Choix du tensioactif

Bien que les expériences hors milieu poreux aient permis de montrer la grande stabilité

des mousses de saponine en présence d’huile, d’autres tensioactifs sont également

envisagés pour les expériences en colonne, afin de s’assurer du choix du tensioactif. La

mousse en milieu poreux ayant des interactions avec les parois, non présentes hors milieu

poreux, il se pourrait que les mousses n’aient pas le même comportement suivant le

milieu envisagé. Ainsi, en fonction de leur moussabilité et de la stabilité en l’absence et en

présence d’additifs, les tensioactifs considérés sont : la saponine, le lauramidopropyl

bétaïne (LAPB), le cocamidopropyl hydroxylsutaine (CH) et le sodium decylglucoside

hydroxypropyl phosphate (SDHP). Lors des tests hors milieu poreux, le lauramidopropyl

bétaïne permettait d’obtenir une mousse avec des propriétés intéressantes. Il a cependant

été écarté, car en présence de particules de silice, un précipité important se forme. La taille

des agrégats de ce précipité étant de l’ordre de 1,8 µm, celles-ci risquaient de colmater le

milieu poreux.

2.1.1. Mesures des concentrations micellaires critiques (CMC)

Lors des expériences hors milieu poreux, la comparaison entre différents tensioactifs

a été réalisée aux mêmes concentrations volumiques ou massiques. Néanmoins, l’égalité

des concentrations ne reflète pas forcément la réalité physique, notamment puisque la

concentration à laquelle se forment les micelles varie en fonction du tensioactif. Ainsi,

pour prendre en compte le moment où les micelles se forment, il est décidé de réaliser les

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expériences à la même concentration, de 3,2 fois la CMC. Avant cela, la CMC est mesurée

pour chacun des tensioactifs.

Pour les trois tensioactifs sélectionnés, la CMC a été mesurée grâce à la méthode de la

goutte pendante. Les CMC obtenues sont présentées dans le Tableau 4-6.

Tableau 4-6: Valeurs de CMC obtenues pour trois tensioactifs différents grâce à la méthode de la goutte pendante

Tensioactif CMC (en %vol ou en %wt)

Cocamidopropyl hydroxysultaine (CH) 0,005 %vol Sodium Decylglucoside hydroxypropyl phosphate (SDHP) 0,024 %vol

Saponine 0,06 %wt

Un exemple de courbes de tension superficielle obtenues en fonction de la

concentration volumique est présenté dans la Figure 4-10.

Pour chacun des tensioactifs, l’allure des courbes est en accord avec les tendances

attendues. Au fur et à mesure que la concentration augmente, la tension superficielle

diminue. Puis, à la CMC, lorsque les micelles commencent à se former, la concentration de

tensioactifs à l’interface se stabilise, de même que la tension superficielle.

Figure 4-10: Tension superficielle mesurée en fonction de la concentration volumique pour les deux tensioactifs indiqués 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 0 0,02 0,04 0,06 0,08 Tensi o n sup erfi ci el le (m N /m ) Concentration (%vol) CH SDHP

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Suivant le tensioactif considéré, la CMC varie, en fonction du paramètre d’empilement

des tensioactifs, de la répulsion stérique, ainsi que de la potentielle répulsion

électrostatique entre tensioactifs à l’interface. Plus les répulsions entre tensioactifs à

l’interface sont grandes, et moins il est possible d’en ajouter à l’interface, donc plus les

micelles se forment à faible concentration, et plus la CMC est faible. Ainsi 0,08%vol de

cocamidopropyl hydroxysultaine correspondent à 16×CMC tandis que la même

concentration volumique de sodium decylglucoside hydroxypropyl phosphate ne

correspond qu’à 3,3×CMC.

De même, suivant le tensioactif considéré, la valeur de la tension interfaciale obtenue

après la CMC varie suivant sa capacité à entrer en interaction avec les molécules de la

phase gazeuse et à diminuer la tension de surface.

Il est intéressant de remarquer que la valeur obtenue pour la saponine ne correspond

pas à la valeur citée dans la littérature, qui est de 0,025%wt (Stanimirova et al., 2011). La

saponine utilisée dans leurs travaux avait été obtenue après une série d’étapes de

purification d’extraits naturels. Cela démontre donc qu’une minime modification de la

formulation peut entraîner d’importants changements de comportement physique des

tensioactifs. Il est donc nécessaire de mesurer la CMC lorsque le produit utilisé n’est pas

exactement le même que celui utilisé dans la littérature.

2.1.2. Expériences en colonne

Lors des expériences en colonne, la perméabilité mesurée est de 24,2 ± 0,4 D (mesure

obtenue à partir des valeurs de perméabilité de 25 colonnes différentes).

Trois tensioactifs sont testés afin de déterminer celui donnant les meilleures

performances de déplacement de mousse, c’est-à-dire avec un fort RF et une faible

saturation en eau. Les tensioactifs ont préalablement été choisis grâce aux tests réalisés

hors milieu poreux. Pour chacun des tensioactifs retenus, les valeurs de RF et de S

obtenues à l’équilibre (dans les conditions précisées en partie 3.2.5 p.82) sont présentées

dans le Tableau 4-7.

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Le RF est directement relié à la force de la mousse : plus le RF est élevé, plus la mousse

est forte. La saturation permet, elle, de connaître le volume de phase aqueuse présent

dans le milieu poreux à tout instant. De fait, une faible saturation implique une plus grande

efficacité de la mousse à déplacer la phase aqueuse.

Tableau 4-7: Valeurs de RF et de Sw obtenues pour différents tensioactifs testés à Cs = 3,2×CMC, Qtot

= 6,3 mL.min-1 et une qualité de mousse de 87,5 %

Tensioactif RF Sw

Cocamidopropyl hydroxysultaine (CH) 10,0 0,44 Sodium decylglucoside hydroxypropyl phosphate (SDHP) 6,6 0,34

Saponine 11,5 0,39

Le RF le plus élevé est obtenu avec la saponine, tandis que la S

la plus faible est

obtenue avec le SDHP. Le CH donne un RF élevé mais une S

également très forte. Ainsi,

Le RF et le S

dépendent du tensioactif utilisé, et le RF le plus élevé ne donne pas

forcément le S

le plus faible.

La mousse obtenue avec de la saponine permettant d’obtenir un fort RF est et une

saturation relativement faible, le choix se porte sur la saponine pour la suite des

expériences.