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Thèse de doctorat en Physique
Sous la direction de Dominique Langevin.
Soutenue en 2008
à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .
mots clésLes émulsions de bruts lourds peuvent être rencontrées à de nombreuses étapes de l'exploitation pétrolière. Ces émulsions sont généralement très stables et difficiles à détruire dans les étapes de séparation ultérieures. Une bonne connaissance des propriétés de ces systèmes dispersés est donc nécessaire pour mieux les contrôler. L'étude des émulsions eau/brut est difficile à cause de la complexité de la chimie du pétrole et en particulier du grand nombre de tensioactifs naturels contenus dans le brut, comme les asphaltènes, les résines et les acides naphténiques. Nous avons réalisé une étude de la tension interfaciale et de la rhéologie des interfaces entre l'eau et des dilutions du brut ou des solutions d'asphaltènes, effectuées en utilisant le toluène comme diluant. L’analyse de nos résultats nous a permis de prouver que le point de rupture observé dans l'évolution de la tension interfaciale en fonction de la concentration en brut est lié, non pas à l’apparition d’agrégats dans le volume (formés bien avant), mais au collapse de la couche interfaciale. Les comportements des interfaces avec le brut dilué et l'huile modèle sont similaires. Toutefois, les propriétés rhéologiques sont légèrement différentes, probablement dû à la co-adsorption de résines dans le cas du brut dilué. Nous avons caractérisé la structure et configuration de la couche adsorbée par des mesures de diffusion de neutrons aux petits angles effectuées directement sur les émulsions. Ces mesures ont été complétées par la spectrométrie UV-VIS (pour connaître la concentration des agrégats d’asphaltènes en volume), et par la zetamétrie (pour connaître la charge des asphaltènes). Nous avons fait varier le pH et la force ionique. Nous avons mis en évidence le rôle important que jouent les répulsions électrostatiques entre les agrégats d’asphaltènes à l’interface huile/eau sur leur configuration et sur les quantités adsorbées. De manière générale, nous avons montré qu’une bonne stabilité d’émulsion est associée à un module élastique élevé et à une épaisseur d’interface élevée.
Interfacial properties of the amphiphilic compounds of heavy oils. Influence on emulsion behavior
Emulsions of heavy oil and water can be encountered at many stages during production, transportation and processing of crude oils and in many locations such as in hydrocarbon reservoirs, well bores, surface facilities, transportation systems and refineries. A good knowledge of petroleum emulsions is necessary for controlling and improving processes at all stages. The complexity of petroleum emulsions comes from the oil composition in terms of surface active molecules contained in the crude, such as asphaltenes, resins and naphthenic acids. We have performed a study of dynamic interfacial tension and rheology of interfaces between water and either crude oil diluted in toluene or a model oil consisting of toluene in which pentane extracted asphaltenes were re-dissolved. We show that the break point of the curve interfacial tension versus asphaltene concentration is related to the collapse of the asphaltenes surface layer. The behavior of diluted crude oil and model oil are quite similar. However, the surface layers evolve over longer timescales in the case of diluted crude oil, probably due to the contribution of resins. We have characterized the structure and conformation of the adsorbed layer, by means of small angle neutron scattering and UV-VIS spectrometry measurements, as well as the asphaltenes charge by zeta potential measurements, in order to study the influence of pH and the ionic force. We found that electrostatic repulsions between asphaltene aggregates play an important role on their adsorption at the water -oil interface, and on their conformational changes at the interfaces. The microscopic properties of the different interfaces and the stability of the corresponding emulsions are well correlated.
