Déplacement de mousse dans un milieu poreux vertical 2D en l’absence

d’huile

Dans la première expérience à Cs = 10×CMC en l’absence d’huile, les isobares sont

distribuées verticalement à l’équilibre, et confirment le développement du front

vertical observé durant la co-injection (Figure 4-21). Les valeurs de pression ne sont que

peu affectées par la gravité, et suivent le déplacement du front de mousse. A l’inverse,

l’impact de la gravité se fait sentir sur la phase liquide, qui se déplace plus lentement. Il

Figure 4-33: Cartes de pression à l'équilibre pour différentes formulations de mousse de saponine en l'absence et en présence d'huile à la même qualité de 87,5 % et au même débit total d’injection de 6,3

169

peut donc être conclu que la phase gazeuse a un impact plus important sur la pression

dans le milieu, que la phase liquide n’en a.

Lorsque du gaz et une solution de tensioactif sont injectés dans un milieu poreux 2D

vertical saturé en tensioactif, de la mousse se forme avec un front vertical. Le front se

déplace de manière stable et homogène à l’intérieur du milieu poreux. La présence initiale

de tensioactif permet la formation d’un front vertical, et une augmentation homogène

progressive des pressions à l’intérieur du pilote. Lorsque l’ensemble du milieu a été

balayé par la mousse, les pressions se stabilisent et se distribuent de manière régulière.

Durant toute la durée de la co-injection, la phase gazeuse est renouvelée sur toute la

hauteur, tandis que la phase aqueuse n’est renouvelée que dans le bas du pilote.

Durant l’expérience de SAG, seule la phase gazeuse est renouvelée. Malgré cela, au

terme de l’expérience, une faible saturation est obtenue, ce qui pourrait s’avérer utile sur

le terrain, où de faibles pressions et de faibles saturations sont nécessaires.

Le mécanisme de variation de la force de la mousse en fonction de Cs lors des

expériences en colonne, peut être appliqué ici. En effet, lorsque Cs diminue, les valeurs de

pression diminuent à l’intérieur du pilote. Cette diminution est cohérente avec les

résultats en colonne qui montrent une diminution de la force de la mousse, et l’importance

de la concentration en tensioactif. Ainsi, tant que la concentration en tensioactif est

suffisante pour stabiliser les lamelles, la formation d’un front de mousse vertical semble

possible.

L’ajout de particules colloïdales permet également la formation de mousse selon le

même principe, mais avec une efficacité de balayage supérieure (S

w

plus faible, voir le

Tableau 4-12), et de plus fortes pressions (Figure 4-33). Ceci présume de la formation et

de la persistance d’une mousse plus forte, et souligne l’importance des particules pour le

renforcement de la mousse en l’absence d’huile. Les particules forment une barrière

mécanique qui rend la déformation des lamelles et leur déplacement plus difficile. Cela

augmente la pression dans le milieu poreux, et permet à la mousse de balayer les pores

les plus petits. Ce meilleur balayage mène alors à une saturation plus faible. Singh et

Mohanty (2017) ont en effet montré que l’ajout de particules de silice à 0,3%wt à une

mousse d’alpha-olefine sulfonate (AOS) permet d’augmenter la pression dans un milieu

poreux hétérogène.

170

De même que pour les expériences en colonne, en présence d’huile le sable de la zone

supérieure du milieu est initialement mélangé à l’huile. Lors de l’injection d’eau, l’huile

présente dans les pores les plus larges est déplacée hors du milieu poreux. Le milieu est

alors à saturation résiduelle en huile, avec de l’huile présente dans les pores les plus petits.

Par la suite, l’injection de solution de tensioactif modifie l’équilibre dans le système. Les

tensioactifs peuvent en effet provoquer la formation d’émulsions et abaisser la quantité

d’huile résiduelle, comme confirmé par la légère production d’huile ayant lieu durant

l’injection de solution de tensioactif. Mais ce faisant, les molécules de tensioactifs se

placent à l’interface entre l’huile recouvrant certains grains, et l’eau, et stabilisent le

système, ce qui modifie les propriétés de surface des grains du milieu poreux, les rendant

hydrophiles.

3.3.2. Déplacement de mousse en présence d’huile

La comparaison des pressions obtenues à l’équilibre lors des expériences en l’absence

et en présence d’huile montre que les pressions sont plus faibles en présence d’huile,

quelle que soit la formulation.

Les précédentes expériences ont permis de montrer comment la mousse se propage

dans un milieu poreux en présence d’huile. L’importance de la concentration en

tensioactif a été mise en évidence comme un moyen de renforcer la force de la mousse et

d’augmenter sa résistance à l’huile. Mais les mousses obtenues en présence d’huile restent

peu fortes, et un essai de renforcement est réalisé par ajout de particules.

En présence d’huile, les pressions maximales obtenues augmentent de 90 mbar pour

une mousse à Cs = 3.2×CMC, à 230 mbar pour une mousse à 10×CMC, et atteignent 265

mbar lors de l’ajout de particules. Ces valeurs sont plus faibles que celles obtenues en

l’absence d’huile (respectivement 265, 305 et 335 mbar), montrant la formation de

mousses plus faibles, déstabilisées par l’huile. Toutefois, ces valeurs de pression prouvent

qu’un renforcement de la mousse est possible face à l’huile. Ces résultats confirment

également ceux obtenus dans les expériences en colonne.

171

Les isobares sont quasiment verticaux (Figure 4-33), montrant que la mousse est

faiblement impactée par la gravité. Ceci peut sembler contre intuitif avec la forme du front

observé en présence d’huile. En effet, durant la co-injection, le front n’est pas vertical sur

toute la hauteur, indiquant que les valeurs de pression ne le sont pas non plus. Cette

hétérogénéité de pression peut être observée sur la Figure 4-32 entre t1 et t2. Cela signifie

qu’avant d’atteindre l’équilibre, les pressions dans le bas du pilote augmentent

progressivement avant d’atteindre les pressions de la couche supérieure. A l’équilibre, les

pressions sont alors verticalement distribuées, montrant la capacité de la mousse à

bloquer entièrement le milieu poreux, même dans la partie à saturation résiduelle en

huile.

D’après les résultats précédents, la présence de mousse dans le système permet non

seulement un balayage de tout le milieu poreux, mais a aussi un effet bloquant sur toute

la hauteur, même en présence d’huile.

Le mécanisme suggéré de propagation de la mousse est donc le suivant : alors que le

gaz et la solution de tensioactif envahissent le milieu poreux, la présence de solution de

tensioactif facilite la formation de mousse. La mousse commence alors à se propager au

sein de la zone saturée en eau. Au contact de la zone à saturation résiduelle en huile, elle

est partiellement détruite, ce qui crée un chemin préférentiel avec un déplacement rapide

du front. Bien que la mousse formée soit de force modérée, son déplacement engendre

néanmoins une augmentation de pression et du RF afférent. Puis, tandis que l’injection

continue, la mousse se renforce et sous réserve d’une formulation optimale, un front

vertical peut être observé dans la partie supérieure du pilote. Dans le même temps, dans

la partie inférieure du pilote, la mousse progresse à une vitesse plus faible. Elle est

légèrement impactée par la présence d’huile de la partie supérieure, car le gaz y est en

partie dévié, du fait de chemins préférentiels. Après quelques volumes de pores, un

équilibre est atteint et le système se stabilise. La mousse remplie entièrement le milieu

poreux, avec des pressions homogènes sur toute la hauteur.

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Dans le document Mousses renforcées en polymère ou particules : application à la remédiation des sols pollués (Page 189-193)