Lit fluidifié

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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 fluidifié (ou de lit fluidisé) 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.

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 décrire son comportement, ou le prédire le comportement, mais assez globalement. La compréhension de ce point de vue pourrait se révéler très utile pour mieux maitriser les fluctuations, parfois chaotique, des lits fluidifiés.