Cinétique de coalescence des émulsions millimétriques

Dans la production pétrolière, les tensioactifs présents dans le brut conduisent à la formation de gouttelettes d’eau en suspension dans l’huile. La grande stabilité de ces gouttelettes conduit dans les pipelines et les séparateurs à l’apparition d’une couche d’émulsion concentrée (à forte fraction volumique d’eau) très préjudiciable en termes de coût pour le transport et la séparation.Nous proposons ici une méthodologie milli-fluidique originale pour étudier les cinétiques de formation et de destruction d’une telle émulsion concentrée, dont la compréhension est cruciale pour optimiser l'efficacité de la séparation. L’approche Bottom-Up basée sur la formation d’une émulsion par accumulation goutte à goutte mime les réacteurs ouverts que sont les séparateurs gravitaires réels. Elle permet de travailler avec des émulsions monodisperses millimétriques sur une gamme de rayons allant de 0,2 à 1,5 mm, de s’affranchir du couplage entre coalescence et sédimentation et d’étudier ainsi des interfaces non saturées en tensio-actifs contrairement à l’approche Top-Down des bottle-tests classiques où l’émulsion est préparée par agitation mécanique dans un container fermé.Une expérience typique comprend deux étapes : la génération d'une émulsion concentrée, où les gouttes s'accumulent dans un récipient pré-rempli d’huile et d’eau et son évolution une fois l’arrivée des gouttes stoppée. Des diagrammes spatio-temporels sont utilisés pour analyser l'évolution des deux interfaces séparant l’émulsion de l’eau et de l’huile libres, respectivement.Notre étude menée sur un système de fluides modèles montre qu’après une étape de drainage, la coalescence se produit principalement à l'interface eau-émulsion, là où la fraction volumique des gouttes est la plus importante. Un modèle de goutte pendante confinée permet de décrire le ménisque se formant entre l’émulsion et l’eau libre et de déterminer l’évolution cinétique de la fraction volumique des gouttelettes en son sein. À taille de goutte donnée, le taux de coalescence observé est constant pour des concentrations égales ou supérieurs à la concentration micellaire critique (CMC). En dessous de la CMC, la dynamique de déstabilisation est plus complexe possiblement du fait, de l'accumulation de tensioactif à l’interface avec l’eau libre et de processus T1 observés. Pour les interfaces saturées en tensio-actifs, la coalescence est stochastique et sa fréquence par unité de surface est constante sur toute la gamme des tailles de goutte étudiée. L'ajout d'un tensioactif soluble dans l’eau accélère la déstabilisation.Les résultats obtenus différent sensiblement des études antérieures menées sur des gouttes de diamètre inférieur à 50 microns, soulignant le rôle important de la pression de disjonction sur le taux de coalescence. Enfin, l’approche proposée ouvre également la voie vers une méthode du screening d’additifs désémulsifiant plus rapide