Études de visualisation des instabilités de Couette-Taylor dans un mélange critique d'aniline-cyclohexane

Abstract

Lorsque l'on prend une solution critique d'aniline et de cyclohexane, c'est-à-dire une solution de concentration de 53% p/p en cyclohexane, ce qui correspond approximativement à une 5.522M, et qu'on agite, une dispersion se forme dans le milieu donnant une apparence blanchâtre et laiteuse à la solution. Si maintenant, l'on chauffe ce mélange au-dessus de 30.6°C, c'est-à-dire au-dessus de sa température critique, on observe alors une miscibilité complète et donc, une seule phase claire est maintenant présente dans le système. Qu'adviendrait-il alors si l'on insérait une tige tournante dans le système tout en lui imposant un abaissement de température? Le lecteur serait sans doute porté à imaginer que le système se comporterait exactement comme s'il était agité normalement, en démontrant de l'opalescence critique, et il penserait observer une solution uniformément laiteuse et diffuse. Il serait étonné de voir apparaître, dans la phase encore uniforme, des arêtes équidistantes blanchâtres séparant le système en cylindres de volume identique qui s'obscurciraient peu à peu jusqu'à l'obtention d'un système où l'opalescence critique règnerait. Ces phénomènes sont directement conséquents aux écoulements fluidiques, tels les écoulements de Couette et de Taylor qui ont tous trait à la viscosité, à la température, aux contraintes physiques et au travail mécanique appliqués sur le système. Mais en quoi les études des écoulements laminaires seraient-elles utiles à la chimie? Elles peuvent expliquer une quantité de phénomènes restés obscur et difficiles à manipuler. On a, par ces études, mieux compris et mieux cerné les modèles météorologiques; l'air étant un fluide, on a réussi à mettre en évidence les mouvements macroscopiques des courant chauds et froids et l'aspect de leurs répartitions spatiales. Par des études similaires, on a modelisé les mouvements et le comportement de la célèbre tâche rouge que les astronomes observent depuis si longtemps à la surface de Jupiter (11). Aussi, on a pu mieux expliquer les mouvements tectoniques rencontrés sous la surface terrestre et, apporter ainsi de nouvelles informations au niveau des théories géologiques (16). Dans l'industrie, les recherches sur les écoulement laminaires ont permis de fabriquer des réacteurs à gradient de concentration contrôlée facilitant une baisse de la consommation de pétrole utilisé dans les automobiles et les avions en profilant ceux-ci afin de permettre une moins grande résistance au vent et ainsi augmenter le rapport puissance/consommation (14). On a breveté des systèmes de déversements plus effectifs en contrôlant l'adhésion des fluides d'écoulement aux tuyaux déverseurs (1,14) En recherche fondamentale, on a mis au point un système électrochimique permettant le contrôle des gradients de concentration et de température afin de pouvoir étudier l'implication de ces paramètres sur le rendement des synthèses électrochimiques (5). La nécessité des recherches contenues dans ce mémoire est issue du besoin de mieux interpréter le comportement des systèmes binaires lors d'étude d'écoulement et de variation de température en R.M.N. (12-13). Elles veulent amener un modèle macroscopique expliquant les phénomènes microscopique observés.