Lit fluidisé

Illustration d'un lit fluidifié : on injecte un gaz ou un liquide qui va, selon la vitesse et la nature de l'écoulement, fournir certaines propriétés fluides au système.

En physique, dans l'étude de la matière molle, le concept de lit fluidisé (ou de lit fluidifié) permet de donner à une catégorie de solides - dits matériaux granulaires - certaines propriétés des fluides - liquides ou gaz. Son invention est attribuée au chimiste allemand Fritz Winkler, qui l'avait appliqué en 1926 à la combustion de charbon réduit en poudre^[1].

Typiquement, on peut réaliser un tel dispositif pour du sable. Le principe est d'injecter un gaz ou un liquide par dessous, qui va « soulever » les grains. On observe des propriétés caractéristiques des fluides : ondes, bulles^[2], viscosité... Ces phénomènes peuvent également déstabiliser le lit fluidifié, et le faire « éclater », projetant alors de la matière solide. Des variantes injectent un gaz pulsé ou provoquent la vaporisation du liquide dans le réacteur.

C'est un système important en industrie :

• il permet des catalyses hétérogènes plus efficaces, on parle de « réacteur à lit fluidifié », ou FBR (de l'anglais : fluidized bed reactor) ;
• des combustions plus complètes, on parle de « combustion à lit fluidifié », ou FBC (fluidized bed combustion). Cette propriété est notamment utilisée dans la gazéification à lit fluidifié, ou le craquage catalytique en lit fluidisé.
• le transport de poudres (farines)

Le traitement théorique de tels systèmes est en revanche très complexe. En effet, les phénomènes turbulents et l'extrême dépendance du système aux moindres variations rendent très difficile toute approche non-statistique. On ne peut en général pas prédire son comportement mais seulement le décrire. Une meilleure compréhension serrait très utile pour mieux maitriser les fluctuations, parfois chaotique, des lits fluidifiés.

Références

1. ↑ (en) Thèse sur l'approche stochastique des lits fluidifiés.
2. ↑ On peut observer une animation du phénomène.