Etude par tensiométrie dynamique de la stabilité d'interfaces modèles asphalténées.

par Nabil El Kerri

Thèse de doctorat en Énergétique, transferts, systèmes dispersés

Sous la direction de Alain Graciaa.

Soutenue en 2003

à Pau .


  • Résumé

    L'industrie pétrolière est souvent confrontée à des émulsions eau/pétrole extrêmement stables qu'elle doit rompre pour éviter des surcoûts très élevés dans la chaîne de production, ou réduire les pollutions environnementales lors de déversements accidentels en mer. La stabilité de ces systèmes peut en grande partie être attribuée aux propriétés tensioactives des molécules d'asphaltènes présentes dans le pétrole brut. L'objectif de ce travail était de tenter de préciser les mécanismes d'action de ces molécules, et ceux d'additifs habituellement utilisés pour séparer l'eau et le pétrole, en mettant en œuvre la tensiométrie dynamique. Nous avons commencé par extraire des molécules d'asphaltènes du pétrole brut par addition de pentane. Nous avons ensuite dissous ces molécules dans du cyclohexane pour fabriquer des émulsions modèles eau/cyclohexane asphalténé dont nous avons vérifié, par la méthode des bottle-tests , que la stabilité est tout à fait comparable à celle des émulsions eau/pétrole. Ainsi nous avons validé l'utilisation d'interfaces modèles eau/cyclohexane asphalténé pour la suite de notre travail. En utilisant le tensiomètre à goutte Tracker commercialisé par la Société I. T. Concept, nous avons trouvé que la relaxation de l'interface modèle eau/cyclohexane asphalténé présente une large distribution de temps de relaxations. Les temps les plus courts correspondent à la migration des asphaltènes de petite taille vers l'interface; les temps les plus longs traduisent l'association des asphaltènes adsorbés à l'interface. Les mesures de rhéologie interfaciale confirment que, au cours du temps, les molécules d'asphaltène forment des agrégats bidimensionnels de plus en plus liés. Nous avons étendu le domaine d'étude à une plus grande gamme de pulsations grâce au principe d'équivalence temps-température. Cette extension nous a permis de montrer que dans l'intervalle de températures 20 ʿC - 55 ʿC (pulsations faibles) l'interface modèle eau/cyclohexane asphalténé est recouverte par un gel d'asphaltènes au voisinage de son point de gel. Au dessous de 20ʿC (pulsations élevées) nous avons trouvé que ce gel subit une transition vitreuse responsable de l'observation des poches solides qui apparaissent au dégonflement des gouttes dans cette gamme de températures. Ainsi la grande stabilité de l'émulsion eau/cyclohexane asphalténé est due à la présence d'un gel d'asphaltènes à la surface des gouttelettes, ce qui empêche leur coalescence. La méthode des bottle-tests montre que les sels ne sont pas des désémulsifiants. Sans doute parce que l'agrégation des asphaltènes responsable de la formation du gel stabilisateur ne se fait pas sous l'action de forces électrostatiques mais plutôt sous l'action de forces hydrophobes. Cette hypothèse est corroborée par le comportement rhéologique de l'interface qui, en présence de sel, conserve toutes les caractéristiques de l'interface asphalténée en milieu non salé et par conséquent reste recouverte par le gel. La méthode des bottle-tests montre également que le dodécylsulfate de sodium n'est pas un désémulsifiant alors que les tensioactifs PE 6800 et PE 6200 de la famille des Pluronic le sont. L'étude rhéologique des interfaces eau/cyclohexane asphalténé révèle que, en présence du dodécylsulfate de sodium, l'interface conserve toutes les caractéristiques de l'interface asphalténée, alors qu'en présence du PE 6800 ou du PE 6200, l'interface présente les propriétés viscoélastiques d'une interface non asphalténée, respectivement recouverte par le PE 6800 ou le PE 6200. Un bon désémulsifiant est donc un tensioactif qui est capable de détruire le gel stabilisateur. Ainsi la rupture de l'émulsion eau/cyclohexane asphalténé par le PE 6200 ou le PE 6800 est due à la disparition du gel d'asphaltène à la surface des gouttelettes, ce qui autorise leur coalescence.


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Informations

  • Détails : 143 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.128-136

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  • Bibliothèque : Université de Pau et des Pays de l'Adour. Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : US 456130
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