation grâce à la surface d'échange

supplémentaire (surface latérale) [3, 4]. La teneur en eau spécifique et le volume de boue

continuent à diminuer simultanément pendant une période pouvant aller jusqu'à 80 jours.

Après 80 jours, à la valeur critique de la teneur en eau spécifique globale Xcr/X0 = 0,06

(Xcr = 23 %), le volume de la boue ne diminue plus, bien que la teneur en eau continue à

diminuer (Figure VII-8d). Le volume de la boue atteint une valeur minimale de 11 % à la valeur

critique de la teneur en eau spécifique (Figure VII-8d). La teneur en eau spécifique de la boue

continue alors à diminuer à volume constant jusqu'à ce qu'elle atteigne l'équilibre (Xe/X0 = 0,02)

à la fin du séchage (Figure VII-8e). A noter qu'en 70 jours, la vitesse de séchage diminue

fortement en raison de l'évaporation de l'eau libre et de la présence d'eau liée uniquement,

comme le montre la partie (3) de la Figure VII-9. Le taux de séchage continue à diminuer avec

la réduction de l'eau jusqu'à ce qu'il devienne nul à la fin du séchage lorsque la boue atteint sa

Pendant le séchage, le front d'évaporation, qui sépare les zones sèches et humides de la

boue, se déplace vers le cœur de la boue en raison du retrait du front d'eau libre dans la même

direction [20]. Il est possible de noter que le rapport volumique final expérimental et simulé de

la boue rétractée dans la cuve (V/V0 = 11 %) sont concordants. Le rapport volumique final de

la boue B réduite dans la cuve est également équivalent à celui des petits échantillons de 30 g

de boues B séchées précédemment dans le cadre de ce travail (Figure IV-5b). Ceci confirme le

comportement homogène des boues par rapport au phénomène de retrait. Il est possible de noter

que les évolutions expérimentales et simulées de la teneur en eau spécifique suivent la même

tendance que celle indiquée par les Figures VI-7 et VI-8. En revanche, il y a une légère

différence entre les évolutions expérimentales et simulées. Il y a également une légère

différence entre la teneur en eau spécifique à l'équilibre expérimentale et simulée

(((Xe/X0)sim = 0,02 et (Xe /X0)exp = 0,0005), qui est due à la valeur d'entrée fixée de l'humidité

relative. L'humidité relative de l'air ambiant est considérée comme constante dans le modèle 2

au fil du temps. En revanche, on constate expérimentalement que l'humidité relative diminue

avec le temps pendant le séchage de la boue dans la cuve (Figure V-14). Ceci est dû à la perte

d'eau et au retrait de la boue conduisant à l’augmentation de l'espace du mélange gazeux à

l'intérieur de la cuve. Il en résulte un léger décalage entre les résultats expérimentaux et les

résultats de simulation des évolutions de la teneur en eau en raison de la sous-estimation du

gradient de pression de vapeur entre la boue et le milieu environnant. Cela conduit également à

Figure VII-8 : Simulation (modèle 2) de l'évolution de la teneur en eau spécifique au cours du séchage de la boue B à l’échelle de la maquette, à 200 mbar, 62 °C et HR = 53 % à (a) t = 0 j;

(b) t = 5 j; (c) t = 45 j; (d) t = 80 j et (e) t = 84 j.

Figure VII-9 : Évolution de la vitesse de séchage spécifique expérimentale au cours du temps déterminée à HR = 46 %, 65 °C et pression atmosphérique – essai 1.