Maxence CAHLIK soutiendra sa thèse le jeudi 9 novembre à 14h à TBI. Sa thèse, spécialité Génie des Procédés et de l’Environnement, porte sur les Éléments sur les effets de la viscosité sur les mécanismes de flottation
Membres du jury : Pascal GUIRAUD, Frédéric AUGIER, Davide BENEVENTI, Zhujun HUANG, Antoine BOUCHOUX, Dominique LEGENDRE.
| Résumé : |
| Pour augmenter la production de pétrole des puits existants, des polymères modifiant la rhéologie de l’eau d’extraction sont ajoutés avant son injection. Ces polymères, ici le HPAM, augmentent la viscosité, favorisent l’extraction, mais compliquent la séparation des émulsions en fin de chaîne de traitement de l’eau, notamment sur la séparation par flottation. Ce travail a pour objectif de comprendre l’impact qu’a le HPAM sur la flottation. Il combine des approches expérimentales, de modélisation et de simulations. D’après l’étude expérimentale préliminaire dans la gamme industrielle de concentration considérée, le HPAM modifie la viscosité, mais ne change pas la tension de surface du milieu aqueux. La viscosité est constante sur la plage de variations des contraintes imposées, soit par l’écoulement du fluide dans le flottateur, soit par le passage d’une bulle. Le fluide est donc newtonien. A l’aide d’un nouveau pilote expérimental, une méthode pour réaliser une émulsion reproductible pour son utilisation a été validée. Ainsi, la présence de polymère tend à diminuer la taille des gouttes d’huile produites, et, à l’inverse, à augmenter la taille des bulles. L’influence sur ces deux paramètres explique déjà macroscopiquement la chute d’efficacité observée des flottateurs industriels quand du HPAM est présent dans l’eau. Ce pilote a montré plusieurs limitations pour la mesure de ces pertes d’efficacité dues aux très faibles teneurs en huile du milieu à traiter rendant délicates les mesures de concentration. Cependant, des pistes pour accéder à cette teneur en huile ont été testées et des solutions alternatives ont été identifiées. L’étude numérique évalue l’effet de la viscosité sur les mécanismes microscopiques de flottation conduisant à la capture de particules (ici des gouttes d’huile) par des bulles en ascension. Dans un premier temps, le modèle de capture de Nguyen (1998) (collision hydrodynamique entre la particule et la surface de la bulle suivie de l’attachement par drainage du film interstitiel sous l’effet des forces à courte distance) a permis d’identifier qu’à l’échelle locale, l’impact du HPAM à travers la viscosité dépend surtout de la taille des gouttes et des bulles. Nous avons montré que l’efficacité de capture d’une bulle décroît avec l’augmentation de la viscosité p our des bulles millimétriques, alors qu’avec des bulles de quelques dizaines de microns, la viscosité n’a presque pas d’effet. Pour garder une résolution numérique, cette étude préliminaire a été menée avec des hypothèses additionnelles au modèle existant dont certains paramètres doivent être calées expérimentalement. Dans un second temps, un nouveau modèle retournant à la définition même de l’efficacité d’attachement a été proposé afin de limiter ces hypothèses additionnelles. Toutefois, un paramètre critique au calcul de cette efficacité, l’épaisseur initiale du film liquide au début de l’étape d’attachement, est impossible à définir proprement sans expérimentations. La méthode traditionnelle de modélisation de l’efficacité de capture par découplage des étapes de collision et d’attachement est donc remise en cause. Dans un troisième temps, nous avons tenté de déconstruire ce modèle en retournant à un calcul de trajectoire d’approche de la goutte vers la surface de la bulle. Cette méthode utilisée par Sarrot (2006) puis Huang (2009) pour modéliser la collision a été complétée avec les forces à courte portée actives dans l’étape d’attachement (forces de Van der Waals, électrostatique et s’opposant au drainage du film liquide). L’évolution de ces forces et de celles dues aux interactions hydrodynamiques le long de la trajectoire, et leur sensibilité à la viscosité, tendent à confirmer les conclusions du modèle de Nguyen. Cependant, dans l’état actuel de sa modélisation, la force s’opposant au drainage possède une magnitude trop élevée pour permettre la capture. De nouvelles forces doivent être considérées pour finaliser ce modèle de capture. |
