Etude numérique et expérimentale d’écoulements de fluides à seuil en milieux poreux : contribution au développement d’une méthode innovante de porosimétrie

Numerical and experimental study of flow of yield stress fluids in porous media : contribution to the development of an innovative porosimetry technique

• Auteur / Autrice : Térence Mackaya
• Direction : Azita Ahmadi-Sénichault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
• Date : Soutenance le 09/12/2019
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Mustapha Hellou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Azita Ahmadi-Sénichault, Irina Panfilova, Laurent Talon, Antonio Rodriguez de Castro, Abdelaziz Omari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Irina Panfilova, Laurent Talon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mercure

Écoulement en milieux poreux

Mots clés libres

Milieux poreux

Distribution de taille de pores

Fluide à seuil

Méthode de porosimétrie

Porous media

Pore size distribution

Yield stress fluid

Porosimetry method

Résumé

Pour caractériser les échantillons poreux, la porosimétrie par injection de mercure (MIP) demeure l’une des techniques les plus utilisées, mais également la plus décriée en raison de la toxicité de ce fluide. Parmi les potentielles alternatives au MIP, la porosimétrie par injection de fluides à seuil (YSM) a l’avantage d’être non-toxique et peu coûteuse. En partant de données expérimentales débits/gradient de pression Q(∇P), le processus d’inversion en YSM permet d’obtenir une distribution en tailles de pores (DTP) de l’échantillon poreux qui, jusqu’à lors, était toujours modélisé comme un faisceau de pores tous parallèles à section droite circulaire. Par ailleurs, dans tous les travaux antérieurs en YSM, pour des raisons de simplicité, le glissement du fluide contre les parois des pores était négligé. Dans ce travail, ce phénomène très caractéristique de l’écoulement des fluides complexes est pris en compte dans le processus d’inversion à travers un mécanisme impliquant une couche de glissement. En outre, au cours de ce travail, l’impact de la non-circularité des sections droites des pores sur les DTPs obtenues par YSM a été étudié. L’exploitation de nouvelles données expérimentales obtenues sur des échantillons de silicate fritté et de grès de Bentheimer montrent que ces aspects de glissement et de non-circularité des sections droites des pores influencent de façon considérable les DTPs obtenues, et donc ouvre de nouvelles portes pour le futur de la YSM.

In order to characterize porous samples, mercury injection porosmetry (MIP) is still one of the mostly used technique, but also probably one of the mostly critized due to the toxicity of this fluid. Among possible alternatives to MIP, yield stress fluids porosimetry (YSM) has the advantages to be non-toxic and cheap. Starting from flow-rate/pressure gradient Q(∇P) experimental data, the inversion process in YSM allows to determine a pore-size distribution (PSD) of the studied porous sample which, up to this day, was always idealized as a bundle of parallel capillaries with circular cross-sections. Moreover, during all the previous works on YSM, for simplicity reasons, the slip of the fluid against the pore walls was neglected. In this work, this phenomenon very caracteristic of the flow of complex fluids is taken into account in the inversion process through a mechanism involving a slipping layer.In addition, during this work, the influence of the non-circularity of the pores cross-sections on the PSDs obtained by YSM has been investigated. New YSM experimental data acquired on both samples of sintered silicate and Bentheimer sandstones have been processed by incorporating these features of slip and non-circular pore cross sections. The results show that these features strongly influence the obtained PSDs, and therefore open new doors for the future of YSM.