Caractérisation et études cinétiques de la formation de microémulsions bicontinues. Impact des asphaltènes

Characterization and kinetics studies of the formation of bicontinuous microemulsions. Impact of asphaltenes

• Auteur / Autrice : Delphine Herrera
• Direction : Christine Dalmazzone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 21/10/2021
• 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 : Institut français du pétrole Énergies nouvelles (Rueil-Malmaison, Hauts-de-Seine)
• Jury : Président / Présidente : Annie Colin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Audrey Drelich
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Véronique Nardello-Rataj, Fernando Leal-Calderon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pétrole -- Récupération tertiaire

Asphaltènes

Microémulsions

Mots clés libres

Microémulsions

Bicontinue

Asphaltènes

Méthodes

Formation

Structure

Microemulsions

Bicontinuous

Asphaltenes

Résumé

L’usage de microémulsions Winsor III comme procédés d’extraction en récupération assistée du pétrole (EOR) est l’un des enjeux majeurs de l’industrie pétrolière au vu d’une exploitation plus responsable de nos hydrocarbures. Actuellement, le choix des formulations d’injection, permettant la mobilisation du brut in-situ, est généralement effectué en évaluant les performances de microémulsions équilibrées à base d’huile blanche dite « équivalente » au brut à extraire. Le problème de la représentativité de ces systèmes se pose car les effets cinétiques y sont négligés ainsi que la présence de tensioactifs indigènes du brut : les asphaltènes. Dans un premier temps, la mise en œuvre de méthodes non-destructrices en RMN, Microscanner, SAXS et DLS ont permis de mieux comprendre les mécanismes de formation de microémulsions modèles et asphaltèniques selon deux modes : avec et sans agitation. Dans un second temps, l’impact des asphaltènes sur la structure des microémulsions a été plus amplement étudié grâce à la complémentarité des techniques de diffusion de Rayon-X et neutrons (SAXS/SANS), microscopie électronique, DSC et rhéologie interfaciale. En particulier, les résultats ont mis en évidence la présence transitoire d’une phase semi-cristalline lors de la formation du système sans agitation, et ce, également en présence d’asphaltènes. De plus, l’ajout d’asphaltènes engendrent un gonflement macroscopique de la phase bicontinue des systèmes qui a pu être corrélée à une augmentation de la taille des domaines à l’échelle microscopique. Pour finir, les caractéristiques du film interfacial ont été extraites et indiquent que les asphaltènes ont probablement un impact sur la rigidité du film et à plus grande échelle sur ses propriétés rhéologiques.

The use of Winsor III microemulsions as extraction processes in enhanced oil recovery (EOR) is one of the major challenges of the oil industry in view of a more responsible exploitation of our hydrocarbons. Currently, the choice of injection formulations, allowing the mobilization of the crude in-situ, is generally made by evaluating the performance of balanced microemulsions based on white oil ''equivalent'' to the crude to be extracted. The problem of the representativeness of these systems arises because the kinetic effects are neglected as well as the presence of surfactants indigenous to the crude oil : the asphaltenes. In a first step, the implementation of non-destructive methods in NMR, Microscanner, SAXS and DLS allowed to better understand the formation mechanisms of model and asphaltene microemulsions according to two modes: with and without agitation. In a second step, the impact of asphaltenes on the structure of microemulsions were more extensively studied thanks to the complementarity of X-ray and neutron scattering techniques (SAXS/SANS), electron microscopy, DSC and interfacial rheology. In particular, the results highlighted the transient presence of a liquid crystal during the formation of the system without agitation, and so, even in the presence of asphaltenes. Moreover, the addition of asphaltenes generates a macroscopic swelling of the bicontinuous phase of the systems which could be correlated to an increase in the domains sizes at the microscopic scale. Finally, the characteristics of the interfacial film could be extracted and indicate that asphaltenes probably have an impact on the stiffness of the film and, on a larger scale, on its rheological properties.