Isotherme sorption désorption

Isothermes de Sorption Désorption

Isotherme sorption désorption du blé utilisée pour le stockage des céréales

L'activité de l'eau dans un produit dépend principalement de sa teneur en eau et de sa température. La courbe, représentant pour une température donnée, la variation de la teneur en eau en fonction de l'activité de l'eau du produit ou de l'humidité relative du milieu à l'équilibre est appelée :

- Isotherme de désorption si on part d'un produit saturé en eau,

- Isotherme d'adsorption si on part d'un produit sec.

Les deux courbes sont en général différentes car le phénomène n'est pas réversible. Il y aura des modifications de structure et de porosité lors du séchage (désorption) or de l'humidification (adsorption). On observe entre ces deux courbes le phénomène hystérésis.

Définitions

- L'activité de l'eau représente la pression de la vapeur d'eau d'un produit humide sur la pression de la vapeur saturante à la même température.

- la teneur en eau d'un produit est la masse d'humidité sur la masse du produit sec. Elle permet de quantifier la quantité d'eau dans un produit.

Mathématiquement on l'écrit : X = (Mh − Ms) / Ms

Avec X est la teneur en eau, Mh est la masse du produit humide et Ms est la masse du produit sec.

Formes et Interprétations

La forme générale d'une isotherme est sigmoïde. Les isothermes présentent en général trois zones suivant le mode de fixation de l'eau au produit :

- Zone 1 : pour les activités en eau faibles, elle correspond à l'eau liée sous forme de monocouche moléculaire à la surface du produit,

- Zone 2 : pour les activités en eau moyennes, elle correspond à l'adsorption des molécules sur la monocouche précédente,

- Zone 3 : pour des activités en eau importantes, elle correspond à l'eau libre dans les pores.

Détermination expérimentale

Les isothermes de sorption sont déterminées expérimentalement pour différents produits. On distingue méthodes statiques et méthodes dynamiques.

- Méthode statique ou gravimétrique : Le produit est placé dans une enceinte maintenue à une température fixe et une humidité relative de l'air constante. On laisse l'échantillon pour atteindre l'équilibre (masse inchangée). Cette méthode est lente, elle dure plusieurs jours et même des semaines.

Pour fixer l'humidité relative de l'air, on utilises des solutions salines concentrées ou bien des solutions d'acide sulfurique à différentes concentrations.

- Méthode dynamique : Le produit est placé dans un courant d'air (séchoir par exemple) à température et humidité relative constantes. L'équilibre est atteint de la même façon lorsque la masse ne varie plus. Mais dans ce cas, on gagne plus de temps car la manipulation ne dure que quelques heures.

Notes et références

Chemkhi S., Zagrouba F., Bellagi A. Thermodynamics of water sorption in clay, Desalination 166 (2004), pp. 393-399.

Chemkhi S. Séchage d'un milieu déformable non-saturé : Modélisation du couplage hygromécanique, Thèse de doctorat (2008), Université Bordeaux 1, France.

Jannot Y. Cours Isothermes de sorption : modèles et détermination, Laboratoire TREFLE, Université Bordeaux 1, France, Juillet 2008.