Une méthode mécanique pour mesurer la pression de vapeur d'équilibre de l'eau dans un milieu complexe

International audienceThis Note presents a new method to measure the equilibrium vapour pressure of water in a complex medium. In this article a "complex medium" refers to a medium in which physico-chemical interactions alter the thermodynamical properties of the water, especially its activity and its equilibrium vapour pressure. This new method consists in placing a sample of the complex medium in a temperature-controlled chamber which volume can be incrementally increased by means of a piston. The equilibrium vapour pressure can be deduced from the variation of the equilibrium total pressure measured for each volume increment. The method has been validated on various saturated salt solutions and on a reference soil

Adsorption et transport d'un Composé Organique Volatil (COV) dans un sol hygroscopique. Application aux pesticides dans un sol aride.

The objective of this work is to analyze and model the transport of a pollutant in the surface layer of unsaturated soil. We are particularly interested to hygroscopic soils where components of the liquid phase are strongly linked to the solid phase. Mass transfer occurring in the liquid phase and gas, taking into account the change of phase liquid-gas. Using an original apparatus, we analyze first the isothermal desorption of water, heptane, trichlorethylene (TCE) and the mixture water + TCE in two soils; one containing clay and organic matter, the other, from Burkina Faso (BF), has lower proportions of these constituents. The phase change liquid-gas of TEC has been experimentally studied in the soil of Burkina with different experimental conditions in temperature and pressure. All the bibliographic and experimental works led us to propose a mathematical model. The validation of the model has focused on the transfer of water only by comparison with transfer experiments on soil columns. This model reflects particularly well the flow of water to the surface and changing profiles of water content in columns. This model is also well suited to describe the water transfer at the interface soil-atmosphere in arid zone. In a second part, we examine the transfer of TCE in the surface layer. Sensitivity studies were conducted on thick layer of soil, water content, the initial concentration of TCE, the Henry constant and the coefficient of phase change. This study highlights the importance of different parameters on the transfer of a volatile organic compound showing that it is necessary to conduct parallel investigations in the laboratory and in situ.l'objectif de ce travail est d'analyser et de modéliser le transport d'un polluant dans la couche superficielle non saturée du sol. On se limite aux sols hygroscopiques pour lesquels les constituants de la phase liquide (eau+polluant) sont fortement liés à la phase solide. Les transferts de matière s'opèrent en phase liquide et gazeuse avec prise en compte du changement de phase liquide-gaz. Grâce à un dispositif original, on analyse tout d'abord les isothermes de désorption de l'eau, de l'heptane, du trichloréthylène (TCE) et du mélange eau+TCE dans deux sols ; l'un contenant de l'argile et de la matière organique ; l'autre, en provenance du Burkina Faso (BF) présente des proportions moindres de ces constituants. Le changement de phase liquide-gaz du TCE a fait l'objet d'une étude expérimentale dans le cas du sol du BF avec différentes conditions expérimentales en température et pression. L'ensemble des travaux bibliographiques et expérimentaux ont conduit à la proposition d'un modèle mathématique. La validation du modèle a porté sur le transfert d'eau seule par comparaison avec des expériences de transfert sur des colonnes. Ce modèle traduit particulièrement bien le flux d'eau à la surface et l'évolution des profils de teneur en eau. Ce modèle peut être utilisé dans l'état actuel pour décrire les transferts d'eau à l'interface sol-atmosphère en zone aride. Dans une deuxième partie, on examine le transfert du TCE dans la couche superficielle. Des études de sensibilité ont été menées sur l'épaisseur de la couche, la teneur en eau, la concentration initiale du TCE, la constante de Henry et du coefficient de changement de phase. Cette étude met en évidence l'importance des différents paramètres sur les transferts d'un composé organique volatil et donc sur les priorités de mener parallèlement des expériences en laboratoire et in situ

Etude des transferts d'un pesticide dans un sol aride; cas d'un composé modèle : TCE

La description et la prévision des transferts de pesticides dans les couches superfcielles d'un sol aride revêtent une importance certaine dès qu'il s'agit de résoudre des problèmes concrets liés aux sciences environnementales. C'est en effet dans ce domaine physique appelé "zone non-saturée" qu'à lieu l'essentiel des transferts. Après une pluie, les pesticides sont transportés dans le sol sous 3 formes, en vapeur dans la phase gazeuse, dissous dans la phase aqueuse ou adsorbé sur la matrice solide. La plupart des descriptions classiques des mécanismes de transfert supposent, d'une part, que les équilibres liquide-gaz sont toujours satisfaits et, d'autre part, que ces équilibres sont correctement décrits par les relations établies hors du contexte des sols (pression de vapeur saturante, loi de Henry, ...) [2]. Les effets hygroscopiques conduisent à des déplacements d'équilibres, et se manifestent à travers l'isotherme de désorption. De plus, des travaux récents montrent que ces effets hygroscopiques modifient aussi les cinétiques de changement de phase [4]. Ainsi, lorsque la phase liquide est partiellement adsorbée sur le squelette solide, la vitesse d'évaporation est considérablement réduite, et nous incite à remettre en cause l'hypothèse d'équilibre local classiquement admise dans les modèles de transfert [3]. La question des transferts dans les sols arides a rarement été abordée, or pour les faibles teneurs en eau, les effets hygroscopiques deviennent prépondérants et contrôlent les transferts. La phase aqueuse présente dans le sol est dite "liée". Les mécanismes de transfert de l'eau liquide ou vapeur étant fortement influencés par les effets hygroscopiques, il doit en être de même pour un composé dissous dans la phase aqueuse. Ainsi, l'objectif de ce travail est, dans un premier temps, de caractériser les équilibres liquide/gaz d'une solution au sein d'un sol dans le domaine hygroscopique. Ceci revient à l'établissement d'isothermes de désorption afin d'observer l'influence de la concentration du soluté et de tester l'adéquation de la loi de Henry dans le cas d'un milieu poreux. Dans un deuxième temps, il s'agit de caractériser la cinétique de changement de phase du pesticide afin de discuter la validité de l'hypothèse d'équilibre local. Pour cette étude, un composé modèle a été choisi, le trichloréthylène (TCE). Il fait partie de la classe des organo-chlorés, est très volatil et a fait l'objet de nombreuses études et caractérisations

Adsorption et transport d'un composé organique volatil dans un sol hygroscopique (Application aux pesticides dans un sol aride)

L'objectif de ce travail est d'analyser et de modéliser le transport d'un polluant dans la couche superficielle non saturée du sol. On se limite aux sols hygroscopiques pour lesquels les constituants de la phase liquide (eau+polluant) sont fortement liés à la phase solide. Les transferts de matière s'opèrent en phase liquide et gazeuse avec prise en compte du changement de phase liquide-gaz. Grâce à un dispositif original, on analyse tout d'abord les isothermes de désorption de l'eau, de l'heptane, du trichloréthylène (TCE) et du mélange eau+TCE dans deux sols ; l'un contenant de l'argile et de la matière organique ; l'autre, en provenance du Burkina Faso (BF) présente des proportions moindres de ces constituants. Le changement de phase liquide-gaz du TCE a fait l'objet d'une étude expérimentale dans le cas du sol du BF avec différentes conditions expérimentales en température et pression. L'ensemble des travaux bibliographiques et expérimentaux ont conduit à la proposition d'un modèle mathématique. La validation du modèle a porté sur le transfert d'eau seule par comparaison avec des expériences de transfert sur des colonnes de sol. Ce modèle traduit particulièrement bien le flux d'eau à la surface et l'évolution des profils de teneur en eau. Ce modèle peut être utilisé dans l'état actuel pour décrire les transferts d'eau à l'interface sol-atmosphère en zone aride. Dans une deuxième partie, on examine le transfert du TCE dans la couche superficielle. Des études de sensibilité ont été menées sur l'épaisseur de la couche, la teneur en eau, la concentration initiale du TCE, la constante de Henry et du coefficient de changement de phase. Cette étude met en évidence l'importance des différents paramètres sur les transferts d'un composé organique volatil indiquant ainsi qu'il est nécessaire de mener parallèlement des expériences en laboratoire et in situ.The objective of this work is to analyze and model the transport of a pollutant in the surface layer of unsaturated soil. We are particularly interested to hygroscopic soils where components of the liquid phase are strongly linked to the solid phase. Mass transfer occurring in the liquid phase and gas, taking into account the change of phase liquid-gas. Using an original apparatus, we analyze first the isothermal desorption of water, heptane, trichlorethylene (TCE) and the mixture water + TCE in two soils; one containing clay and organic matter, the other, from Burkina Faso (BF), has lower proportions of these constituents. The phase change liquid-gas of TEC has been experimentally studied in the soil of Burkina with different experimental conditions in temperature and pressure. All the bibliographic and experimental works led us to propose a mathematical model. The validation of the model has focused on the transfer of water only by comparison with transfer experiments on soil columns. This model reflects particularly well the flow of water to the surface and changing profiles of water content in columns. This model is also well suited to describe the water transfer at the interface soil-atmosphere in arid zone. In a second part, we examine the transfer of TCE in the surface layer. Sensitivity studies were conducted on thick layer of soil, water content, the initial concentration of TCE, the Henry constant and the coefficient of phase change. This study highlights the importance of different parameters on the transfer of a volatile organic compound showing that it is necessary to conduct parallel investigations in the laboratory and in situ.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceBurkina FasoFRB

Dispositif de mesure de l'activité d'un liquide dans un milieu complexe et procédé associé

L'invention concerne un dispositif de mesure de l'activité d'un liquide dans un milieu complexe et un procédé associé, le dispositif comprenant une enceinte fermée dans laquelle le milieu complexe est destiné à être disposé et des moyens pour maintenir cette enceinte à une température T constante, caractérisé en ce qu'il comprend : - un moyen (14) pour modifier le volume total de l'enceinte ; - un capteur de pression (22) pour mesurer la pression totale dans l'enceinte : - un moyen (24) pour calculer l'activité du liquide dans le milieux complexe, à partir de la température T, du volume total de l'enceinte et de la pression totale dans l'enceinte

Etude des transferts de pesticides dans les couches superficielles des sols arides ; cas d'un composé modèle : le trichloréthylène (TCE). Simulation des phénomènes de transfert

L'objectif de ce travail est d'analyser et de modéliser le transport d'un polluant dans la couche superficielle non saturée du sol. On se limite aux sols arides pour lesquels les constituants de la phase liquide sont fortement liés à la phase solide et où les transferts de matière s'opèrent en phase liquide et en phase gazeuse avec prise en compte du changement de phase liquide-gaz. Un dispositif original permet d'abord l'analyse des isothermes de désorption de l'eau, de l'heptane, du trichloréthylène (TCE) et du mélange eau+TCE dans le sol. Le changement de phase des composés liquides fera l'objet d'une étude expérimentale tandis que l'ensemble des travaux bibliographiques et expérimentaux nous conduit à proposer un modèle mathématique. La validation du modèle porte sur le transfert d'eau en comparant les résultas du modèle à ceux des expériences de transfert sur des colonnes de sol. Ce modèle traduit particulièrement bien le flux d'eau à la surface et l'évolution des profils de teneur en eau. Dans une deuxième partie, on examine le transfert du TCE dans la couche superficielle. Des études de sensibilité ont été menées sur l'épaisseur de la couche superficielle, la teneur en eau, la concentration initiale du TCE, la constante de Henry et du coefficient de changement de phase. Cette étude met en évidence l'importance des différents paramètres sur les transferts d'un composé organique volatil indiquant ainsi la nécessité de mener parallèlement à la modélisation, des expériences en laboratoire et in situ

A New Experimental Method to Determine the Sorption Isotherm of a Liquid in a Porous Medium

International audienceSorption from the vapor phase is an important factor controlling the transport of volatile organic compounds (VOCs) in the vadose zone. Therefore, an accurate description of sorption behavior is essential to predict the ultimate fate of contaminants. Several measurement tech- niques are available in the case of water, however, when dealing with VOCs, the determination of sorption characteristics generally relies on gas chromatography. To avoid some drawbacks associated with this technology, we propose a new method to determine the sorption isotherm of any liquid compounds adsorbed in a soil. This method is based on standard and costless transducers (gas pressure, temperature) leading to a simple and transportable experimental de- vice. A numerical estimation underlines the good accuracy and this technique is validated on two examples. Eventually, this method is applied to determine the sorption isotherm of three liquid compounds (water, heptane and trichloroethylene) in a clayey soil

Une méthode mécanique pour déterminer la porosité totale d'un sol

International audienceThis paper presents a mechanical method for the determination of the total porosity of soil. The presented method consists to place a sample of soil in a cell which can be regulated by varying the volume of the gas by increments using a piston. The porosity of the soil is deduced by the variation of the total pressure of the gaseous phase during the realization of volume increments. The method has been validated on a soil considering 5 samples of different porosities. The experimental results on the total porosity are in good agreement with the theoretical results on all experimental tests.Cette note présente une méthode mécanique pour la détermination de la porosité totale d'un sol. La méthode présentée consiste à placer un échantillon de sol dans une cellule régulée dont on peut faire varier le volume par paliers grâce à un piston. La porosité du sol se déduit de la variation de la pression totale de la phase gazeuse lors des incréments de volume. La méthode a été validée sur un sol en considérant 5 échantillons de porosités différentes. Les résultats expérimentaux sur la porosité totale sont en bon accord avec les résultats théoriques sur l'ensemble des essais réalisés

A New Experimental Method to Determine the Evaporation Coefficient of Trichloroethylene (TCE) in an Arid Soil

International audienceThis paper presents a new method to determine the evaporation coefficient of trichloroethylene using a new experimental device called " activity-meter ". This device and the associated method have been developed in the Laboratory of Mechanical Engineering of the University of Montpellier 2 (France). The influence of diffusion on the vapor pressure of trichloroethylene and the influence of temperature at the liquid-gas interface were first determined. The results show that diffusion phenomena have no influence on the vapor pressure of trichloroethylene beyond 400 seconds of experimental time and the temperature is almost constant during experiments. Thus, in order to take into account the effects that are only due to the variation of partial pressure of trichloroethylene at the liquid-gas interface, the time interval used is between 400 seconds and the time required to reach equilibrium. The influence of pressure and temperature on the evaporation coefficient of pure trichloroethylene in an arid soil was then highlighted. The results show that the evaporation coefficient of trichloroethylene decreases with total vapor pressure but increases with temperature. A comparative study on evaporation coefficients conducted on water, heptane and trichloroethylene shows that our results are in good agreement with results on volatility