Evolution de la structure des minéraux argileux lors de leurs interactions avec des tensioactifs anioniques

Structural evolution of aqueous suspensions of clay minerals upon interaction with anionic surfactants

• Auteur / Autrice : Ariane Suzzoni
• Direction : Laurent Michot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique et chimie analytique
• Date : Soutenance le 26/02/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes interfaciaux (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Maguy Jaber
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Grillo, Nicolas Wartenberg, Eric Kohler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuelle Montargès-Pelletier, Renaud Denoyel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sédiments en suspension

Sols -- Absorption et adsorption

Surfactants

Kaolinite

Minéraux argileux

Mots clés libres

Kaolinite

Illite

Tensioactif

Adsorption

Désagrégation

Orientation

Kaolinite

Illite

Surfactant

Adsorption

Disaggregation

Direction

Résumé

Dans le domaine pétrolier, une des méthodes utilisées afin d’augmenter le rendement des gisements est l’injection de tensioactifs. Toutefois, les interactions entre entités organiques et minéraux argileux présents au sein des réservoirs peuvent engendrer diverses complications. Une meilleure compréhension des interactions entre minéraux argileux et tensioactifs est donc primordiale afin d’anticiper les réactions pouvant se produire au sein du réservoir. Le système étudié se compose de kaolinite et illite et d’AOT et SDBS. L’analyse des isothermes d’adsorption renseigne sur les mécanismes d’interactions qui dépendent fortement du pH. Sur la base des mécanismes identifiés, nous nous sommes ensuite intéressés à l’influence de la concentration en tensioactif sur la stabilité de suspensions aqueuses d’illite et de kaolinite en combinant des expériences macroscopiques de suivi temporel de la sédimentation, des mesures rhéologiques et des expériences de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). Dans le cas de la kaolinite, les mesures macroscopiques révèlent une désagrégation des particules en présence de tensioactif. L’analyse de la structure microscopique des suspensions par SAXS montre un lien fort entre la concentration et l’orientation des particules individuelles au sein des sédiments, qui dépendent fortement du pH et de la concentration en tensioactif anionique. Les comportements des suspensions d’illite sont significativement différents et on n’observe notamment que peu d’orientation des particules au sein des sédiments. L’origine de ces différences semble principalement liée aux différences de taille, de forme et de charge entre ces deux minéraux.

In the oil industry, a commonly used method for increasing oil yield is to inject into the reservoir various organic chemicals. However, various interactions between such organic species and clay minerals naturally present in the reservoir rocks sometimes generate numerous detrimental effects. It is of prime importance to better assess and understand the interactions between clay minerals (kaolinite and illite) and surfactant molecules (AOT and SDBS). Adsorption in aqueous suspensions of anionic molecules onto the selected clay minerals was studied at different pH using the rest method. A thorough analysis of the obtained adsorption isotherms allows obtaining information about interaction mechanisms that are highly pH-dependent. On the basis of the thus identified mechanisms, we then focused on the influence of surfactant concentration on the stability of aqueous suspensions of kaolinite and illite. Such an analysis was carried out by combining macroscopic observations of the time evolution of sedimentation, rheological measurements and Small Angle X-ray Scattering (SAXS) experiments. In the case of kaolinite, macroscopic measurements reveal particle disaggregation in the presence of surfactant. At the microscopic level, SAXS investigations evidence strong links between volume fraction and particle orientation in the deposits, both parameters being highly dependent on pH and surfactant concentration. The behaviour of illite suspensions is significantly different as very limited orientation is observed in the sediments. Such differences in behaviour between both clay minerals could be tentatively assigned to differences in size, shape and charge.