Livres

1.    Carlès P.
Thermodynamique et Thermophysique des Milieux Fluides Supercritiques
Chapitre dans Fluides Supercritiques et Matériaux, Collectif, édité par P. Subra, F. Cansell et M.H. Delville, Nancy (1999)

Les fluides supercritiques ont fait l'objet depuis près d'un siècle de nombreuses applications industrielles. Leur situation particulière dans le diagramme de phases leur confère en effet des propriétés intermédiaires entre celles des liquides et celles des gaz, ce qui peut être mis à profit dans de nombreux procédés (extraction / séparation, synthèse, ... ). Ce caractère intermédiaire entre deux états de la matière, s'il constitue parfois un avantage technique, engendre en contrepartie un comportement hydrodynamique très complexe et souvent paradoxal. Au travers du présent chapitre, on va poursuivre trois objectifs : comprendre l'origine physique des propriétés particulières des fluides supercritiques; examiner les outils permettant de prédire ces propriétés (les équations d'état); analyser enfin l'influence de ces propriétés sur l'hydrodynamique de ces fluides. Dans un premier temps, on évoquera les notions de stabilité thermodynamique et de lois d'échelle au voisinage du point critique. On présentera ainsi (souvent de manière qualitative) les mécanismes qui donnent naissance à ces propriétés particulières dont on a fait mention. On détaillera ensuite les divers types d'équations (analytiques ou paramétriques) qui permettent de prédire les propriétés des fluides purs ou des mélanges dans le domaine supercritique et au-delà. Enfin, on examinera l'incidence de ces propriétés sur le comportement hydrodynamique des fluides supercritiques. On montrera que dans un large voisinage du point critique, il existe un quatrième mode de transport de la chaleur, l'Effet Piston, qui conditionne entièrement la dynamique de relaxation des inhomogénéités au sein du fluide. On conclura en illustrant comment ces comportements hydrodynamiques particuliers, loin d'être toujours une source de perturbation mal maîtrisée, pourraient au contraire être exploités positivement dans de nouveaux types d'applications.

2.    Carlès P.
Thermophysical Approach of Supercritical Fluids
Chapitre dans Supercritical Fluids and Materials, ouvrage collectif, édité par N. Bonnaudin, F. Cansell et O. Fouassier, Nancy (2003)

Supercritical fluids have been widely used in numerous industries over the past 50 years or more. Their specific position in the phase diagram, intermediate between gases and liquids, leads to particular thermophysical properties which make them good candidates for a large number of industrial applications (in particular in extraction/separation, synthesis, …). This intermediate character between two states of matter, although beneficial for the above-mentioned applications, leads to an extremely complex and sometimes puzzling dynamical behaviour. In the present chapter, two issues will be discussed: (i) the peculiar properties of supercritical fluid and how they arise; (ii) the consequences of these peculiar properties on the dynamical transfers in those fluids.
As a first step, the basic notions of thermodynamical stability and of scaling laws will be presented. Based on this information, the mechanisms giving birth to supercritical fluid’s peculiar properties will be qualitatively described. Then, the consequences of these peculiar properties on hydrodynamics and heat transfer will be discussed. It will be shown that in a large vicinity of the critical point, there exists a fourth mode of heat transfer, the piston effect, which dominates relaxation dynamics close to the critical point. The influence of gravity on this mechanism is finally analysed, together with the problem of the convective stability of supercritical fluids.
The chapter is concluded by suggesting that these recently discovered phenomena could be used in new processes close to the critical point.