Modes de transfert de matière
Il existe deux modes principaux de transfert de matière : diffusion et convection.
Diffusion
La diffusion est un processus lent : les molécules migrent dans un solide ou dans un fluide considéré comme immobile (écoulement laminaire). Exemple : diffusion des molécules de sucre, dispersion par agitation moléculaire suivant des trajectoires aléatoires entre les molécules d'eau.
Convection
La convection est un processus rapide : les molécules sont entraînées dans un courant de fluide naturel ou forcé (convection naturelle ou forcée). Exemple : l'agitation avec une cuillère est une convection forcée.
Définition :
1ère loi de Fick (diffusion)
Formule générale - écriture vectorielle (flux suivant les 3 directions de l'espace) :
Formule pour un flux unidirectionnel (ici suivant l'axe y) :
où :
: flux de diffusion du composé A (kg.m-2.s-1 ou mol.m-2.s-1)
: coefficient de diffusion (ou diffusivité) du composé A dans le milieu B (m2.s-1)
: concentration en composé A (kg.m-3 ou mol.m-3)
: variation de concentration en composé A (kg.m-3 ou mol.m-3)
: distance de transfert ou épaisseur (m)
La 1ère loi de Fick pour le calcul d'un flux diffusif assume que la diffusion de matière résulte uniquement d'un gradient de concentration. En réalité, la diffusion peut aussi résulter d'un gradient de température, de pression ou d'une force externe. Cependant, dans la plupart des cas, ces effets sont négligeables et la force motrice dominante est le gradient de concentration.
