Approche discrète de l'évaporation en milieu poreux : étude de fronts stabilisés par les forces de gravité ou de viscosité en deux dimensions

par François Bouleux

Thèse de doctorat en Physique et chimie de l'environnement

Sous la direction de Marc Prat.

Soutenue en 1999

à Toulouse, INPT .

mots clés

• Chimie de l'environnement
• Mécanique des fluides
• Matériaux poreux
• Hydrocarbures -- Évaporation

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'étude du séchage lent en milieu capillaro-poreux. L'étude est basée sur des simulations numériques sur réseaux de pores 2D, initialement totalement saturés. Notre but est de caractériser le front d'invasion résultant de la compétition entre les forces de capillarité et les forces de gravité ou de viscosité. Nous avons montré que l'extension moyenne l du front, définie comme la distance moyennes entre la position la moins avancée du front et la position la plus avancée du front évoluait avec le nombre de Bond [. . . ]. Dans le cas où les effets visqueux stabilisent le front, notre étude a par ailleurs permis de mettre en évidence le caractère non constant du gradient de pression dans la zone du front. Nous montrons que la non linéarité des pressions liquides dans la zone concernée affecte les exposants des lois d'échelle. Le coefficient de transfert global du front est caractérisé à partir de l'étude de la ligne lisse équivalente conduisant au même flux global d'évaporation que le front irrégulier. L'étude de cette ligne équivalente a permis de mettre en exergue deux phases du processus de séchage en 2D. Dans la première phase (régime non établi) la distribution de pression partielle à l'interface est affectée par l'irrégularité du front. La deuxième phase (régime établi) est atteinte quand le front est suffisamment à l'intérieur du milieu pour que la distribution de pression partielle à l'interface soit uniforme. Dans ce dernier cas et en régime stationnaire, on trouve que la ligne équivalente se positionne en (Zc-ơ) où Zc est la position moyenne du front et ơ l'écart type des positions des points formant le front. Enfin, nous terminons par une étude plus appliquée concernant une technique de récupération secondaire du pétrole : l'évaporation de fractions légères d'hydrocarbure par injection de gaz dans une roche réservoir hétérogène. Nous nous sommes limités au cas d'une inclusion à faible perméabilité insérée dans une matrice poreuse de plus grande perméabilité. L'étude suggère l'existence d'un régime de rentabilité optimale entre le volume de gaz injecté et le temps total de récupération de l'huile piégée dans l'inclusion.

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