Analyse thermique avancée pour l’étude et la caractérisation de produits pétroliers complexes tels que les bitumes

par Matthieu Moncel

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Nicolas Sbirrazzuoli.

Soutenue le 19-12-2014

à Nice , dans le cadre de École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice) , en partenariat avec Laboratoire de physique de la matière condensée (Nice) (laboratoire) .

Le président du jury était Serge Walter.

Le jury était composé de Nicolas Sbirrazzuoli, Serge Walter, Éric Dargent, Franck Collas, Marion Courtiade-Tholance, Luc Vincent.

Les rapporteurs étaient Serge Walter, Éric Dargent.


  • Résumé

    Au cours de cette thèse, de nouvelles méthodes d’analyse thermique et de traitement des données applicables à l’étude et la caractérisation de produits pétroliers complexes, ont été proposées, afin de mieux caractériser les bitumes. Le bitume, sous-produit de l’industrie pétrolière, est un matériau complexe dont les propriétés et la composition changent au gré des cocktails de pétroles bruts ou des procédés de raffinage. Une connaissance approfondie des propriétés de chaque bitume est donc nécessaire. Les tests mécaniques normés utilisés aujourd’hui pour caractériser le bitume sont insuffisants. Afin de pallier ce problème les techniques de DSC avancées ont été exploitées. Ce travail a porté principalement sur l’étude des trois phénomènes pouvant être observés au cours du chauffage des bitumes: la transition vitreuse, la cristallisation et la fusion. La première partie de ce travail a été consacrée à l’étude de ces trois phénomènes sur des molécules modèles, la diéthanolamine et la triéthanolamine. L’intérêt de la perturbation stochastique de température (TOPEM®) réside notamment dans la possibilité de séparer certains phénomènes se produisant sur un même domaine de températures. La méthodologie développée a ensuite été appliquée aux bitumes afin de mettre en évidence des corrélations entre données DSC (fraction cristallisable, température de transition vitreuse, température et enthalpie de fusion) et données mécaniques. Il a été montré également que la calorimétrie ultra-rapide permet de séparer certains phénomènes grâce à une approche différente mais complémentaire à la perturbation stochastique de température TOPEM®.

  • Titre traduit

    Advanced thermal analysis for the sudy and characterization of complex petroleum products


  • Résumé

    This thesis tackled new methods of thermal analysis and data treatment applicable to the study and characterization of complex petroleum products. The objective was to better characterize bitumen, which, as a by-product of petroleum industry, is a complex material. Its properties and composition are not set and change according to the cocktails of crude oils or to the refining processes. Thorough knowledge of the properties of asphalt is thus necessary to be able to use them in the best conditions. The standardized mechanical tests used today to characterize the asphalt are insufficient. To compensate for this problem, the techniques of advanced DSC were exploited. This work concerned mainly the study of three phenomena which can be observed during the heating of asphalts: glass transition, crystallization, and melting. The first part of this work was dedicated to the study of these three phenomena on model molecules _ the diethanolamine and the triethanolamine _ as they were presenting thermal events in a range of temperatures similar to the one of bitumen. The interest of the stochastic temperature perturbation (TOPEM®) lies in particular in the possibility of separating some phenomena occurring on the same range of temperatures. Thus, thanks to this method, glass transition can be analyzed independently of the enthalpic relaxation or of the crystallization. The developed methodology was then applied to bitumen so as to highlight correlations between DSC data and mechanical data . It was also shown that the ultra-fast calorimetry enables to separate some phenomena thanks to a different but complementary approach of stochastic temperature perturbation TOPEM®.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible sur intranet à partir du 20-12-2024

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