Equipes Interfaces et Systèmes

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Laboratoire des Fluides Complexes et leurs Réservoirs (LFCR)

Contacts Interfaces et Systèmes

Christophe Dicharry

christophe.dicharry@univ-pau.fr (christophe.dicharry @ univ-pau.fr)

Tél : 05 59 40 76 82

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Interfaces et Systèmes Dispersés

Présentation de l’équipe

L'équipe ISD (Interfaces et Systèmes Dispersés), pilotée par Christophe Dicharry, s'intéresse à la physicochimie et thermodynamique des interfaces et à leurs effets sur les systèmes dispersés en milieux libres ou confinés. Elle a développé un parc instrumental et des méthodes de modélisation/simulation lui permettant d'étudier des phénomènes interfaciaux aux échelles micro, méso et macroscopiques, pour une large gamme de pression et de température. Ces dispositifs et méthodes sont utilisés pour l'étude de la formation et stabilisation d'émulsions et de dispersions d'hydrates de gaz par des tensioactifs (endogènes, synthétiques ou formés in-situ), de la séparation des gaz par des procédés à base de clathrates de gaz, ou encore de problèmes de piégeage/dépiégeage (stimulé ou non) des fluides (alcanes, bruts et gaz (CO2 et CH4 en particulier)) de matrices poreuses naturelles (grès, charbons, carbonates et shales) ou synthétiques (silices).

 

Activités de recherche

 

Interfaces et émulsions

Influence des propriétés des interfaces sur la stabilité des émulsions

Les effets de tensioactifs (endogènes ou synthétiques) sur les propriétés de l’interface eau/huile sont étudiés. Pour cela, des mesures de la tension interfaciale dynamique et des propriétés rhéologiques de l’interface sont mises en œuvre. Les liens entre stabilité des émulsions formées et propriétés rhéologiques de l’interface sont étudiés. Les résultats de ces travaux intéressent en particulier les procédés industriels de cassage des émulsions pétrolières et de dessalage des bruts.

 

 

Interfaces en milieux confinés

Les phénomènes physicochimiques se produisant aux interfaces (mouillage, adsorption…) impactent les propriétés thermophysiques statiques et dynamiques des fluides confinés dans des milieux poreux. Pour accéder aux profils de densités des fluides dans les pores, des théories SAFT et DFT sont combinées. Différents modèles de description des termes à courte et longue portée sont étudiés. Par ailleurs, des codes originaux de simulation moléculaire de type Monte Carlo dans les ensembles statistiques NVT, NPT ou GCMC sont développés pour calculer des propriétés telles que l’adsorption et la tension interfaciale.

 

Clathrates de gaz

Caractérisation expérimentale

Une plateforme expérimentale de caractérisation des clathrates de gaz (plateforme CATHY) a été développée sur trois laboratoires de l’UPPA (LFCR, LaTEP et IPREM) permettant d’étudier et caractériser ces composés à différentes échelles. Les structures formées peuvent être déterminées à partir de mesures Raman, les propriétés thermodynamiques (enthalpie de formation, capacité calorifique) peuvent être mesurées par calorimétrie, et les diagrammes de phases et les cinétiques de formation/décomposition étudiés via des mesures en réacteurs ou par des observations directes (voir l’item « Étude des hydrates de gaz à l'aide d'outils de la milli- et microfluidique »).

 

Étude des hydrates de gaz à l'aide d'outils de la milli- et microfluidique

Visualisation dynamique de la cristallisation, de la croissance et de la dissociation des hydrates de gaz et de leur morphologie pour une large gamme de pression et de température par la mise en œuvre et l’utilisation d’outils et de méthodes de la milli- et microfluidique.

          

 

 

Séparation des gaz par cristallisation de clathrates de gaz

La séparation de gaz par cristallisation de clathrates est un procédé en rupture avec les procédés conventionnels utilisés industriellement (lavage aux amines par exemple). Nous étudions la capacité de différents clathrates (hydrates de gaz, clathrates organiques) à séparer des mélanges de gaz. Selon les cas, les études sont menées sur des procédés à l’échelle pilote (réacteurs batch ou semi-continu, colonnes à lit fixe). La sélectivité de la capture des gaz et la cinétique de formation/dissociation des clathrates sont étudiées, et nous recherchons les conditions opératoires permettant de les optimiser ainsi que les moyens de les améliorer.

 

Promotion et inhibition des hydrates de gaz

Selon les systèmes ou procédés envisagés, il est important de promouvoir la formation d’hydrates gaz ou au contraire de l’empêcher ou de la limiter. Pour cela, il est possible d’utiliser différents additifs chimiques, et en particulier des agents tensioactifs. Nous étudions l’effet de la nature chimique de ces derniers et des conditions physicochimiques sur leur capacité à promouvoir ou inhiber la formation d’hydrates, et à limiter ou favoriser l’agglomération des hydrates formés. Les mécanismes impliqués sont étudiés à différentes échelles (micro, méso et macroscopiques).

 

Simulation des clathrates de gaz

Plusieurs approches de modélisation et simulation (dynamique moléculaire, couplage thermodynamique statistique et équation d’état de type SAFT) sont mises en œuvre pour étudier les clathrates de gaz. Les conditions d’équilibre, les structures formées, les occupations des cages sont déterminées pour diverses conditions de pression et température, qui pour certaines sont difficilement accessibles avec les moyens expérimentaux dont nous disposons au laboratoire.

 

 

 

Récupération assistée des hydrocarbures - Pétrophysique

Par injection d'eau

Etude des mécanismes physicochimiques impliqués dans le piégeage et dépiégeage de l’huile brute d'un milieu poreux naturel. Evaluation de l’influence de paramètres tels que la nature et concentration des sels et de la température sur la mouillabilité du milieu poreux. Le suivi de la répartition des fluides avant et après l'injection de l'eau est effectué par tomographie RX. Les travaux actuels visent à mettre en relation d’une part des mesures de mouillabilité macroscopiques et d’autre part des observations microscopiques à l’échelle des pores pour plusieurs systèmes eau/huile/roche.

 

Par injection d'une solution bactérienne

Etudes de la formation de biofilms aux interfaces eau/huile suite à l’injection de solutions bactériennes, et de leurs effets sur les gains ou pertes de récupération d’huile évalués à l’aide d’expériences d’écoulement dans des micromodèles.

 

 

 

Pétrophysique en milieu ultra confiné

Analyse et quantification expérimentale des mécanismes pétrophysiques spécifiques aux milieux poreux ultra confinés (gaz shales, shales oil et oil shales).

Ces travaux font l’objet d’une collaboration avec les universités de Stanford et Berkeley.

 

Membres permanents

Bouriat Patrick, MC

Broseta Daniel, PR

Creux Patrice, PR

Dicharry Christophe, PR

Graciaa Alain, PR émérite

Ildefonso Manuel, MC

Lazzeri Véronique, PR

Mendiboure Bruno, MC-HDR

Moonen Peter, PR

Rondelez Francis, DR émérite

Torré Jean-Philippe, CR

Diaz Joseph, IE

 

Membres non permanents

Coupan Romuald, doctorant CDD Adera

Delroisse Henry, doctorant Cifre Arkema

Thouil Hafid, doctorant CNRS

Dyhia Atig, doctorante ANR

 

Salle expérimentale

 

Caractérisation des interfaces

  • Tensiomètres dynamiques à gouttes oscillantes (basse et haute pressions)
  • Balance de Langmuir
  • Ellipsomètre
  • Zétamètre
  • Microscope optique (basse et haute pressions, basse et haute températures)

 

Caractérisation des systèmes dispersés

  • Granulomètres laser
  • Diffusion dynamique de la lumière
  • Microscope optique
  • Calorimètre de Calvet muni d’un système d’agitation breveté

Installations expérimentales à l’échelle pilotes

Plusieurs pilotes de laboratoire instrumentés pour l’étude des clathrates de gaz sous pression.