Confrontation modèle/expériences

Les résultats obtenus par les expériences de sorption de l’eau sur les différents

échantillons ont été comparés aux données modélisées. Pour tester la sensibilité du modèle,

trois valeurs de diamètre de particules primaires (dpp) ont été sélectionnées (correspondant au

diamètre médian ± l’écart type).

a. Zinc-Aluminium

Figure 46 : Isotherme de sorption du zinc-aluminium à 30 °C. Comparaison entre les données expérimentales et modélisées pour trois valeurs de diamètre de particules.

La Figure 46 nous indique que le modèle GAB n’est valable que pour une activité inférieure à 0,7. Au-delà, il sous-estime nettement la quantité d’eau réellement captée par l’échantillon. A partir de cette valeur d’activité l’AC Model montre une augmentation rapide de la masse d’eau sorbée. Ce nouveau modèle semble représenter de façon plus que satisfaisante les données expérimentales. Ainsi, en comparant le nouveau modèle à l’équation GAB, nous pouvons en déduire que le phénomène de condensation capillaire devient majoritaire pour une activité avoisinant 0,7 à 30 °C (soit pour une humidité absolue d’environ 18,5 g d’eau/kg d’air sec). De plus, concernant l’influence du diamètre des particules primaires, plus il augmente, plus la quantité d’eau condensée sera faible. Ces observations seront abordées en détails dans la partie A.IV.2.e. Les données de l’AC Model sont regoupées dans le Tableau 13.

Les valeurs de vmG, cG, k ont été obtenues par ajustement graphique tandis que Z et t

l’ont été par le calcul.

Tableau 13 : Valeurs des constantes de l'AC Model, de l’épaisseur de la couche adsorbée t et du coefficient de détermination Rc2 pour l’échantillon de zinc-aluminium à 30 °C.

dpp (nm) vmG (kg d’eau/kg d’air sec) cG k Z t (a0 = 0,5) (Å) Rc²

16 1,52 x 10-2 32,43 0,3072 2,33 4 0,995 21 0,987 26 0,967 b. Xe2 PRINTEX

Figure 47 : Isotherme de sorption du Xe2 PRINTEX à 31 °C. Comparaison entre les données expérimentales et modélisées pour trois valeurs de diamètre de particules.

L’allure de l’isotherme de sorption de l’échantillon de Xe2 PRINTEX ressemble à celle obtenue pour le zinc-aluminium. En effet, pour une activité inférieure à 0,7, le modèle GAB représente les données expérimentales avec une bonne précision. Cela nous indique que pour une activité comprise entre 0 et 0,7, le phénomène prépondérant est l’adsorption multimoléculaire. En revanche, au-delà de 0,7 en activité, seul le modèle d’adsorption-condensation décrit convenablement la réalité. Cela signifie que pour une humidité relative

supérieure à 70 % à une température de 31 °C (soit w = 19,8 g d’eau/kg d’air sec) le phénomène de condensation capillaire devient majoritaire.

Les constantes utilisées par l’AC Model sont données dans le Tableau 14 :

Tableau 14 : Valeurs des constantes de l'AC Model, de l’épaisseur de la couche adsorbée t et du coefficient de détermination Rc2 pour l’échantillon de Xe2 PRINTEX à 31 °C.

dpp (nm) vmG (kg d’eau/kg d’air sec) cG k Z t (a0 = 0,5) (Å) Rc²

55

4,70 x 10-3 6,59 0,1575 2,31 3

0,940

73 0,956

91 0,953

c. Zinc Inframat Advanced Materials

Figure 48 : Isotherme de sorption du zinc IAM à 30 °C. Comparaison entre les données expérimentales et modélisées pour trois valeurs de diamètre de particules.

Pour l’échantillon de zinc IAM, les données modélisées par l’équation GAB sont plus proche de la réalité que pour les autres échantillons, un léger écart est observé à partir d’une activité de 0,7. La faible différence entre l’AC Model et l’équation GAB nous indique que le phénomène de condensation capillaire est presque négligeable. Cela peut s’expliquer par la forte densité de cet échantillon qui entraîne un faible nombre de particules pour une même masse (comparé aux deux autres poudres). De plus, l’épaisseur de la couche adsorbée est

de 5 Å pour une activité de 0,5 – valeur la plus élevée des trois échantillons. Cette grande

épaisseur réduit l’espace disponible pour la condensation capillaire et par conséquent son importance.

Les valeurs des constantes utilisées sont les suivantes :

Tableau 15 : Valeurs des constantes de l'AC Model, de l’épaisseur de la couche adsorbée t et du coefficient de détermination Rc2 pour l’échantillon de zinc IAM à 30 °C.

dpp (nm) vmG (kg d’eau/kg d’air sec) cG k Z t (a0 = 0,5) (Å) Rc²

26

2,35 x 10-3 8,87 1,025 3,19 5

0,950

44 0,944

62 0,942

Nous pouvons remarquer que la valeur de k utilisée est proche de 1, cela nous révèle

que le modèle utilisé est quasi-similaire à une équation de type BET. En d’autres termes,

l’application de cette constante est quasi-négligeable. Il est donc possible de supposer que l’état physique des molécules dans chaque couche est équivalent.

d. Aerosil 200 DEGUSSA Hydrophile

Figure 49 : Isotherme de sorption de l’Aerosil 200 DEGUSSA Hydrophile à 24 °C. Comparaison entre les données expérimentales et modélisées pour trois valeurs de diamètre de particules.

Les valeurs de masse d’eau sorbée modélisées par le modèle GAB pour l’Aerosil 200 DEGUSSA sont faibles sur toute la gamme d’activité. De plus, l’écart entre le modèle GAB et les valeurs réelles pour des activités supérieures à 0,8 permet d’affirmer que la condensation devient majoritaire pour les fortes valeurs d’activité.

Les valeurs des constantes utilisées sont les suivantes :

Tableau 16 : Valeurs des constantes de l'AC Model, de l’épaisseur de la couche adsorbée t et du coefficient de détermination Rc2 pour l’échantillon d’Aerosil 200 DEGUSSA à 24 °C.

dpp (nm) vmG (kg d’eau/kg d’air sec) cG k Z t (a0 = 0,5) (Å) Rc²

15

1,48 x 10-2 2,35 0,897 2,10 3

0,984

19 0,961

e. Comparaison entre les isothermes de sorption

Dans cette partie, nous avons comparé les valeurs sorbées par les quatre isothermes présentés précédemment, pour deux valeurs d’activité (0,8 et 0,9).

Tableau 17 : Valeurs de masse d'eau sorbée par masse d'échantillon sec (calculée par le modèle AC) à a0 = 0,8 et 0,9 pour différents diamètres de particules.

Diamètre dpp (nm) v(a0 = 0,8) (kg/kg) v(a0 = 0,9) (kg/kg)

Zinc-aluminium 16 0,033 0,080 21 0,028 0,059 26 0,024 0,047 Xe2 PRINTEX 55 0,007 0,021 73 0,005 0,014 91 0,004 0,010 Zn IAM 26 0,014 0,033 44 0,013 0,031 62 0,013 0,031 Aerosil 200 DEGUSSA hydrophile 15 0,065 0,164 19 0,058 0,134 23 0,054 0,116

Comme nous pouvons le constater, l’échantillon d’Aerosil 200 sorbe la plus grande quantité d’eau. De plus, la quantité d’eau sorbée est inversement proportionnelle au diamètre des particules primaires. Ce constat s’explique par l’augmentation de la surface spécifique des particules (pour une même masse de particule), qui va accroitre l’importance du phénomène d’adsorption (phénomène surfacique). De plus, la diminution du diamètre des particules primaires induit une augmentation du nombre de particules (à masse constante) et donc un accroissement du nombre total de point de contact. De ce fait, la quantité d’eau condensée est plus importante.

Pour finir, nos observations au MET montrent que les particules de zinc IAM sont polydispersées, ce qui peut expliquer la légère différence entre les données expérimentales

et modélisées. En effet, dans ce cas, la relation de Meissner et al. pour le calcul du nombre

de coordination n’est plus applicable.